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第一章 金属的晶体结构 1

1 晶体结构与空间点阵 1

2 点阵的描述 2

3 十四种空间点阵(布拉菲点阵) 3

4 晶胞中的位置坐标 5

5 晶面指数 6

6 晶向指数 7

7 晶带与晶带轴 7

8 立方晶系中的一些几何关系 8

9 六方晶系晶面指数及晶向指数的标定 10

10 晶体结构符号 12

11 金属中常见的晶体结构 12

11.1 面心立方结构 13

11.2 体心立方结构 14

11.3 密排六方结构 14

12 密堆积结构中原子面的堆积方式 15

13 密堆积结构中的间隙 16

13.1 间隙的类型 16

13.2 间隙的密度 17

13.3 间隙的大小 17

13.4 面心立方及密排六方结构中的间隙 18

14 体心立方结构中的间隙 19

15 其它类型结构 20

15.1 金刚石型结构 20

15.2 β-Sn(白锡)型结构 20

15.3 铟型结构 21

16 同素异晶性(多形性、同素异构性) 21

17 金属中的原子大小 23

习题 24

参考文献 25

第二章 合金相的晶体结构 26

1 合金相的分类 26

2 置换固溶体 27

2.1 休姆-罗塞利规律 27

2.2 达肯-葛瑞(Darken-Gurry)图 28

2.3 葛施奈德纳(Gschneidner)规律 30

3 间隙固溶体 31

4 超点阵 31

4.1 Cu8Au I(L12)型 32

4.2 β′-CuZn(B2)型 32

4.3 CuAu I(L10)型 33

4.4 CuPt(L11)型 33

4.5 Fe8Al(DO8)型 33

4.6 Mg8Cd(DO19)型 34

5 正常价化合物 34

6 电子化合物(电子相) 35

7 间隙化合物(间隙相) 36

7.1 Rx/RM<0.59时的间隙化合物 36

7.2 Rx/RM>0.59时的间隙化合物 36

8 拉维斯(Laves)相 37

9 σ相 39

10 Cr8Si型结构 41

习题 42

参考文献 43

第三章 金属的凝固 44

1 液态金属的结构和性质 44

2 金属凝固的热力学条件 45

3 形核过程 47

3.1 均匀形核过程 48

3.2 形核率 49

3.3 均匀形核理论与实验结果的比较 50

3.4 非均匀形核过程 51

3.5 晶粒细化剂 53

3.6 溶化时的形核 54

4 晶体的长大 54

4.1 固、液相界面结构 54

4.2 确定固、液相界面类型的判据 56

4.3 晶体长大动力学 56

4.4 固、液相界面的稳定性 58

5 铸锭的组织 60

习题 62

参考文献 63

第四章 二元相图 64

1 系统、相、组元 64

2 二元相图的表示和制作 65

3 相律、杠杆定律及其应用 66

3.1 相律 66

3.2 杠杆定律 68

4 匀晶系相图 68

4.1 相图概述 68

4.2 固溶体的“平衡”凝固过程 69

4.3 固溶体的不平衡凝固过程 69

4.4 晶内偏析与扩散退火 70

5 固溶体凝固时溶质原子的重新分布 71

5.1 液相成分保持均匀 72

5.2 液相中的溶质仅通过扩散混合 72

5.3 在相界面附近的液相中只有扩散，其余部分还有对流，可使液相成分保持均匀 73

6 区域熔化 75

7 成分过冷 76

8 具有极小点的匀晶系相图 77

9 匀晶系中固溶体的分解 78

10 共晶系相图 78

10.1 铅锑系相图及合金凝固过程分析 78

10.2 亚共晶、共晶及过共晶合金显微组织的特点 79

10.3 共晶体的分类 80

10.4 共晶体凝固机制及动力学 82

10.5 共晶体的范围 83

10.6 不平衡凝固时出现的共晶体 84

10.7 离异共晶体(Divorced eutectic) 85

10.8 固溶度极小时的共晶系相图 86

10.9 过饱和固溶体的分解 87

11 包晶系相图 87

11.1 铂银系相图及合金凝固过程分析 87

11.2 包晶反应机制 89

11.3 固溶度极小时的包晶系相图 90

