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第1篇晶体学基础1

绪论1

第1章纯金属的晶体结构1

1.1金属的概念1

1.1.1金属的定义1

1.1.2金属原子的结构特点1

1.1.3金属原子的键合方式2

1.1.4金属原子间的结合力与结合能2

1.2金属的晶体性3

1.2.1晶体的特性3

1.2.2空间点阵4

1.2.3晶体、晶系与布拉菲格子4

1.2.4晶向指数与晶面指数5

1.3典型金属的晶体结构8

1.3.1晶胞原子数9

1.3.2原子半径10

1.3.3配位数10

1.3.4致密度10

1.3.5晶胞中的间隙11

1.3.6原子堆垛方式12

1.4其它金属的晶体结构13

1.4.1亚金属的晶体结构13

1.4.2镧系金属的晶体结构13

1.4.3多晶型性15

1.5点缺陷15

1.5.1空位16

1.5.2间隙原子16

1.5.3置换原子17

1.5.4点缺陷的平衡浓度17

1.5.5点缺陷的运动17

1.6位错17

1.6.1位错类型17

1.6.2柏氏矢量与柏氏回路19

1.6.3柏氏矢量的性质与表示方法21

1.6.4位错密度21

1.6.5位错运动22

1.7面缺陷23

1.7.1自由表面23

1.7.2晶界24

1.7.3孪晶界26

1.7.4相界26

1.7.5层错27

习题27

第2章合金相结构28

2.1固溶体28

2.1.1置换固溶体29

2.1.2间隙固溶体31

2.1.3有序固溶体及固溶体微观不均匀性32

2.1.4固溶体性能特点33

2.2中间相34

2.2.1正常价化合物34

2.2.2电子化合物35

2.2.3间隙相与间隙化合物37

2.2.4拓朴密堆相38

习题39

第2篇凝固理论及应用40

第3章金属的结晶40

3.1金属结晶的基本条件40

3.1.1金属结晶的过冷现象40

3.1.2金属结晶的热力学条件40

3.1.3结晶过程的一般规律42

3.1.4金属结晶的结构条件42

3.2形核42

3.2.1均匀形核42

3.2.2非均匀形核45

3.3晶核长大48

3.3.1晶核长大条件48

3.3.2液固界面结构48

3.3.3晶体长大方式50

3.3.4晶体长大形态51

3.3.5长大速度52

3.4结晶理论实际应用53

3.4.1细化晶粒53

3.4.2铸锭的组织控制54

3.5急冷凝固技术56

3.5.1非晶态合金56

3.5.2微晶合金57

3.5.3准晶态合金58

习题59

第4章金属的结晶60

4.1二元合金相图与合金凝固60

4.1概述60

4.1.1二元合金相图的表示方法60

4.1.2二元合金相图的测定60

4.1.3相律61

4.1.4杠杆定理62

4.2匀晶相图及固溶体合金结晶62

4.2.1匀晶相图分析62

4.2.2固溶体合金的平衡结晶过程63

4.2.3固溶体合金的非平衡结晶及技晶偏析64

4.2.4固溶体合金的非平衡结晶与宏观偏析65

4.2.5固溶体合金的成份过冷与晶体形态68

4.3共晶相图及共晶合金结晶71

4.3.1共晶相图分析71

4.3.2合金的平衡结晶过程71

4.3.3共晶合金的非平衡结晶73

4.3.4共晶与初晶的组织形貌75

4.4包晶相图78

4.4.1包晶相图分析78

4.4.2合金的平衡结晶过程79

4.4.3包晶系合金的非平衡结晶81

4.4.4包晶转变在生产中的应用81

4.5其它类型二元合金相图82

4.5.1具有其它三相平衡转变的二元相图82

4.5.2两组元形成化合物时二元相图83

4.5.3具有磁性转变和有序转变的二元相图84

4.6二元合金相图的基本方法84

4.6.1分析相图的基本方法84

4.6.2利用相图可判断合金的热处理类型86

