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绪论1

0.1 材料加工物理课程的内涵和外延1

0.2 材料的结构与性能3

第1章 材料热力学基础8

1.1 材料热力学的基本概念8

1.2 内能、焓、热容和热力学第一定律10

1.2.1 热力学第一定律10

1.2.2 比热容与温度之间的关系12

1.3 熵和热力学第二定律13

1.3.1 熵的定义和热力学第二定律13

1.3.2 熵变的计算14

1.4 热力学第三定律和绝对熵、标准熵16

1.5 自由能函数17

1.5.1 自由能函数的表达式17

1.5.2 自由能函数的物理意义19

1.6 统计熵和混合熵20

1.6.1 统计熵20

1.6.2 混合熵21

1.7 同素异晶转变热力学22

1.8 偏摩尔量和化学位24

1.8.1 偏摩尔量24

1.8.2 化学位和多相平衡25

1.9 活度28

1.10 界面热力学29

1.10.1 界面的一般理论29

1.10.2 相界面的热力学关系式31

1.11 微粒的蒸气压和固体粒子的溶解度36

1.12 晶粒的长大37

1.13 金属和合金的表面能39

1.13.1 表面能的估算39

1.13.2 影响表面能的因素41

1.13.3 晶界界面能的测定42

第2章 金属结构理论43

2.1 组成材料的基本粒子43

2.1.1 关于基本粒子研究的动态43

2.1.2 原子的基本结构43

2.2 原子结构研究的相关理论及其方法46

2.2.1 玻尔的量子化理论46

2.2.2 海森堡的测不准原理47

2.2.3 基于量子力学的电子波动理论48

2.3 分子结构和结合键56

2.3.1 原子间的作用力57

2.3.2 离子键59

2.3.3 共价键60

2.3.4 金属键61

2.3.5 分子键62

2.3.6 氢键63

2.3.7 真实晶体的键合特征63

2.4 晶体中的电子状态64

2.4.1 德鲁特-洛伦兹（Drude-lorents）理论65

2.4.2 自由电子理论65

2.4.3 靠近费米能级的能量66

2.4.4 能带理论68

2.4.5 能带理论的应用75

2.5 金属的晶体结构82

2.5.1 纯金属及固溶体晶体的基本结构83

2.5.2 金属间化合物的晶体结构87

2.6 晶体材料常见性能的物理本质88

2.6.1 密度89

2.6.2 强度和硬度94

2.6.3 弹性及弹性变形98

2.6.4 金属的导电性102

2.6.5 材料的导热性105

2.6.6 其他物理性能107

第3章 晶体缺陷理论109

3.1 点缺陷109

3.1.1 点缺陷的产生及其形成能110

3.1.2 点缺陷的运动111

3.1.3 点缺陷的平衡浓度的估算112

3.1.4 过饱和空位的形成以及空位对性能的影响114

3.2 线缺陷115

3.2.1 位错概念的提出115

3.2.2 位错基本类型及特征117

3.2.3 位错的运动123

3.2.4 位错的应力场128

3.2.5 位错的来源和增殖132

3.2.6 实际金属中的位错组态134

3.2.7 位错的观测143

3.3 面缺陷145

3.3.1 晶界145

3.3.2 亚晶界153

3.3.3 孪晶界154

3.3.4 相界155

3.4 晶体缺陷之间的交互作用157

3.4.1 位错与位错之间的交互作用157

3.4.2 位错与点缺陷之间的交互作用162

3.5 晶体缺陷理论的应用165

3.5.1 裂纹形核和扩展的位错理论165

3.5.2 对晶体缺陷的几点新认识177

第4章 金属中的扩散及相变理论179

4.1 Fick扩散第一定律及应用179

4.1.1 Fick扩散第一定律179

4.1.2 扩散的本质及扩散系数的物理含义180

4.1.3 Fick扩散第一定律的应用181

4.2 Fick扩散第二定律及其在材料研究中的应用192

4.2.1 Fick扩散第二定律192

4.2.2 扩散第二定律方程的解193

4.2.3 Fick扩散第二定律的应用199

4.3 扩散的微观机制208

