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1固体材料的结构1

1.1引言1

1.2材料的原子与状态2

1.2.1原子结构2

1.2.2自由原子的状态2

1.2.3固体与分子中原子的状态5

1.2.4原子间的结合5

1.3金属及合金的晶体结构6

1.3.1三种典型的金属晶体结构7

1.3.2三种典型金属晶体结构中的原子堆垛方式9

1.3.3三种典型金属晶体结构中的间隙11

1.4合金相的分类13

1.4.1固溶体14

1.4.2金属间化合物19

习题20

2晶体中的点缺陷与位错22

2.1引言22

2.1.1按缺陷的几何形状和涉及的范围分类22

2.1.2按缺陷的形成分类22

2.2点缺陷23

2.2.1点缺陷的几何组态23

2.2.2空位的形成能25

2.2.3热平衡状态的点缺陷26

2.2.4空位的移动27

2.2.5晶体中过饱和点缺陷的产生29

2.2.6点缺陷对晶体材料性能的影响29

2.3位错及其几何性质30

2.3.1位错概念的提出和发展30

2.3.2刃型位错与螺型位错36

2.3.3位错的柏氏矢量38

2.3.4混合型位错40

2.3.5位错的运动40

2.3.6刃型位错的攀移43

2.3.7螺型位错的交滑移44

2.4位错的弹性性质44

2.4.1螺型位错应力场45

2.4.2刃型位错应力场46

2.4.3位错的应变能与线张力47

2.4.4作用在位错上的力50

2.4.5位错间的相互作用力51

2.4.6位错的塞积53

2.4.7位错与表面的相互作用55

2.4.8位错与溶质原子的相互作用57

2.4.9位错的点阵模型59

2.5位错的交割65

2.5.1割阶与扭折65

2.5.2几种典型位错的交割65

2.5.3带割阶的位错的运动67

2.6位错的形成与增殖69

2.6.1位错的形成69

2.6.2位错的增殖71

2.7实际晶体中的位错74

2.7.1典型晶体结构中的单位位错75

2.7.2堆垛层错75

2.7.3面心立方结构中的不全位错77

2.7.4位错反应与扩展位错81

2.7.5面角位错的形成84

2.7.6密排六方结构中的位错85

2.7.7体心立方结构中的位错87

习题91

3材料的表面与界面93

3.1引言93

3.2材料的表面93

3.3材料界面的定义与分类95

3.3.1晶界95

3.3.2相界96

3.4晶界几何98

3.5小角晶界99

3.5.1小角晶界的结构99

3.5.2小角晶界能101

3.6大角晶界103

3.6.1大角晶界近代模型103

3.6.2大角晶界现代模型105

3.6.3大角晶界能109

3.6.4界面能与显微组织的变化109

3.7晶界运动110

3.7.1小角晶界的移动110

3.7.2大角晶界的运动111

3.8晶界对材料性能的影响112

3.8.1晶界影响材料性能的因素112

3.8.2晶界上的原子偏聚113

3.8.3晶界在低温形变与断裂中的作用113

3.8.4晶界在高温变形中的作用114

3.8.5晶界对金属腐蚀的影响115

3.9晶界设计115

习题116

4材料的变形、回复与再结晶117

4.1引言117

4.2金属材料的拉伸曲线118

4.3金属材料的弹性变形120

4.3.1虎克定律121

4.3.2弹性模量的技术意义121

4.3.3影响材料弹性模量的因素122

4.4固体的滞弹性与内耗125

4.4.1滞弹性概述126

4.4.2内耗及其唯象处理126

4.4.3内耗研究的某些应用实例130

4.4.4用葛氏扭摆法测定金属的内耗135

4.5晶体的塑性变形135

4.5.1单晶体低温塑性变形的基本方式136

4.5.2晶体的屈服140

4.5.3应变时效142

4.5.4加工硬化143

4.5.5晶体低温塑性变形过程中组织和性能的变化146

4.6回复、再结晶与晶粒长大147

4.6.1回复147

4.6.2再结晶150

4.6.3晶粒长大153

4.6.4二次再结晶与再结晶织构154

4.6.5退火孪晶154

4.7晶体的高温变形154

4.7.1热加工154

4.7.2蠕变157

4.7.3超塑性160

4.8材料的黏性和黏弹性变形161

4.8.1黏性变形161

4.8.2黏弹性变形162

习题164

5材料的强化165

5.1引言165

5.2加工硬化166

5.2.1加工硬化的定义166

5.2.2加工硬化机理166

5.2.3加工硬化的意义167

5.3细晶强化168

5.3.1细晶强化的定义168

5.3.2细晶强化理论168

5.3.3细晶强化特点及细化晶粒方法169

5.4固溶强化170

5.4.1固溶强化的定义170

5.4.2固溶强化理论170

5.5第二相强化175

5.6相变强化177

5.6.1共析反应强化177

5.6.2马氏体相变强化178

5.7复合强化179

5.7.1复合材料的分类179

5.7.2复合强化机理180

5.8强化机理的应用举例182

5.8.1低合金高强度结构钢182

5.8.2铜及其合金的强化183

5.8.3超硬铝的强化183

习题183

6材料的断裂185

6.1引言185

6.2断口分析185

6.3断裂的类型186

6.3.1韧性断裂与脆性断裂186

6.3.2穿晶断裂与沿晶断裂187

6.3.3剪切断裂与解理断裂189

6.3.4正断断裂与切断断裂189

6.4解理断裂190

6.4.1解理断裂的断口特征190

6.4.2解理断裂的强度理论193

6.4.3裂纹的形成和扩展196

6.5微孔聚集型断裂198

6.5.1微孔聚集型断裂的断口特征198

6.5.2断裂机理199

6.6韧性-脆性转变温度201

6.7疲劳断裂202

6.7.1疲劳的基本概念202

6.7.2疲劳寿命曲线204

6.7.3疲劳断口204

6.7.4疲劳破坏机理206

6.8应力腐蚀209

6.8.1应力腐蚀现象及其产生条件209

6.8.2应力腐蚀断裂机理及断口形貌210

6.8.3应力腐蚀抗力指标211

6.8.4防止应力腐蚀的措施212

6.9腐蚀疲劳213

6.9.1腐蚀疲劳及特点213

6.9.2腐蚀疲劳机制214

6.10氢脆215

6.10.1氢在金属中的存在形式215

6.10.2氢脆类型215

6.10.3氢脆机理216

6.10.4防止氢脆的措施216

习题216

参考文献218