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导论 1

第一章 纯金属的晶体结构 1

第一节 晶体学基础 1

一、晶体中原子间的结合 1

二、空间点阵 3

三，晶胞、晶系与布拉菲点阵 4

四、晶向指数和晶面指数 6

第二节 典型金属的晶体结构 9

一、三种典型金属晶体中的原子排列方式 10

二、三种典型金属结构中点阵常数与原子半径的关系 11

三、晶胞中的原子数 12

四、晶体中原子排列的致密度 12

五、典型金属晶体中原子间的间隙 13

六、多型性 14

七、亚金属与镧系金属的晶体结构 14

八、关于原子半径的概念 15

九、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性 16

第三节 点缺陷 16

一、空位和间隙原子的形成 16

二、点缺陷的平衡浓度 17

三、点缺陷的运动 19

第四节 位错 19

一、电镜下的位错 19

二、位错模型 19

三、柏氏矢量 22

四、位错密度 25

第五节 界面 25

一、界面类型与结构 25

二、界面能 30

三、界面上的张力平衡与晶粒形状 30

四、堆垛层错 31

一、过冷现象 35

第一节 纯金属凝固的基本过程 35

第二章 纯金属的凝固 35

二、纯金属凝固的基本过程 36

第二节 液态金属 36

一、液态金属的某些性质 36

二、液态金属的结构 37

第三节 金属凝固的热力学条件 37

第四节 形核 38

一、均匀形核 38

二、非均匀形核 40

第五节 长大 43

一、长大的热力学条件 43

二、液-固界面的微观结构 43

三、晶核长大机制 44

第六节 金属凝固动力学及晶粒尺寸 45

一、金属凝固动力学 45

二、金属凝固后的晶粒尺寸 47

第三章 合金相的晶体结构 50

第一节 固溶体 50

一、置换固溶体 51

二、间隙固溶体 53

三、有序固溶体及固溶体的微观不均匀性 54

第三节 中间相 55

一、正常价化合物 55

二、电子化合物 56

三、受原子尺寸因素控制的中间相 58

第四章 二元合金相图 61

第一节 有关相图的基本知识 61

一、相律 61

二、合金成分表示方法 61

三、二元合金相图的建立 62

四、使用二元合金相图的基本方法 62

二、匀晶转变 63

一、相图分析 63

第二节 匀晶相图 63

三、匀晶系合金的不平衡凝固 65

四、具有极大点或极小点的匀晶相图 66

第三节 共晶相图 67

一、相图分析 67

二、共晶系合金的平衡凝固 67

三、共晶组织和初晶的形貌 71

四、共晶系合金的不平衡凝固 74

第四节 包晶相图 75

一、相图分析 75

二、典型合金的平衡凝固 76

三、不平衡条件下的包晶转变 77

第五节 其他类型的二元合金相图 77

一、其他类型的恒温转变 77

二、组元间形成中间相的相图 79

二、公切线法则 80

第六节 二元相图热力学初步 80

一、二元溶体的自由焓-成分曲线 80

三、自由焓曲线与二元合金相图 82

四、二元合金相图的一些几何规律 82

第七节 根据相图判断合金的性能 84

第五章 铁碳系 90

第一节 纯铁 90

一、纯铁的多型性 90

二、α铁和γ铁的结构 91

三、纯铁的性能与应用 91

第二节 碳与铁碳合金中的相 91

一、碳 91

二、碳在铁中的固溶体 91

三、渗碳体 92

四、铁碳合金相图 93

一、包晶转变线 95

第三节 铁-渗碳体相图 95

二、共析转变线 96

三、共晶转变线 98

四、按组织分区的铁-渗碳体相图 99

第四节 铁-石墨相图 99

第五节 铁-碳合金的成分、组织与性能间的关系 102

一、含碳低于2.11％并按亚稳系统转变的合金 102

二、含碳2.11～6.69％并按亚稳系统转变的合金 103

一、硅和锰 104

三、按稳定系统转变的合金 104

第六节 钢中的杂质 104

二、硫 105

三、磷 106

四、氮 107

五、氢 108

六、氧 108

二、扩散第二方程 111

一、扩散第一方程 111

第六章 固态金属中的扩散 111

第一节 常扩散系数下的恒温扩散 111

三、扩散第二方程的应用 112

第二节 扩散的原子理论 115

一、原子跳动与扩散 115

二、扩散机制 116

第三节 达肯方程与扩散的热力学分析 119

一、柯肯达尔效应与达肯方程 119

二、扩散过程的热力学分析 120

第四节 反应扩散 121

第五节 影响扩散的因素 122

一、温度的影响 122

二、晶体结构的影响 123

三、第三元素的影响 123

四、界面扩散 123

五、电场作用下的扩散 124

六、热场作用下的扩散 125

第七章 合金凝固及铸件组织 127

第一节 合金在铸型中凝固时溶质的重新分布 127

一、合金凝固过程中固液两相的平衡成分 127