4.3.1 间隙扩散机制208

4.3.2 空位扩散机制209

4.3.3 离子晶体与共价晶体中的扩散210

4.3.4 非晶体中的扩散212

4.4 扩散热力学212

4.4.1 扩散激活能及其影响因素212

4.4.2 扩散系数的热力学解释214

4.4.3 反应扩散216

4.4.4 高速扩散通道217

4.5 沉淀相粒子的长大和粗化过程所涉及的扩散问题220

4.5.1 沉淀相粒子的长大220

4.5.2 沉淀相粒子的粗化225

4.6 固态相变的理论基础227

4.6.1 固态相变的分类与特征227

4.6.2 相变驱动力与形核驱动力232

4.6.3 固态相变的形核234

4.6.4 新相长大238

4.7 钢中发生的共析转变、贝氏体转变和珠光体转变244

4.7.1 共析转变244

4.7.2 贝氏体转变250

4.7.3 马氏体相变263

4.8 相场模型原理及其在晶粒长大计算中的应用273

4.8.1 相场模型的建立275

4.8.2 相场模型的求解和应用276

第5章 固溶体及其沉淀与分解277

5.1 固溶体277

5.1.1 固溶度和固溶体的类型277

5.1.2 一次固溶体279

5.1.3 有序固溶体292

5.2 中间相295

5.2.1 电子相295

5.2.2 拉弗斯相和密堆原理296

5.2.3 过渡族元素构成的中间相298

5.2.4 σ相299

5.2.5 β-W结构299

5.2.6 间隙相300

5.2.7 中间相的结构缺陷301

5.3 固溶体的沉淀301

5.3.1 沉淀的条件和分类301

5.3.2 沉淀相粒子的形核304

5.3.3 沉淀过程举例311

5.4 固溶体的调幅分解318

第6章 金属及合金的强韧化理论320

6.1 纯铁的塑性变形行为320

6.1.1 纯铁（α-Fe）的塑性变形320

6.1.2 纯铁（bcc）的塑性321

6.1.3 纯铁（bcc）屈服强度和流变应力的温度敏感性322

6.1.4 纯铁（bcc）的韧性与冷脆性324

6.1.5 纯铁（fcc）的强韧性与塑性变形行为325

6.2 强化机制的分类325

6.3 固溶强化326

6.3.1 均匀固溶强化理论326

6.3.2 柯氏气团330

6.3.3 史氏气团333

6.3.4 铃木气团335

6.3.5 气团拖曳与动态应变时效337

6.3.6 空位与位错的交换作用341

6.3.7 置换固溶和间隙固溶与塑性342

6.4 第二相强化344

6.4.1 沉淀强化机制346

6.4.2 弥散强化机制347

6.4.3 第二相粒子强化的应用348

6.5 细晶强化359

6.5.1 细晶粒强化与刃型位错的塞积359

6.5.2 关于ky值361

6.5.3 在易于交滑移时晶界的强化作用362

6.5.4 孪晶与位错的交互作用363

6.5.5 次生滑移的强化作用363

6.5.6 细化晶粒与塑性364

6.5.7 钢材晶粒尺寸的控制365

6.6 位错强化与加工硬化367

6.6.1 位错强化367

6.6.2 位错强化与塑性和韧性369

6.6.3 金属的加工硬化371

6.6.4 加工硬化的微观解释373

6.6.5 硬化第三阶段与加工软化377

6.7 强化作用的叠加379

第7章 金属的塑性变形381

7.1 滑移变形381

7.1.1 滑移变形的物理现象381

7.1.2 滑移时的晶体学特征383

7.1.3 临界分切应力定律385

7.1.4 滑移过程的一般叙述386

7.2 孪生变形391

7.2.1 孪生变形的物理现象391

7.2.2 孪生变形的结晶学关系392

7.2.3 孪生变形的一些特点394

7.2.4 孪生形成机制398

7.3 多晶体的塑性变形398

7.3.1 多晶体与单晶体的比较399

7.3.2 多晶体变形的不均匀性400

7.3.3 晶体结构对多晶体塑性的影响400

7.3.4 内应力及其影响400

7.3.5 晶界的作用401

7.4 形变织构401

7.4.1 形变织构的意义及其表示方法402

7.4.2 织构形成理论402

参考文献404