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第一部分 晶体学基础 3

第1章 原子结构与结合键 3

1.1 原子结构 4

1.1.1 原子的内部结构 4

1.1.2 元素周期表 4

1.1.3 原子的电负性 5

1.1.4 原子的电离能 5

1.1.5 电子亲和能 6

1.2 原子间的结合键 6

1.2.1 原子结合键的本质 7

1.2.2 离子键 8

1.2.3 共价键 9

1.2.4 金属键 9

1.2.5 范德瓦耳斯键 10

1.2.6 氢键 11

第2章 晶体结构 12

2.1 晶体学基础 12

2.1.1 空间点阵和晶胞 12

2.1.2 晶向指数和晶面指数 16

2.1.3 晶体投影 21

2.1.4 倒易点阵 23

2.2 纯金属的晶体结构 24

2.2.1 三种典型的金属晶体结构 24

2.2.2 点阵常数与原子半径 27

2.2.3 晶体中原子堆垛方式与间隙 28

2.2.4 多晶型性 31

2.3 合金相的晶体结构 31

2.3.1 固溶体 32

2.3.2 中间相 37

2.4 离子晶体的结构 42

2.4.1 离子晶体的结构规则 42

2.4.2 典型离子晶体结构 44

2.5 共价晶体的结构 45

2.6 材料结构的测定 47

Reading Material 1 Crystal Structure 49

第3章 非晶和准晶体结构 52

3.1 非晶体的结构 52

3.1.1 非晶合金的形成 53

3.1.2 非晶合金的结构 54

3.1.3 非晶合金的性能 56

3.2 准晶的结构 58

3.2.1 准晶的结构 58

3.2.2 准晶的形成与性能 60

第4章 晶体缺陷 62

4.1 引言 62

4.2 点缺陷 62

4.2.1 金属中的点缺陷 62

4.2.2 陶瓷中的点缺陷 65

4.2.3 固体中的杂质 66

4.2.4 聚合物中的点缺陷 68

4.3 位错 68

4.3.1 位错的结构特征 68

4.3.2 柏氏矢量 70

4.4 面缺陷 74

4.4.1 外表面 74

4.4.2 晶界 75

4.4.3 孪晶界 79

4.4.4 相界 80

4.4.5 其他面缺陷 81

4.5 体缺陷 81

4.6 原子振动 82

Reading Material 2 Crystal Defects 83

习题一 86

第二部分 形变及强化基础 89

第5章 位错基础知识 89

5.1 位错应力场 89

5.1.1 刃型位错的应力场 89

5.1.2 螺型位错的应力场 90

5.2 位错的能量及线张力 91

5.3 位错的运动及所受的力 92

5.3.1 位错的滑移 92

5.3.2 位错的攀移 94

5.3.3 位错所受的力 95

5.4 位错间的相互作用 96

5.4.1 平行位错间的弹性相互作用 96

5.4.2 相交位错间的相互作用 98

5.5 位错与表面的相互作用 100

5.6 位错的增殖 100

5.7 位错的运动速度 102

5.8 实际晶体中的位错 102

5.8.1 堆垛层错 103

5.8.2 分位错 104

5.8.3 扩展位错 106

第6章 材料的变形 109

6.1 弹性变形 109

6.2 塑性变形 110

6.2.1 滑移 110

6.2.2 孪生 116

6.2.3 扭折 118

6.3 多晶体塑性变形 118

6.3.1 多晶体塑性变形行为 119

6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响 119

6.4 固溶体合金的变形 122

6.5 多相合金塑性变形 123

6.5.1 复合型合金的塑性变形 123

6.5.2 弥散强化合金变形 124

6.6 加工硬化 127

6.7 屈服现象及应变时效 129

6.7.1 屈服现象 129

6.7.2 应变时效 129

6.8 塑性变形中材料组织性能的变化 130

6.8.1 晶粒组织变化 130

6.8.2 位错亚结构的变化 131

6.8.3 变形织构 131

6.8.4 残余应力 132

Reading Material 3 Deformation Modes 133

第7章 回复与再结晶 137

7.1 概述 137

7.1.1 组织的变化 137

7.1.2 性能的变化 138

7.2 回复 139

7.2.1 回复机理 139

7.2.2 回复动力学 140

7.3 再结晶 141

7.3.1 再结晶的形核及长大 141

7.3.2 再结晶动力学 144

7.3.3 再结晶温度 146

7.3.4 再结晶后的晶粒大小 147

7.4 再结晶后的晶粒长大 148

7.4.1 正常晶粒长大 148

