自然界中發生的所有物理、化學和生物代謝反應通常都伴隨著熱效應的變化。 材料科學的進步也遵循這一原則。
現代材料科學的進步和發展得到了熱力學的支援和幫助，熱力學是經典熱力學和統計熱力學理論在材料科學領域的應用，其形成和發展是材料科學成熟的標誌之一。
2024年：吉布斯相定律問世。
2024年：HRoozeboom 將相定律應用於多組分系統。
2024年：羅伯茨-奧斯汀構建了Fe-Fe3C相圖的初始形式，為鋼鐵材料的研究提供了理論支援。
20世紀初：gTamman等人通過實驗建立了大量的金屬相圖，有力地促進了合金材料的發展。
50 年代初：r菊池提出了關於熵描述的現代統計理論，為熱力學理論與第一性原理的結合創造了條件。
60 年代初：mHillert等人對非平衡體系熱力學的研究導致了不穩定分解領域的出現，豐富了對材料結構形成規律的理解。
70年代：l考夫曼等專家倡導的計算相圖（calphad）逐漸將材料研究帶入了按需設計時代。
2011 年 6 月，美國宣布了一項超過 5 億美元的先進製造夥伴關係，其核心組成部分之一是材料基因組計畫 （MGI），旨在為新材料的設計提供必要的工具集，通過強大的計算分析減少對物理實驗的依賴，並通過高通量實驗和表徵方法的進步顯著加速新材料的開發。
箱含銅鋼的表面裂紋問題通過熱力學計算來解決 - 含銅鋼中會出現表面裂紋。
分析方案。 第 1 步：輸入含銅鋼進行微觀結構分析
1）1000加熱，含銅鋼表面的氧化層開始出現白色，富銅相擴散分布在靠近介面的氧化層中，富銅相含有95%的Cu含量。
2）1100加熱，沿基體與氧化層的介面形成富銅相，並滲透到基體表面的晶界中，富銅相中的富銅相為92%。
3）加熱1200時，Cu的富集度與1100相近，液相的厚度稍大，說明此時Cu的滲透性較強。
以上試驗結果表明，當加熱溫度較高（1000°C）時，含Cu鋼表面的氧化層為液態Cu相，液態Cu相沿奧氏體晶界浸入，產生表面裂紋。
通過對相關文獻的研究，發現含銅鋼的表面熱裂問題並改進思路：
由於加熱過程中Fe在表面的選擇性氧化，在表面與氧化層的介面處容易形成富銅相。 由於Cu的熔點低，隨著氧化過程的進行，富Cu相在加熱溫度下形成液態Cu相，並沿晶界滲透，導致加工過程中出現表面裂紋。
在含銅鋼中加入Ni可以有效防止液態Cu相的形成，從而避免裂紋的形成。
所以應該加多少ni？
如何控制加熱溫度？
第 2 步：為了降低測試成本，請採取：柔軟，帶熱計算件
1）首先，利用上述測試資訊計算並驗證了fe-cu相圖
在1000時，95%Cu-Fe的富銅相仍然是固相，因此它以顆粒形式分布在介面和相鄰的氧化層中。 與測試一致。
在1100至1200範圍內，介面處形成的富銅相（92%Cu-Fe）進入液相，沿介面聚集並滲透到晶界。 與測試一致。
2）應用Thermo-Calc軟體進行模擬計算，解決Ni新增量的問題。
計算 fe-ni-cu 三元體系在 1100 和 1200 處的等溫線圖。
1100， Cu-Ni鋼 （WNI WCU=0..）71） 10% Cu-125%Ni-Fe合金相，而在氧化層中，位置靠近介面形成221%cu-23.4%Ni-Fe的合金相形成428%cu-23.5%鎳鐵合金相，以及所有固相。
介面 1200 處 71%cu-3.4% Ni-Fe 的合金化相形成 96%cu-10.9% Ni-Fe 合金相和 254%cu-34.8%的Ni-Fe合金相，而且都是固相。
計算結果表明，鋼中Ni Cu比的增加對防止液相Cu析出非常有效，其形成規律如圖所示。 可以看出，當新增溫度低於1250且鋼中Ni Cu比達到1以上時，熱力學上可以避免Cu相的出現。
3）試驗檢驗。
根據模擬計算研究結果，試鋼Ni-Cu比為11. 比較。 到ni銅比11、進行了彎曲試驗，鋼板未發現裂紋，很好地解決了含銅鋼的熱裂紋問題。 目前，該技術已成功應用於海上平台。