第一章 金属的晶体结构 1
第一节 元素周期表与晶体中的原子结合 1
一、周期表中元素的分类 1
二、金属晶体 1
三、晶体中原子间的结合 4
第二节 晶体学基础 7
一、晶体点阵和空间点阵 7
二、布拉菲点阵 9
三、晶向指数和晶面指数 11
四、晶体投影 14
第三节 典型金属的晶体点阵 21
一、三种典型金属点阵中的原子排列方式 22
二、三种典型金属点阵中点阵常数与原子半径间的关系 23
三、晶胞中的原子数 23
四、晶体中原子排列的致密度 24
五、典型金属中的点阵间隙 24
六、元素的晶体点阵及其与周期表中位置的关系 26
七、多型性 26
第四节 本章小结 26
本章重要名词 26
习题 27
参考文献 27
第二章 合金相结构 28
第一节 合金中的相 28
一、电化学因素(负电性因素) 29
二、原子尺寸因素 29
三、电子浓度因素 29
第二节 固溶体 30
一、置换固溶体 30
二、间隙固溶体 32
三、固溶体的微观不均匀性 32
第三节 中间相 33
一、正常价化合物 34
二、电子化合物 34
三、受原子尺寸因素控制的中间相 36
第四节 本章小结 41
本章重要名词 43
习题 43
参考文献 43
第三章 金属的凝固 44
第一节 纯金属的凝固过程 44
一、热分析实验 44
二、纯金属的凝固过程 45
第二节 液态金属 45
一、液态金属的某些性质 45
二、液态金属的结构 46
第三节 液态金属凝固的热力学条件 47
第四节 形核 48
一、均匀形核 48
二、非均匀形核 51
第五节 长大 53
一、长大的热力学条件 53
二、液-固界面的微观结构 54
三、晶核长大机制 55
第六节 金属凝固的动力学及晶粒度 56
一、金属凝固动力学 56
二、金属凝固后的晶粒度 57
第七节 本章小结 58
本章重要名词 59
习题 59
参考文献 59
第四章 二元合金相图 60
第一节 有关相图的基本知识 60
一、组元、系统(系)和相 60
二、相律 60
三、相图的建立 61
四、使用相图的基本方法 62
第二节 匀晶相图 63
一、相图分析 63
二、匀晶转变 63
三、匀晶系合金的不平衡凝固 64
四、具有极大点或极小点的匀晶相图 66
第三节 共晶相图 66
一、相图分析 66
二、共晶系合金的平衡凝固 67
三、共晶组织和初晶的形态 70
四、共晶系合金的不平衡凝固 73
第四节 包晶相图 74
一、相图分析 74
二、典型合金的平衡凝固 75
三、不平衡条件下的包晶转变 76
第五节 其它类型的二元合金相图 77
一、其它类型的恒温转变 77
二、组元间形成化合物的相图 77
第六节 相图的热力学解释 80
一、溶体的自由焓-成分曲线 80
二、公切线法则 82
三、由自由焓曲线建立相图 83
四、二元合金相图的一些几何规律 84
第七节 根据相图判断合金的性能 84
第八节 本章小结 86
本章重要名词 87
习题 87
参考文献 88
第五章 铸造金属 89
第一节 纯金属铸锭的凝固 89
一、温度梯度 89
二、正温度梯度下纯金属铸锭的液-固界面 90
三、负温度梯度下的液-固界面 90
第二节 单相合金铸锭凝固过程中的溶质分布 91
一、概述 91
二、液相的混合 92
三、水平铸型溶质浓度分布的数学分析 93
第三节 单相合金铸锭液-固界面形貌 95
一、成分过冷 95
二、成分过冷对液-固界面形貌的影响 96
第四节 共晶系合金铸锭 98
一、共晶合金液-固界面形貌 98
二、非共晶合金的液-固界面 99
三、铸锭组织及成分分布 99
第五节 纯金属及合金铸锭的组织 99
一、铸锭三区及其形成机制 99
二、影响铸锭组织的因素 101
三、控制铸造金属组织的特殊措施 102
四、铸造缺陷 105
第六节 本章小结 107
本章重要名词 107
习题 107
参考文献 108
附录 有效分配系数K0表达式的推导 108
第六章 三元合金相图 110
第一节 总论 110
一、三元合金相图的基本特点 110
二、三元合金相图的成分表示方法--成分三角形 110