7.4.2 异常晶粒长大（二次再结晶） 149

7.4.3 再结晶织构与退火孪晶 150

7.5 动态回复和再结晶 150

7.5.1 动态回复 151

7.5.2 动态再结晶 151

7.5.3 组织与性能的变化 152

7.5.4 超塑性 153

Reading Material 4 Recovery，Recrystallization and Grain Growth 155

习题二 161

第三部分 相图及相变基础 165

第8章 二元相图 165

8.1 相图基础知识 165

8.1.1 相平衡和相律 165

8.1.2 相图 166

8.1.3 相图的实验测定方法 168

8.1.4 杠杆定律 169

8.2 相图的热力学基础 170

8.2.1 固溶体自由能-成分曲线 170

8.2.2 多相平衡的公切线原理 171

8.2.3 从自由能-成分曲线推测相图 172

8.2.4 二元相图的几何规律 173

8.3 二元相图 173

8.3.1 匀晶相图 173

8.3.2 共晶相图 177

8.3.3 包晶相图 183

8.3.4 复杂二元相图的分析方法 185

8.4 二元相图分析实例——铁碳相图 188

8.4.1 铁碳二元合金中的相 189

8.4.2 铁碳相图 189

8.5 相图的应用 200

Reading Material 5 Introduction to Alloy Phase Diagrams 202

第9章 三元相图 205

9.1 三元相图基础 205

9.1.1 三元相图的特点 205

9.1.2 三元相图成分表示方法 206

9.1.3 杠杆定律及重心定律 207

9.2 三元匀晶相图 208

9.2.1 相图分析 209

9.2.2 固溶体的凝固过程 209

9.3 三个共晶型二元系构成的三元相图 211

9.3.1 组元在固态完全不溶 211

9.3.2 组元在固态有限溶解 215

9.4 三元包晶相图 218

9.5 三元相图实例 219

9.5.1 三元相图的分析方法 219

9.5.2 三元相图举例 222

第10章 材料的凝固 226

10.1 材料凝固的基本规律 226

10.1.1 液相结构 226

10.1.2 凝固的热力学条件 228

10.1.3 结晶的一般规律 229

10.1.4 金属玻璃 229

10.2 凝固时的形核 230

10.2.1 均匀形核 230

10.2.2 非均匀形核 234

10.3 晶体的长大 236

10.3.1 晶体生长的动态过冷度 236

10.3.2 固液界面结构 237

10.3.3 液体中的温度分布及晶体生长方式 238

10.4 固溶体的凝固 241

10.4.1 固溶体结晶特点 241

10.4.2 固溶体的平衡凝固 242

10.4.3 固溶体的非平衡凝固 243

10.4.4 成分过冷 247

10.4.5 区域熔炼 249

10.5 共晶体的凝固 251

10.5.1 共晶体的形成 251

10.5.2 共晶体的分类及形态 252

10.6 铸锭组织 254

10.6.1 铸锭的典型组织 254

10.6.2 铸锭组织的控制 255

10.6.3 铸锭的缺陷 256

Reading Material6Solidification Structures of Steel 258

第11章 固态扩散 260

11.1 扩散现象 260

11.2 扩散定律 261

11.2.1 菲克第一定律 261

11.2.2 菲克第二定律 263

11.3 扩散定律的应用 264

11.3.1 稳态扩散 264

11.3.2 非稳态扩散 265

11.3.3 扩散系数的测定 270

11.4 扩散机理 271

11.4.1 置换固溶体扩散机制 272

11.4.2 间隙固溶体扩散机制 273

11.4.3 短路扩散 273

11.5 柯肯达尔效应和达肯方程 273

11.5.1 柯肯达尔效应 273

11.5.2 达肯方程 275

11.6 扩散过程中的微观理论 276

11.6.1 原子跳跃与扩散系数 276

11.6.2 扩散系数与扩散激活能 277

11.7 扩散的热力学分析 278

11.8 反应扩散 280

11.9 扩散的影响因素 281

11.9.1 温度 281

11.9.2 晶体结构 282

11.9.3 晶体缺陷 282

11.9.4 化学成分 283

11.9.5 外场 284

Reading Material 7 Diffusion in Metals and Alloys 286

习题三 291

附录 294

附录1元素周期表 294

附录2元素的负电性 295

附录3原子和离子半径 296

中英文对照表 297

参考文献 301