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绪论 1

第一章 纯金属的晶体结构 3

1-1 金属晶体中原子间的结合 3

一、周期表中元素的金属性与非金属性 3

二、金属原子间的结合 4

三、金属的晶体性 7

1-2 晶体学基础 9

一、晶体中的空间点阵 9

二、晶向指数和晶面指数 13

三、晶体的极射投影图 17

1-3 纯金属的晶体结构 20

一、三种典型的金属晶体结构 20

二、金属的多型性 23

三、金属晶体结构中的原子堆垛 23

四、金属晶体结构牛的间隙 25

五、金属晶体结构中的原子半径 27

六、亚金属晶体结构的特点 29

习题 36

参考文献 37

第二章 纯金属的结晶 38

2-1 金属结晶的基本规律 38

一、金属的结晶过程 38

二、金属结晶时的过冷现象 38

三、金属结晶的能量条件——热力学分析 39

四、金属结晶的结构条件——液态金属的结构特征 41

一、均质形核 43

2-2 晶核的形成 43

二、非均质形核 47

2-3 晶体的长大 49

一、晶体生长时液-固相界面上原子迁移的动力学条件 49

二、液-固相界面的微观结构 51

三、晶体生长机制和生长速率 52

2-4 金属结晶过程的动力学 55

2-5 金属结晶时的生长形态 57

一、液-固相界面前沿液体中的温度梯度 57

三、负温度梯度下纯金属结晶的树枝状生长 58

二、正温度梯度下纯金属结晶的平面生长 58

2-6 金属结晶后的晶粒大小及其内部的结构缺陷 59

一、结晶后晶粒大小及其控制 59

二、结晶过程中晶体缺陷的形成 61

习题 63

参考文献 63

第三章 合金相的晶体结构 64

3-1 合金中的相 64

一、合金中组成元素间的相互作用 64

二、影响合金相结构的主要因素 65

3-2 固溶体 66

一、固溶体的分类 66

二、溶固体结构的特点 67

三、固溶体的溶解度 69

四、有序固溶体(超点阵) 74

3-3 中间相—金属间化合物 79

一、中间相的分类及其特点 79

二、正常价化合物 79

三、电子化合物 81

四、间隙相 82

五、拓扑密堆结构 86

六、金属间化合物的特殊性能及其应用简介 90

习题 91

参考文献 91

一、单元系相图 92

二、合金相平衡的热力学条件 92

4-1 相平衡与相图 92

第四章 二元合金相图 92

三、相律 94

四、二元系合金相图 94

4-2 匀晶相图及其合金组织的形成 97

一、匀晶相图 97

二、固溶体合金的平衡结晶及其组织 97

三、固溶体合金的非平衡结晶及其组织 99

4-3 共晶相图及其合全组织的形成 101

一、共晶相图 101

二、典型合金的平衡结晶及其组织 102

三、共晶组织及其形成机制 105

四、初晶相的形态和离异共晶 108

五、共晶系合金的非不衡结晶及其组织 109

4-4 包晶相图及其合金组织的形成 111

一、包晶相图 111

二、典型合金的平衡结晶及其组织 111

三、包晶系合金的非平衡结晶及其组织 113

一、具有化合物的二元相图 114

4-5 其它类型的二元系合金相图 114

二、具有三相平衡等温转变的其它二元相图 115

三、具有无序-有序转变的相图 117

四、具有中间相转变的相图 117

4-6 二元相图的分析方法与应用 117

一、二元相图的一些几何规律 117

二、二元相图的分析方法 118

4-7 根据相图推测合金的性能 119

一、相图与合全的力学、物理性能 119

三、相图与合金热处理的可能性 120

二、相图与合金的铸造工艺性能 120

4-8 相图的热力学分析 121

一、溶体的自由能 121

二、混合相的自由能 124

三、相平衡的公切线法则 124

四、根据自由能-成分曲线推测相图 125

习题 126

参考文献 128

第五章 三元合金相图 129

5-1 三元合金相图的几何规则 129

一、三元合金相图的成分表示法 129

二、三元合金相图中相成分与相对含量变化规则 130

5-2 三元匀晶相图 132

一、相图的空间模型 132

二、合金的平衡结晶过程 132

三、等温截面图(水平截面图) 133

四、变温截面图(垂直截面图) 135

一、相图的空间模型 136

5-3 固态互不溶解的三元共晶相图 136

二、投影图 137

三、合金的结晶过程及组织 137

四、等温截面图 139

五、变温截面图 140

5-4 固态有限溶解的三元共晶相图 140

一、相图的空间模型 140

二、合金的结晶过程及组织 144

四、变温截面图 146

三、等温截面图 146

5-5 包共晶三元相图 148

一、相图的空间模型 148

二、合金的结晶过程及其组织 150

三、等温截面和变温截面图 150

5-6 其它类型三元相图简介 152

一、四相平衡包晶转变三元相图 152

二、形成稳定化合物的三元系 153

一、四相平衡转变面 155

5-7 三元相图中的四相平衡 155

二、四相平衡转变前后的三相平衡转变 156

三、三种四相平衡在变温截面上的反映 156

四、从液相面投影图判别四相平衡类型 157

5-8 三元相图中的相区接触法则 157

5-9 三元合金相图的实例分析 158

一、Al-Cu-Fe三元合金相图 158

二、Al-Zn-Mg三元合金相图 159

三、Fe-C-Si三元合金相图垂直截面 162

四、Ee-C-Cr三元合金相图垂直截面 163

习题 165

参考文献 166