12 合金二组元能形成中间相的相图 90

12.1 中间相有一定的熔点 90

12.2 中间相加热到一定温度要分解为液相及另一个固相 91

13 合金组元中有同素异构转变的相图 93

13.1 钛锆系相图 93

13.2 铪钼系相图 93

13.3 铁钨系相图 95

14 合金二组元在液态有限互溶的相图 95

15 二元相图中的恒温反应 96

16 合金的性能与相图的关系 97

17 相图的热力学解释 100

习题 104

参考文献 106

第五章 铁碳相图 107

1 铁碳系中的相 107

2 铁-渗碳体相图 108

3 碳钢的显微组织 109

4 白口铸铁的显微组织 111

5 铁-石墨相图 113

6 灰口铸铁的显微组织 114

7 变质铸铁、球墨铸铁与可锻铸铁 115

习题 116

参考文献 116

第六章 三元相图 117

1 三元合金成分的表示法 117

2 三元相图的表示法 118

3 三元系中的直线法则、杠杆定律及重心法则 118

3.1 直线法则与杠杆定律 119

3.2 重心法则 119

4 三元系中的两相平衡--合金三组元在固态能完全互溶的相图 120

4.1 相图概述 120

4.2 相律的应用 121

4.3 典型合金凝固过程分析 121

4.4 垂直截面分析 122

5 三元系中的三相平衡 122

6 三元系中的三相共晶平衡 123

6.1 相图概述 123

6.2 投影图、等温截面和垂直截面 124

6.3 典型合金凝固过程分析 125

7 三元系中的三相包晶平衡 126

8 三元系中的四相平衡 128

9 三元系中的四相共晶平衡 129

9.1 相图概述 129

9.2 典型合金凝固过程分析 131

9.3 固溶度极小时的相图 132

10 三元系中的四相包共晶平衡 133

11 三元系中的四相包晶平衡 134

12 三元系中的四相平衡小结 136

13 三元系有中间相时的相图 137

13.1 一个二元系有一个稳定化合物 137

13.2 两个二元系各有一个稳定化合物 138

13.3 三元系内有一个三元稳定化合物 138

13.4 一个二元系有一个不稳定化合物 138

13.5 三元系内有一个三元不稳定化合物 141

14 三元相图所遵循的一般规律 141

14.1 三元相图各类相区的特点 142

14.2 三元相图等温截面中各类相区的特点 142

14.3 三元相图垂直截面的特点 143

15 实际三元相图分析 143

15.1 金锑锗三元系 143

15.2 金铅锡三元系 144

15.3 银铈镧三元系 145

15.4 铝铜镁三元系 147

15.5 铁镍铬三元系 150

习题 154

参考文献 158

第七章 金属的塑性变形 159

1 单晶体的塑性变形 159

1.1 滑移现象 159

1.2 滑移系 160

1.3 临界分切应力 162

1.4 滑移时晶体的转动 164

1.5 多滑移 164

1.6 交滑移 166

1.7 孪生 166

1.8 扭折带 169

1.9 单晶体的应力-应变曲线 170

2 多晶体的塑性变形 172

2.1 多晶体塑性变形的特点 172

2.2 多晶体的屈服强度 173

2.3 多晶体的应力-应变曲线 174

3 金属经塑性变形以后组织和性能的变化 174

3.1 组织的变化 174

3.2 性能的变化 177

4 合金的塑性变形 178

4.1 固溶体合金 178

4.2 多相合金 180

习题 181

参考文献 182

第八章 金属晶体的缺陷 183

1 晶体中原子的结合能 183

2 点缺陷 184

2.1 点缺陷的形成、结构和能量 185

2.2 热力学平衡的点缺陷 185

2.3 点缺陷的作用 187

3 位错理论的产生 187

3.1 完整晶体的理论切变强度 187

3.2 位错概念的提出 189

4 位错的类型与柏氏矢量 190

4.1 刃型位错 190

4.2 螺型位错 191

4.3 柏氏矢量 191

4.4 混合型位错 194

4.5 位错的密度与分布 195