三、成分三角形中的特殊点和线 112
四、三元系中平衡转变的类型 112
五、共线法则及杠杆定律 113
六、重心定律 114
七、三元合金相图的平面化 115
八、自由焓-成分曲面及公切面法则 115
第二节 匀晶相图 117
一、立体模型 117
二、垂直截面 117
三、水平截面(等温截面) 118
四、连接线的方向 120
五、等温线投影图 121
六、析出次生相的两相平衡 121
第三节 共晶相图--三相平衡及四相平衡 122
一、立体模型 122
二、垂直截面 124
三、水平截面 125
四、投影图 125
第四节 三元合金相图中的四相平衡平面 128
一、立体模型中的四相平衡平面 128
二、投影图上的四相平衡平面 129
三、垂直截面上的四相平衡区 130
第五节 形成稳定化合物的三元系 131
一、只有一个二元系形成稳定化合物 131
二、两(或三)个二元系均形成稳定化合物 131
三、形成稳定的三元化合物 132
四、分割部分的总数 132
第六节 实际三元相图应用举例 132
一、Sn-Sb-Cu三元系垂直截面 132
二、Fe-C-N三元系水平截面 135
三、Al-Cu-Mg三元系液相面投影图 135
四、Pb-Sn-Sb三元系液相面等温线投影图 136
五、Pb-Sn-Sb三元系综合投影图 136
六、Al-Mg-Si三元系溶解度面投影图 139
第七节 本章小结 139
本章重要名词 139
习题 140
参考文献 140
第七章 铁碳系 141
第一节 纯铁 141
一、纯铁的同素异构性 141
二、α铁与γ铁的结构 142
三、纯铁的性能与应用 142
第二节 碳与铁碳合金中的相 142
一、碳 142
二、碳在铁中的固溶体 142
三、渗碳体 143
四、铁碳合金相图 144
第三节 铁-渗碳体相图 146
一、包晶转变部分 146
二、共析转变部分 147
三、共晶转变部分 149
四、按组织分区的铁-渗碳体相图 151
第四节 铁-石墨相图 151
第五节 铁-碳合金的成分、组织与性能间的关系 153
一、含碳低于2.11%并按亚稳系统转变的合金 153
二、含碳2.11～6.69%并按亚稳系统转变的合金 155
三、按稳定系统转变的合金 155
第六节 钢中的杂质 155
一、硅和锰 156
二、硫 156
三、磷 157
四、氮 158
五、氢 159
六、氧 159
第七节 钢材的低倍组织缺陷 160
一、偏析 160
二、疏松 161
三、缩孔残余 161
四、翻皮 162
五、气泡 162
第八节 铸铁中的杂质元素 162
一、碳和硅 163
二、锰 164
三、硫 164
四、磷 164
第九节 本章小结 167
本章重要名词 167
习题 168
参考文献 168
附录 工业用碳素钢 169
一、碳素钢的分类 169
二、普通质量碳素结构钢 169
三、优质碳素结构钢 169
四、碳素工具钢 170
第八章 金属的塑性变形 173
第一节 金属的弹性变形 174
一、弹性变形的实质 174
二、弹性变形的主要特点及弹性模量 174
三、弹性的不完整性(滞弹性) 175
第二节 单晶体金属的塑性变形 176
一、滑移 176
二、孪生 183
三、其它塑性变形方式 185
四、单晶体的应力-应变曲线 186
第三节 多晶体的塑性变形 187
一、多晶体塑性变形的主要特点 188
二、多晶体的应力-应变曲线 189
三、金属在高温时的塑性变形 189
第四节 塑性变形对金属的组织与性能的影响 190
一、显微组织的变化 190
二、形变织构 190
三、塑性变形对金属机械性能的影响 193
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
第五节 本章小结 196
本章重要名词 196
习题 196
参考文献 197
第九章 点缺陷与位错 198
第一节 点缺陷 198
一、点缺陷的形成 198
二、点缺陷的平衡浓度 199
三、点缺陷的运动 201