二、液固界面的局部平衡 128

三、液相完全混合时的溶质分布 128

四、液相完全不混合时的溶质分布 129

五、液相部分混合时的溶质分布 130

六、区域熔炼 131

第二节 成分过冷 132

一、温度梯度 132

二、成分过冷 132

三、成分过冷对液固界面形貌的影响 134

四、界面形貌对溶质分布的影响 134

五、共晶合金液固界面形貌 134

一、铸锭三区及其形成机制 135

六、亚共晶合金铸件成分分布 135

第三节 金属铸锭的宏观组织 135

二、影响铸锭组织的因素 136

三、铸锭(件)中的宏观组织缺陷 138

四、控制铸造金属组织的特殊措施 139

第八章 三元合金相图 143

第一节 总论 143

一、三元合金相图的主要特点 143

二、三元合金相图的成分表示方法——成分三角形 143

三、成分三角形中的特殊点和线 145

四、三元系中平衡转变的类型 145

五、共线法则及杠杆定律 146

六、重心定律 147

七、三元合金相图的平面化 148

八、自由焓-成分曲面及公切面法则 148

一、立体模型 150

第二节 匀晶相图 150

二、垂直截面 151

三、水平截面(等温截面) 152

四、连接线的方向 153

五、等温线投影图 154

六、析出次生相的两相平衡 154

第三节 共晶相图——三相平衡及四相平衡 155

一、立体模型 155

二、垂直截面 157

三、水平截面 157

四、投影图 158

第四节 三元合金相图中的四相平衡平面 160

一、立体模型中的四相平衡平面 160

二、投影图上的四相平衡平面 162

三、垂直截面上的四相平衡区 163

第五节 形成稳定化合物的三元系 163

三、形成稳定的三元化合物 164

一、只有一个二元系形成稳定化合物 164

二、两(或三)个二元系形成稳定化合物 164

四、分割部分的总数 165

第六节 实际三元相图举例 165

一、Fe-C-Cr三元系垂直截面 165

二、Fe-C-Cr三元系水平截面 166

三、Al-Cu-Mg三元系液相面投影图 167

四、Fe-C-P三元系的投影图 168

第九章 金属的塑性变形 172

第—节 金属的弹性变形 173

一、弹性变形的实质 173

二、弹性变形的主要特点及弹性模量 173

第二节 单晶体金属的塑性变形 174

一、滑移 175

二、孪生 180

四、单晶体的应力-应变曲线 182

三、其他塑性变形方式 182

第三节 晶体滑移的位错机制 183

一、位错滑动与晶体滑移 183

二、弗兰克-瑞德位错增殖机制——U型平面源 185

三、交滑移的位错机制 185

四、刃型位错的攀移 186

第四节 多晶体的塑性变形 187

一、多晶体塑性变形的主要特点 187

二、多晶体的应力-应变曲线 188

第五节 合金的塑性变形 188

一、固溶体的塑性变形 188

二、复相合金的塑性变形 189

第六节 塑性变形对金属组织与性能的影响 189

一、显微组织的变化 190

二、形变织构 191

三、塑性变形对金属力学性能的影响 192

四、残余应力 194

五、塑性变形对金属的物理、化学性能的影响 195

第十章 回复、再结晶与金属热加工 197

第一节 冷变形金属在加热时的组织、性能变化 197

一、回复与再结晶 197

二、回复与再结晶的驱动力 198

三、回复与再结晶时金属性能的变化 198

第二节 回复 199

一、回复过程中内应力的消除 199

二、回复阶段组织与结构的变化 199

三、回复的动力学 200

第三节 再结晶 200

一、再结晶动力学 200

二、再结晶形核 201

三、影响再结晶过程的主要因素和再结晶后的晶粒尺寸 203

第四节 晶粒长大 205

二、晶粒正常长大 206

一、晶界的迁移 206

三、异常晶粒长大(二次再结晶) 207

第五节 再结晶组织 208

一、再结晶图 208

二、退火孪晶 208

三、再结晶织构 209

第六节 动态回复与动态再结晶 210

一、动态回复 211

二、动态再结晶 212

第七节 金属材料的热压力加工 213

一、热加工的温度范围 214

二、流线 214

三、带状组织 215

第八节 超塑性加工 216

一、超塑性 216

二、实现超塑性的条件 216

四、超塑性加工 217

三、超塑形变时的组织变化 217

第十一章 金属强化的位错机制 221

第一节 位错的弹性行为 221

一、位错的应力场 221

二、位错的应变能 223

三、位错的线张力 224

四、作用在位错上的力 224

五、位错间的交互作用力 225

第二节 面心立方晶体中的位错 227

一、全位错与不全位错 227

二、面心立方晶体中的全位错与不全位错 228

三、位错反应与扩展位错 229

第三节 金属强化的位错机制 231

一、加工硬化 231

二、固溶强化 234

三、分散强化 234