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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 Structures50

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 Defects87

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 Modes142

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 Growth169

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 Diagrams219

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 Steel278

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 Alloys306

习题三311

附录314

中英文对照表317

参考文献321