第六章 铁碳合金 167

6-1 铁碳合金中碳的存在形式 167

一、碳在铁中的固溶体 167

二、铁碳化合物 167

三、石墨 169

6-2 铁碳合金相图 170

一、铁-渗碳体系相图 171

二、铁-石墨系相图 177

一、碳含量对钢(平衡态)的组织与性能的影响 178

6-3 碳钢 178

二、杂质元素对钢的组织与性能的影响 179

习题 184

参考文献 185

一、合金凝固时溶质在液-固两相中的重新分配 186

二、溶质在液相中的混合与分布 186

7-1 含金凝固时溶质原子的分布 186

第七章 合金的凝固和铸件的组织 186

三、有效分配系数及其表达式 188

四、合金凝固后溶质分布的数学表达式 190

五、区域熔炼与提纯 192

7-2 合金凝固过程中的成分过冷 193

一、成分过冷的概念 193

二、产生成分过冷的临界条件及其影响因素 194

三、成分过冷对单相合金凝固时液、固界面形貌的影响 196

四、两相合金凝固时液、固相界面的形貌 199

一、铸锭(件)的一般组织 202

7-3 合金铸锭(件)的组织 202

二、铸锭(件)组织的影响因素 204

三、铸锭(件)组织的控制 204

四、非晶态合全与微晶合金简介 206

7-4 铸锭(件)缺陷 208

一、偏析 208

二、缩孔与疏松 210

三、气孔与夹杂 212

习题 212

参考文献 213

第八章 金属及合金中的扩散 214

8-1 扩散的基本规律 214

一、扩散现象 214

二、扩散第一定律 215

三、扩散第二定律 215

四、扩散第二定律的应用 216

一、晶体中原子的跳动与扩散 221

8-2 扩散的微观机制 221

五、柯肯达尔效应 221

二、扩散机制 222

三、扩散激活能 225

8-3 影响扩散的因素 226

一、温度 226

二、固溶体类型与晶体结构 227

三、晶界 228

四、化学成分 229

一、化学位梯度的作用 230

8-4 扩散的驱动力 230

二、其它因素的作用 231

8-5 反应扩散 232

一、反应扩散的特点 232

二、反应扩散速度 233

习题 233

参考文献 234

一、空位与间隙原子 235

9-1 晶体中的点缺陷 235

第九章 晶体中的结构缺陷 235

二、点缺陷的形成能与迁移能 236

三、点缺陷的平衡浓度 236

四、点缺陷对金属性能的影响 238

9-2 晶体中的位错观测 238

9-3 位错的基本结构 239

一、刃型位错的结构与位错线 239

二、螺型位错的结构与位错线 240

三、混合位错的结构与位错线 241

四、柏氏矢量 242

五、晶体中的位错密度与位错的分布形式 244

9-4 位错的运动 244

一、位错的滑移 244

二、位错的攀移 246

三、推动位错运动的力 247

9-5 位错的弹性性质 248

一、位错的应力场 248

二、位错的应变能 251

三、位错的线张力 252

四、位错之间的作用力 253

9-6 实际金属晶体中的位错 254

一、位错在典型晶体中的柏氏矢量 254

二、堆垛层错 255

三、不全位错 257

四、位错反应与扩展位错 258

五、汤普森四面体与位错反应 260

一、晶界 261

9-7 金属晶体的界面 261

二、孪晶界 267

三、相界 268

四、外表面 269

习题 271

参考文献 272

第十章 金属及合金的塑性变形 273

10-1 金属的应力-应变曲线 273

一、真应力-真应变曲线 273

二、弹性变形与弹性模量 274

三、均匀塑性变形的流变应力 276

四、金属的断裂 277

10-2 单晶体的塑性变形 280

一、滑移 280

二、孪生 285

三、扭折 287

四、滑移的位错机制 288

五、孪生的位错机制 297

六、单晶体的应力-应变曲线 298

一、晶粒取向的影响 299

10-3 多晶体的塑性变形 299

二、晶粒间界的影响 300

三、多晶体的应力-应变曲线 302

10-4 金属经塑性变形后的组织与性能 302

一、显微组织的变化 302

二、亚结构的变化 303

三、性能的变化 304

四、变形织构 305

10-5 合金的塑性变形 306

五、残余应力 306

一、单相固溶体合金的塑性变形 307

二、多相合金的塑性变形 310

习题 313

参考文献 314

第十一章 回复、再结晶和金属热加工 316

11-1 变形金属加热时的变化 316

一、显微组织的变化 316

三、性能的变化规律 317

二、储存能的变化 317

11-2 回复 318

一、回复过程中微观结构的变化机制 318

二、回复动力学 320

11-3 再结晶 321

一、形核与长大 322

二、再结晶动力学 325

三、再结晶温度与再结晶后的晶粒尺寸 328

四、影响再结晶的主要因素 329

五、两相合金的再结晶 331

11-4 再结晶后晶粒的长大 332

一、晶粒的正常长大 333

二、晶粒的异常长大——二次再结晶 338

11-5 再结晶退火后的组织 340

一、再结晶退火后的晶粒大小 340

二、再结晶织构 340

三、退火孪晶 341

一、动态回复 342

11-6 动态回复与动态再结晶 342

二、动态再结晶 344

三、续(亚)动态再结晶 347

11-7 金属的热加工 347

一、热加工对金属室温力学性能的影响 348

二、热加工钢的组织与性能 348

11-8 金属的超塑性 350

习题 353

参考文献 354