第一部分 晶体学基础 2
第1章 原子结构与结合键 2
1.1 原子结构 3
1.1.1 原子的内部结构 3
1.1.2 元素周期表 3
1.1.3 原子的电离能 4
1.1.4 电子亲和能 4
1.1.5 原子的电负性 5
1.2 原子间的结合键 5
1.2.1 原子结合键的本质 6
1.2.2 离子键 7
1.2.3 共价键 8
1.2.4 金属键 8
1.2.5 范德瓦耳斯键 9
1.2.6 氢键 10
第2章 晶体结构 11
2.1 晶体学基础 11
2.1.1 空间点阵和晶胞 11
2.1.2 晶向指数和晶面指数 15
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 26
2.2.3 晶体中原子堆垛方式与间隙 27
2.2.4 多晶型性 31
2.3 合金相的晶体结构 32
2.3.1 固溶体 32
2.3.2 中间相 38
2.4 离子晶体的结构 43
2.4.1 离子晶体的结构规则 43
2.4.2 典型离子晶体结构 45
2.5 共价晶体的结构 46
2.6 材料结构的测定 47
Reading Material 1 Crystal Structures 50
第3章 非晶体和准晶体结构 53
3.1 非晶体结构 53
3.1.1 非晶合金的形成 54
3.1.2 非晶合金的结构 55
3.1.3 非晶体合金的性能 59
3.2 准晶体的结构 60
3.2.1 准晶体的结构 60
3.2.2 准晶体的形成与性能 63
第4章 晶体缺陷 66
4.1 引言 66
4.2 点缺陷 66
4.2.1 金属中的点缺陷 66
4.2.2 陶瓷中的点缺陷 69
4.2.3 聚合物中的点缺陷 72
4.3 原子振动 72
4.4 位错 73
4.4.1 位错的结构特征 73
4.4.2 柏氏矢量 75
4.5 面缺陷 79
4.5.1 外表面 79
4.5.2 晶界 79
4.5.3 孪晶界 84
4.5.4 相界 85
4.5.5 其他面缺陷 86
4.6 体缺陷 86
Reading Material 2 Crystal Defects 87
习题一 90
第二部分 形变及强化基础 92
第5章 位错基础知识 92
5.1 位错应力场 92
5.1.1 刃型位错的应力场 92
5.1.2 螺型位错的应力场 93
5.2 位错的能量及位错线张力 94
5.3 位错的运动及所受的力 95
5.3.1 位错的滑移 95
5.3.2 位错的攀移 98
5.3.3 位错所受的力 98
5.4 位错间的相互作用 99
5.4.1 平行位错间的弹性相互作用 99
5.4.2 相交位错间的相互作用 101
5.5 位错与表面的相互作用 103
5.6 位错的形成和增殖 104
5.6.1 位错的形成 104
5.6.2 位错的增殖 104
5.7 位错的运动速度 106
5.8 实际晶体中的位错 107
5.8.1 堆垛层错 107
5.8.2 分位错 109
5.8.3 扩展位错 111
第6章 材料的变形 115
6.1 弹性变形 116
6.2 塑性变形 117
6.2.1 滑移 117
6.2.2 孪生 123
6.2.3 扭折 125
6.3 多晶体塑性变形 125
6.3.1 多晶体塑性变形行为 125
6.3.2 晶粒大小的影响 126
6.4 固溶体合金的变形 129
6.5 多相合金塑性变形 130
6.5.1 复合型合金的塑性变形 131
6.5.2 弥散强化合金的塑性变形 131
6.6 加工硬化 134
6.7 屈服现象及应变时效 137
6.7.1 屈服现象 137
6.7.2 应变时效 137
6.8 塑性变形中材料组织与性能的变化 138
6.8.1 晶粒组织变化 138
6.8.2 位错亚结构的变化 138
6.8.3 变形织构 139
6.8.4 残余应力 140
Reading Material 3 Deformation Modes 142
第7章 回复与再结晶 145
7.1 概述 145
7.1.1 组织的变化 145
7.1.2 性能的变化 146
7.2 回复 147
7.2.1 回复动力学 147
7.2.2 回复机理 149
7.2.3 回复的应用 149
7.3 再结晶 150
7.3.1 再结晶的形核及长大 150
7.3.2 再结晶动力学 153
7.3.3 再结晶温度 156
7.3.4 再结晶后的晶粒大小 157
7.4 再结晶后的晶粒长大 158
7.4.1 正常晶粒长大 159
7.4.2 异常晶粒长大 160
