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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 原子的电负性4

1.1.4 原子的电离能4

1.1.5 电子亲和能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20

2.1.4 倒易点阵22

2.2 纯金属的晶体结构23

2.2.1 三种典型的金属晶体结构23

2.2.2 点阵常数与原子半径25

2.2.3 晶体中原子堆垛方式与间隙26

2.2.4 多晶型性29

2.3 合金相的晶体结构30

2.3.1 固溶体31

2.3.2 中间相36

2.4 离子晶体的结构40

2.4.1 离子晶体的结构规则41

2.4.2 典型离子晶体结构42

2.5 共价晶体的结构44

2.6 材料结构的测定45

Reading Material 1 Crystal Structure47

第3章 非晶体和准晶体结构50

3.1 非晶体结构50

3.1.1 非晶合金的形成51

3.1.2 非晶合金的结构52

3.1.3 非晶合金的性能54

3.2 准晶体结构56

3.2.1 准晶体结构56

3.2.2 准晶体的形成与性能58

第4章 晶体缺陷60

4.1 引言60

4.2 点缺陷60

4.2.1 金属中的点缺陷60

4.2.2 陶瓷中的点缺陷63

4.2.3 固体中的杂质64

4.2.4 聚合物中的点缺陷66

4.3 位错66

4.3.1 位错的结构特征66

4.3.2 柏氏矢量68

4.4 面缺陷72

4.4.1 外表面72

4.4.2 晶界72

4.4.3 孪晶界77

4.4.4 相界78

4.4.5 其他面缺陷79

4.5 体缺陷79

4.6 原子振动80

Reading Material 2 Crystal Defects81

习题一84

第二部分 形变及强化基础86

第5章 位错基础知识86

5.1 位错应力场86

5.1.1 刃型位错的应力场86

5.1.2 螺型位错的应力场87

5.2 位错的能量及位错线张力88

5.3 位错的运动及所受的力89

5.3.1 位错的滑移89

5.3.2 位错的攀移91

5.3.3 位错所受的力92

5.4 位错间的相互作用93

5.4.1 平行位错间的弹性相互作用93

5.4.2 相交位错间的相互作用95

5.5 位错与表面的相互作用97

5.6 位错的增殖97

5.7 位错的运动速度99

5.8 实际晶体中的位错99

5.8.1 堆垛层错99

5.8.2 分位错101

5.8.3 扩展位错103

第6章 材料的变形106

6.1 弹性变形106

6.2 塑性变形107

6.2.1 滑移107

6.2.2 孪生113

6.2.3 扭折114

6.3 多晶体塑性变形115

6.3.1 多晶体塑性变形行为115

6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响116

6.4 固溶体合金的变形118

6.5 多相合金塑性变形119

6.5.1 复合型合金的塑性变形120

6.5.2 弥散强化合金变形120

6.6 加工硬化124

6.7 屈服现象及应变时效125

6.7.1 屈服现象125

6.7.2 应变时效126

6.8 塑性变形中材料组织与性能的变化126

6.8.1 晶粒组织变化127

6.8.2 位错亚结构的变化127

6.8.3 变形织构128

6.8.4 残余应力129

Reading Material 3 Deformation Modes130

第7章 回复与再结晶133

7.1 概述133

7.1.1 组织的变化133

7.1.2 性能的变化134

7.2 回复135

7.2.1 回复机理135

7.2.2 回复动力学136

7.3 再结晶137

7.3.1 再结晶的形核及长大137

7.3.2 再结晶动力学140

7.3.3 再结晶温度142

7.3.4 再结晶后的晶粒大小143

7.4 再结晶后的晶粒长大144

7.4.1 正常晶粒长大144

7.4.2 异常晶粒长大145

7.4.3 再结晶织构与退火孪晶146

7.5 动态回复和再结晶146

7.5.1 动态回复147

7.5.2 动态再结晶147

7.5.3 组织与性能的变化148

7.5.4 超塑性149

Reading Material 4 Recovery， Recrystallization and Grain Growth151

习题二157

第三部分 相图及相变基础160

第8章 二元相图160

8.1 相图基础知识160

8.1.1 相平衡与相律160

8.1.2 相图161

8.1.3 相图的实验测定方法163

8.1.4 杠杆定律164

8.2 相图的热力学基础165

8.2.1 固溶体自由能-成分曲线165

8.2.2 多相平衡的公切线原理165

8.2.3 从自由能-成分曲线推测相图167

8.2.4 二元相图的几何规律168

8.3 二元相图168

8.3.1 匀晶相图168

8.3.2 共晶相图171

8.3.3 包晶相图177

8.3.4 复杂二元相图的分析方法180

8.4 二元相图分析实例——铁碳相图183

8.4.1 铁碳二元合金中的相184

8.4.2 铁碳相图184

8.5 相图的应用195

Reading Material 5 Introduction to Alloy Phase Diagrams197

第9章 三元相图200

9.1 三元相图基础200

9.1.1 三元相图的特点200

9.1.2 三元相图成分表示方法201

9.1.3 杠杆定律及重心定律202

9.2 三元匀晶相图203

9.2.1 相图分析204

9.2.2 固溶体的凝固过程204

9.3 三个共晶型二元系构成的三元相图206

9.3.1 组元在固态完全不溶206

9.3.2 组元在固态有限溶解209

9.4 三元包晶相图213

9.5 三元相图实例214

9.5.1 三元相图的分析方法214

9.5.2 三元相图举例217

第10章 材料的凝固221

10.1 材料凝固的基本规律221

10.1.1 液相结构221

10.1.2 凝固的热力学条件223

10.1.3 结晶的一般规律224

10.1.4 金属玻璃224

10.2 凝固时的形核225

10.2.1 均匀形核225

10.2.2 非均匀形核228

10.3 晶体的长大231

10.3.1 晶体生长的动态过冷度231

10.3.2 固液界面结构231

10.3.3 液体中的温度分布及晶体生长方式232

10.4 固溶体的凝固235

10.4.1 固溶体结晶特点235

10.4.2 固溶体的平衡凝固237

10.4.3 固溶体的非平衡凝固238

10.4.4 成分过冷241

10.4.5 区域熔炼244

10.5 共晶体的凝固246

10.5.1 共晶体的形成246

10.5.2 共晶体的分类及形态247

10.6 铸锭组织249

10.6.1 铸锭的典型组织249

10.6.2 铸锭组织的控制250

10.6.3 铸锭的缺陷250

Reading Material 6 Solidification Structures of Steel253

第11章 固态扩散255

11.1 扩散现象255

11.2 扩散定律256

11.2.1 菲克第一定律256

11.2.2 菲克第二定律258

11.3 扩散定律的应用259

11.3.1 稳态扩散259

11.3.2 非稳态扩散260

11.3.3 扩散系数的测定264

11.4 扩散机理266

11.4.1 置换型固溶体扩散机制266

11.4.2 间隙固溶体扩散机制267

11.4.3 短路扩散268

11.5 柯肯达尔效应和达肯方程268

11.5.1 柯肯达尔效应268

11.5.2 达肯方程270

11.6 扩散过程中的微观理论271

11.6.1 原子跳跃与扩散系数271

11.6.2 扩散系数与扩散激活能271

11.7 扩散的热力学分析273

11.8 反应扩散274

11.9 扩散的影响因素276

11.9.1 温度276

11.9.2 晶体结构277

11.9.3 晶体缺陷277

11.9.4 化学成分278

11.9.5 外场279

Reading Material 7 Diffusion in Metals and Alloys280

习题三285

附录288

中英文对照表291

参考文献296