5 位错的弹性性质 196

5.1 概述 196

5.2 位错的应力场 198

5.3 位错的应变能 201

5.4 位错的线张力 202

5.5 作用在位错上的力 203

5.6 位错之间的交互作用力 204

5.7 位错与点缺陷的交互作用 207

6 位错的运动 209

6.1 位错的滑移 209

6.2 位错的攀移 211

7 位错的交割、增殖与塞积 212

7.1 位错的交割 212

7.2 位错的增殖 216

7.3 位错的塞积 218

8 实际晶体中的位错 220

8.1 堆垛层错 220

8.2 不全位错 222

8.3 位错反应 223

8.4 扩展位错 224

8.5 位错的束集 226

8.6 洛末-柯垂耳(Lomer-Cottrell)位错 227

9 位错理论的应用 229

9.1 加工硬化 229

9.2 固溶强化 229

9.3 第二相强化 230

习题 232

参考文献 235

第九章 金属中的扩散 236

1 菲克(Fick)第一定律 236

2 菲克第二定律 237

2.1 菲克第二定律 238

2.2 菲克第二定律的解 239

2.3 D为变量时第二定律的解 242

3 扩散的热力学理论 244

3.1 扩散的驱动力 244

3.2 扩散系数与迁移率 244

4 扩散的微观理论 245

4.1 无规行走与扩散距离 245

4.2 原子迁移与扩散系数 247

4.3 扩散机制 248

5 几种扩散现象 250

5.1 置换固溶体中的扩散 250

5.2 表面扩散和晶界扩散 253

5.3 反应扩散 254

6 影响扩散的因素 255

6.1 温度的影响 255

6.2 成分的影响 255

6.3 晶体结构的影响 257

6.4 表面张力的影响 258

习题 258

参考文献 259

第十章 界面 261

1 晶体表面 261

2 界面的几何自由度 262

3 晶界和亚晶界 263

3.1 小角度晶界 263

3.2 大角度晶界 265

4 相界 266

4.1 共格界面 267

4.2 半共格界面 267

4.3 非共格界面 268

5 孪晶界 268

5.1 共格孪晶界 268

5.2 非共格孪晶界 268

6 界面的能量和性质 269

6.1 小角度晶界的界面能 269

6.2 其它界面的界面能 269

6.3 界面的性质 270

7 晶界的运动 271

7.1 晶界运动的驱动力 271

7.2 影响迁移率的因素 273

8 界面能与组织形貌 275

8.1 单相组织 275

8.2 复相组织 276

习题 278

参考文献 278

第十一章 回复、再结晶和晶粒长大 280

1 回复 280

1.1 退火过程的驱动能 280

1.2 电阻率、密度和加工硬化的回复 281

1.3 回复动力学 282

1.4 多边化 282

1.5 回复过程中显微组织的变化 284

2 再结晶 285

2.1 再结晶的基本规律 285

2.2 影响再结晶的主要因素 285

2.3 再结晶动力学 287

2.4 再结晶的形核位置及形核机制 289

2.5 再结晶织构的形成 291

3 晶粒长大 292

3.1 正常或连续晶粒长大 292

3.2 反常晶粒长大 293

3.3 晶粒长大过程中发展的织构 294

4 动态回复与动态再结晶 295

4.1 动态回复 295

4.2 动态再结晶 295

习题 297

参考文献 297

第十二章 固态金属中的相变 298

1 固态相变热力学 298

1.1 纯金属的固态相变热力学 298

1.2 合金的固态相变热力学 299

2 固态相变的形核 300

2.1 均匀形核 300

2.2 非均匀形核 302

3 新相的长大 304

3.1 界面控制的长大 304

3.2 扩散控制的长大 306

4 固态相变动力学 306

5 脱溶反应 308

5.1 脱溶的条件 308

5.2 脱溶的形式 309

5.3 时效过程的脱溶顺序 310

5.4 脱溶动力学 312

5.5 调幅分解 313

习题 315

参考文献 315