第二节 位错的基本概念 201
一、位错概念的引入 201
二、位错的基本类型 203
三、柏氏矢量 206
四、位错密度 208
第三节 位错的运动 209
一、位错的滑移 209
二、位错的攀移 211
三、运动位错的交割 212
第四节 位错的弹性性质 215
一、位错的应力场 215
二、位错的应变能 219
三、位错的线张力 220
四、作用在位错上的力 220
五、位错间的交互作用力 221
第五节 位错的增殖 223
一、位错的起源 223
二、弗兰克--瑞德(Frank-Read)位错增殖机制--U型平面源(E-R源) 224
三、双交滑移位错增殖机制 226
第六节 面心立方晶体中的位错 226
一、堆垛层错和不全位错 226
二、位错反应与扩展位错 231
三、汤普森四面体 234
第七节 塑性变形的位错机制 236
一、位错运动的阻力 236
二、孪生的位错机制 237
三、位错的塞积 238
第八节 金属及合金强化的位错解释 239
一、冷形变强化 240
二、固溶强化 241
三、分散强化 243
第九节 本章小结 245
本章重要名词 246
习题 247
参考文献 248
第十章 固态金属中的界面 249
第一节 界面的分类与结构 249
一、界面的五个自由度 249
二、晶界、亚晶界与相界 249
三、共格界、半共格界与非共格界 250
四、小角晶界与大角晶界 250
五、表面 252
第二节 界面能 253
一、小角晶界的界面能 253
二、界面上的张力平衡与显微组织 254
第三节 晶界偏析 258
第四节 晶界的迁移 259
一、晶界迁移与界面曲率的关系 259
二、影响晶界迁移率的因素 260
三、晶粒的正常长大 261
四、第二相颗粒对晶界迁移的影响 262
第五节 本章小结 263
本章重要名词 263
习题 263
参考文献 264
第十一章 固态金属中的扩散 265
第一节 常扩散系数下的恒温扩散 265
一、扩散第一方程 265
二、扩散第二方程 265
三、扩散第二方程的应用 266
第二节 扩散的原子理论 269
一、无规运动 269
二、原子跳动与扩散 269
三、扩散机制 270
第三节 扩散系数与浓度 273
一、玻耳兹曼--俣野分析 273
二、柯肯达尔效应与达肯方程 274
三、扩散过程的热力学分析 275
第四节 反应扩散 277
第五节 影响扩散的因素 278
一、温度的影响 278
二、晶体结构的影响 278
三、第三元素的影响 279
四、界面扩散 279
五、电场作用下的扩散 280
六、热场作用下的扩散 281
第六节 本章小结 281
本章重要名词 282
习题 282
参考文献 283
附录 283
一、薄膜解 283
二、正弦解 283
三、半无限长棒解 284
第十二章 回复与再结晶 285
第一节 冷形变金属在加热时的组织与性能变化 285
第二节 冷形变金属中的储存能及其在加热时的变化 286
一、冷形变金属中的储存能 286
二、储存能在加热时的释放 287
第三节 回复 287
一、回复过程中内应力的消除 287
二、回复阶段中组织与结构的变化 287
三、回复的动力学 289
第四节 再结晶 290
一、再结晶动力学 290
二、再结晶的形核 292
三、再结晶后的组织结构及其控制 294
四、两相合金的再结晶 297
第五节 二次再结晶(异常晶粒长大) 299
一、二次再结晶的一般规律 299
二、关于二次再结晶的机制 299
第六节 动态回复与动态再结晶 300
一、动态回复 300
二、动态再结晶 302
三、高温形变对室温机械性能的影响 303
第七节 金属材料的热压力加工 303
一、金属材料的热加工温度范围 304
二、流线 305
三、带状组织 305
第八节 超塑性 307
一、超塑性的概念 307
二、实现超塑性的条件 307
三、获得细晶粒的方法 308
四、超塑形变时的组织变化 309
五、超塑性的应用 310
第九节 本章小结 311
本章重要名词 312
习题 312
参考文献 313