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第1章 材料的结构 1

1.1 材料的结合方式 1

1.1.1 化学键 1

1.1.2 工程材料的键性 2

1.2 晶体学基础 3

1.2.1 晶体与非晶体 3

1.2.2 空间点阵 4

1.2.3 晶向指数与晶面指数 6

1.2.4 晶体的极射赤面投影 8

1.3 材料的晶体结构 10

1.3.1 典型金属的晶体结构 10

1.3.2 共价晶体的晶体结构 14

1.3.3 离子晶体的晶体结构 15

1.3.4 合金相结构 17

习题 23

第2章 晶体缺陷 25

2.1 点缺陷 25

2.1.1 点缺陷的类型及形式 25

2.1.2 点缺陷的运动及平衡浓度 25

2.1.3 点缺陷对性能的影响 26

2.2 线缺陷 26

2.2.1 位错的基本概念 26

2.2.2 位错的运动 29

2.2.3 位错的弹性性质 32

2.2.4 实际晶体中的位错 36

2.3 面缺陷 43

2.3.1 外表面 43

2.3.2 晶界与亚晶界 43

习题 47

第3章 纯金属的凝固 49

3.1 纯金属的结晶过程 49

3.3.1 液态金属的结构 49

3.1.2 纯金属的结晶过程 49

3.2 结晶的热力学条件 49

3.2.1 结晶的过冷现象 49

3.2.2 凝固的热力学条件 50

3.3 形核规律 50

3.3.1 均匀形核 50

3.3.2 非均匀形核 52

3.4 长大规律 54

3.4.1 液-固界面的微观结构 54

3.4.2 晶核的长大机制 54

3.4.3 纯金属的生长形态 55

3.5 结晶理论的某些实际应用 57

3.5.1 细化金属铸件晶粒的方法 57

3.5.2 定向凝固技术 58

3.5.3 单晶体的制备 58

3.5.4 急冷凝固技术 59

习题 62

第4章 二元相图 63

4.1 相图的基本知识 63

4.1.1 相图的表示方法 63

4.1.2 相图的建立 64

4.1.3 相平衡与相律 64

4.1.4 二元相图的几何规律 65

4.2 二元相图的基本类型 66

4.2.1 匀晶相图 66

4.2.2 共晶相图 72

4.2.3 包晶相图 79

4.3 二元相图的分析和使用 81

4.3.1 其他类型的二元相图 81

4.3.2 复杂二元相图的分析方法 83

4.4 铁碳相图和铁碳合金 86

4.4.1 铁碳相图 86

4.4.2 碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响 93

4.4.3 合金铸件的组织与缺陷 96

习题 101

第5章 三元相图 103

5.1 三元相图的成分表示法 103

5.1.1 浓度三角形 103

5.1.2 浓度三角形中具有特定意义的线 103

5.2 三元系平衡转变的定量法则 104

5.2.1 直线定律 104

5.2.2 重心定律 104

5.3 三元匀晶相图 105

5.3.1 相图分析 105

5.3.2 等温截面图（水平截面图） 105

5.3.3 变温截面图（垂直截面图） 106

5.4 三元共晶相图 107

5.4.1 组元在固态互不溶，具有共晶转变的相图 107

5.4.2 组元在固态下有限溶解，具有共晶转变的三元相图 109

5.4.3 三相平衡包晶转变的相图特征 111

5.5 三元合金相图的四相平衡转变） 112

5.5.1 立体图中的四相平衡平面 112

5.5.2 投影图上的四相平衡平面 113

5.5.3 垂直截面图上的四相平衡区 114

5.6 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割 114

5.7 三元合金相图应用举例 115

5.7.1 Fe-C-Si三元系的垂直截面图 115

5.7.2 Fe-Cr-C三元系的垂直截面图 115

5.7.3 Fe-Cr-C三元系的水平截面图 116

5.7.4 CaO-SiO2-Al2O3三元系投影图 117

习题 117

第6章 固体材料的变形与断裂 120

6.1 弹性变形 120

6.1.1 普弹性 120

6.1.2 滞弹性 121

6.2 单晶体的塑性变形 121

6.2.1 滑移 121

6.2.2 孪生 128

6.2.3 晶体的扭折 130

6.3 多晶体的塑性变形 130

6.3.1 多晶体塑性变形过程 130

6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响 131

6.3.3 多晶体应力-应变曲线 131

6.4 塑性变形对金属组织与性能的影响 132

6.4.1 显微组织与性能的变化 132

6.4.2 形变织构 133

6.4.3 残余应力 133

6.5 金属及合金强化的位错解释 134

6.5.1 Cottrell气团 134

6.5.2 位错交割和带割阶位错的运动 134

6.5.3 固定位错 136

6.5.4 滑动位错与第二相质点的交互作用 137

6.6 断裂 138

6.6.1 理论断裂强度 139

6.6.2 Griffith理论与断裂韧性 139

6.6.3 裂纹的萌生 140

6.6.4 断裂形式 141

6.6.5 影响材料断裂的基本因素 142

习题 143

第7章 回复与再结晶 145

7.1 形变金属及合金在退火过程中的变化 145

7.1.1 显微组织的变化 145

7.1.2 储存能释放与性能变化 145

7.2 回复 146