7.4.3 再结晶图 161
7.4.4 再结晶织构与退火孪晶 162
7.5 动态回复和再结晶 163
7.5.1 动态回复 163
7.5.2 动态再结晶 164
7.5.3 热加工引起的组织与性能的变化 165
7.5.4 蠕变 166
7.5.5 超塑性 167
Reading Material 4 Recovery，Recrystallization and Grain Growth 169
习题二 175
第三部分 相图及相变基础 178
第8章 二元相图 178
8.1 相图基础知识 178
8.1.1 相平衡与相律 178
8.1.2 相图 180
8.1.3 相图的实验测定方法 182
8.1.4 杠杆定律 183
8.2 相图的热力学基础 184
8.2.1 固溶体自由能-成分曲线 184
8.2.2 多相平衡的公切线原理 185
8.2.3 从自由能-成分曲线推测相图 186
8.2.4 二元相图的几何规律 187
8.3 二元相图 187
8.3.1 匀晶相图 188
8.3.2 共晶相图 191
8.3.3 包晶相图 198
8.3.4 复杂二元相图的分析方法 201
8.4 二元相图分析实例——铁碳相图 204
8.4.1 铁碳二元合金中的相 204
8.4.2 铁碳相图 206
8.5 相图的应用 217
Reading Material 5 Introduction to Alloy Phase Diagrams 219
第9章 三元相图 222
9.1 三元相图基础 222
9.1.1 三元相图的特点 222
9.1.2 三元相图成分表示方法 223
9.1.3 杠杆定律及重心定律 224
9.2 三元匀晶相图 226
9.2.1 相图分析 226
9.2.2 固溶体的凝固过程 226
9.3 三个共晶型二元系构成的三元相图 229
9.3.1 组元在固态完全不溶 229
9.3.2 组元在固态有限溶解 233
9.4 三元包晶相图 238
9.5 三元相图实例 239
9.5.1 三元相图的分析方法 239
9.5.2 三元相图举例 241
第10章 材料的凝固 246
10.1 材料凝固的基本规律 246
10.1.1 液相结构 246
10.1.2 凝固的热力学条件 248
10.1.3 结晶的一般规律 249
10.1.4 金属玻璃 249
10.2 凝固时的形核 250
10.2.1 均匀形核 250
10.2.2 非均匀形核 253
10.3 晶体的长大 256
10.3.1 晶体生长的动态过冷度 256
10.3.2 固液界面结构 256
10.3.3 液体中的温度分布及晶体生长方式 257
10.4 固溶体的凝固 260
10.4.1 固溶体结晶特点 260
10.4.2 固溶体的平衡凝固 262
10.4.3 固溶体的非平衡凝固 263
10.4.4 区域熔炼 266
10.4.5 成分过冷 268
10.5 共晶体的凝固 271
10.5.1 共晶体的形成 271
10.5.2 共晶体的分类及形态 272
10.6 铸锭组织 274
10.6.1 铸锭的典型组织 274
10.6.2 铸锭组织的控制 275
10.6.3 铸锭的缺陷 276
Reading Material 6 Solidification Structures of Steel 278
第11章 固态扩散 280
11.1 扩散现象 280
11.2 扩散定律 281
11.2.1 菲克第一定律 281
11.2.2 菲克第二定律 283
11.3 扩散定律的应用 284
11.3.1 稳态扩散 284
11.3.2 非稳态扩散 285
11.3.3 扩散系数的测定 290
11.4 扩散机理和微观理论 292
11.4.1 置换型固溶体扩散机制 292
11.4.2 间隙固溶体扩散机制 293
11.4.3 原子跳跃与扩散系数 293
11.4.4 扩散系数与扩散激活能 294
11.5 柯肯达尔效应和达肯方程 295
11.5.1 柯肯达尔效应 295
11.5.2 达肯方程 297
11.6 扩散的热力学分析 298
11.7 反应扩散 300
11.8 扩散的影响因素 301
11.8.1 温度 301
11.8.2 晶体结构 302
11.8.3 晶体缺陷 302
11.8.4 化学成分 303
11.8.5 外场 304
Reading Material 7 Diffusion in Metals and Alloys 306
习题三 311
附录 314
中英文对照表 317
参考文献 321