7.2.1 回复机理 146

7.2.2 回复动力学 147

7.2.3 回复退火的应用 148

7.3 再结晶 148

7.3.1 再结晶的形核 148

7.3.2 再结晶动力学 150

7.3.3 影响再结晶的因素 151

7.3.4 再结晶后晶粒大小 152

7.4 晶粒长大 152

7.4.1 晶粒的正常长大 153

7.4.2 晶粒的异常长大 155

7.5 金属的热变形 155

7.5.1 动态回复 156

7.5.2 动态再结晶 156

7.5.3 热加工后的组织及性能 157

7.5.4 超塑性 158

习题 159

第8章 扩散 160

8.1 扩散定律 160

8.1.1 菲克第一定律 160

8.1.2 菲克第二定律 160

8.1.3 扩散方程在生产中的应用举例 160

8.1.4 扩散的驱动力及上坡扩散 163

8.2 扩散机制 163

8.2.1 间隙扩散 163

8.2.2 置换扩散 164

8.2.3 扩散系数公式 165

8.3 影响扩散的因素 166

8.3.1 温度 166

8.3.2 固溶体类型 166

8.3.3 晶体结构 166

8.3.4 浓度 167

8.3.5 合金元素的影响 167

8.3.6 短路扩散 167

8.4 反应扩散 168

习题 168

第9章 固态相变 170

9.1 固态相变总论 170

9.1.1 固态相变分类 170

9.1.2 固态相变的特征 172

9.1.3 固态相变的形核 173

9.1.4 新相的长大 176

9.1.5 相变动力学 178

9.2 扩散型相变 180

9.2.1 调幅分解 180

9.2.2 过饱和固溶体的脱溶 181

9.2.3 共析转变 186

9.3 无扩散相变 188

9.3.1 陶瓷的同质异构转变 188

9.3.2 块型转变 188

9.3.3 马氏体相变 189

9.4 贝氏体相变 193

9.4.1 钢中贝氏体类型及形成过程 193

9.4.2 贝氏体的组织形态 193

9.4.3 贝氏体钢及应用 195

9.5 钢的热处理原理 195

9.5.1 钢的加热转变 196

9.5.2 钢的冷却转变 200

9.5.3 钢的回火转变 204

9.6 钢的热处理工艺 207

9.6.1 普通热处理 207

9.6.2 表面热处理 213

第10章 金属材料 221

10.1 工业用钢 221

10.1.1 钢中合金元素 221

10.1.2 工程结构钢 226

10.1.3 机械制造结构钢 228

10.1.4 工具钢 233

10.1.5 特殊性能钢 240

10.2 铸铁 249

10.2.1 铸铁的石墨化 250

10.2.2 铸铁中石墨形态的控制 252

10.2.3 常用铸铁 254

10.3 有色金属及合金 259

10.3.1 铝及铝合金 260

10.3.2 铜及铜合金 270

10.3.3 轴承合金 281

10.3.4 钛及钛合金 283

第11章 高分子材料 290

11.1 概述 290

11.1.1 高分子材料的基本概念 290

11.1.2 高分子化合物的结构 293

11.1.3 高分子化合物的力学状态 296

11.1.4 高分子材料的老化及其改性 297

11.2 工程塑料 298

11.2.1 塑料的组成与分类 298

11.2.2 塑料制品的成型与加工 299

11.2.3 塑料的性能特点 299

11.2.4 常用工程塑料 300

11.3 合成橡胶与合成纤维 303

11.3.1 橡胶 303

11.3.2 合成纤维 305

11.4 合成胶粘剂和涂料 306

11.4.1 合成胶粘剂 306

11.4.2 涂料 307

第12章 陶瓷材料 309

12.1 陶瓷概述 309

12.2 陶瓷材料的典型结构 310

12.2.1 离子晶体陶瓷结构 310

12.2.2 共价晶体陶瓷结构 311

12.2.3 非晶型陶瓷结构 311

12.3 陶瓷的显微结构 312

12.3.1 晶粒 312

12.3.2 玻璃相 313

12.3.3 气相 313

12.4 陶瓷材料制造工艺 313

12.4.1 坯料制备 313

12.4.2 成型 313

12.4.3 烧结 313

12.5 陶瓷材料的脆性及增韧 314

12.5.1 陶瓷材料的脆性 314

12.5.2 改善陶瓷脆性的途径 315

12.6 工程陶瓷材料简介 316

12.6.1 普通陶瓷 316

12.6.2 特种陶瓷 316

习题 317

第13章 复合材料 318

13.1 概述 318

13.1.1 复合材料的概念 318

13.1.2 复合材料的分类 318

13.1.3 复合材料的命名 318

13.2 复合材料的增强机制及性能 319

13.2.1 复合材料的增强机制 319

13.2.2 复合材料的性能特点 320

13.3 常用复合材料 322

13.3.1 纤维增强复合材料 322

13.3.2 叠层复合材料 326

13.3.3 粒子增强型复合材料 327

第14章 功能材料 328

14.1 概述 328

14.1.1 功能材料的概念 328

14.1.2 功能材料的特点 328

14.1.3 功能材料的分类 329

14.2 功能材料简介 329

14.2.1 电功能材料 329

14.2.2 磁功能材料 332

14.2.3 热功能材料 334

14.2.4 光功能材料 336

14.2.5 其他功能材料 337

14.3 未来材料的发展 338

参考文献 340