4.6.3利用相图可判断合金的性能86

4.7合金热力学对相图的解释87

4.7.1自由焓——成份曲线87

4.7.2公切线法则88

4.7.3用自由焓——成份曲线绘制相图89

习题89

第5章铁碳合金相图91

5.1铁碳合金的组元和基本相91

5.1.1铁碳合金的组元91

5.1.2铁碳合金中的基本相91

5.2铁碳合金相图分析92

5.2.1相图中特性点92

5.2.2相图中特性线93

5.3铁碳合金平衡结晶过程94

5.3.1工业纯铁的平衡结晶过程95

5.3.2共析钢的平衡结晶过程95

5.3.3亚共析钢的平衡结晶过程97

5.3.4过共析钢的平衡结晶过程98

5.3.5共晶合金的平衡结晶过程99

5.3.6亚共晶白口铁的平衡结晶过程100

5.3.7过共晶白口铁的平衡结晶过程101

5.4碳对铁碳合金的平衡组织与性能影响101

5.5钢中杂质对钢组织和性能的影响103

5.5.1硅、锰对钢的组织和性能的影响104

5.5.2硫和磷对钢的组织和性能的影响104

5.5.3氢、氮、氧对钢的组织和性能的影响105

5.6钢锭的组织和缺陷106

5.6.1镇静钢锭的组织和缺陷106

5.6.2沸腾钢锭的组织和缺陷107

习题108

第6章三元合金相图109

6.1三元相图的基本知识109

6.1.1概述109

6.1.2三元相图成份表示法109

6.1.3杠杆定律110

6.1.4重心法则111

6.2三元匀晶相图111

6.2.1相图空间结构111

6.2.2合金凝固过程及组织111

6.2.3等温截面（水平截面）111

6.2.4等温线投影图113

6.2.5变温截面（垂直截面）113

6.3固态下互不溶解的三元共晶相图114

6.3.1相图空间结构114

6.3.2投影图及合金结晶过程115

6.4固态下有限溶解的三元共晶相图116

6.4.1相图空间结构116

6.4.2三元共晶系的空间投影图118

6.4.3合金结晶过程及组织118

6.4.4变温截面（垂直截面）121

6.4.5等温截面（水平截面）122

6.5三元包共晶相图123

6.5.1相图的空间结构123

6.5.2包共晶系投影图及结晶过程分析124

6.5.3等温截面（水平截面）125

6.5.4变温截面（垂直截面）126

6.6三元相图中三相平衡与四相平衡127

6.6.1三相平衡127

6.6.2四相平衡128

6.7三元相图实例分析130

6.7.1变温截面（Fe-Cr-C系）130

6.7.2等温截面（Fe-Cr-C系）131

6.7.3液相面投影图（Al-Cu-Mg系）132

6.7.4固溶度面投影图（Al-Mg-Si系）133

习题134

第3篇形变理论及其应用138

第7章金属与合金的塑性变形138

7.1应力——应变曲线138

7.1.1工程应力——应变曲线138

7.1.2真应力——应变曲线139

7.1.3弹性变形140

7.2单晶体的塑性变形141

7.2.1滑移141

7.2.2滑移的位错机制147

7.2.3孪生148

7.3位错在塑性变形中的行为150

7.3.1位错的交截150

7.3.2位错的增殖152

7.3.3位错的塞积153

7.4多晶体的塑性变形154

7.4.1多晶体塑性变形特点154

7.4.2晶粒大小对机械性能的影响154

7.5合金的塑性变形155

7.5.1单相固溶体合金的塑性变形155

7.5.2多相合金的塑性变形157

7.6塑性变形对金属组织和性能的影响159

7.6.1组织结构的变化159

7.6.2性能变化160

7.6.3残留应力161

7.6.4变形结构161

7.7金属的断裂162

7.7.1断口形态162

7.7.2影响金属材料断裂性质的基本因素164

7.7.3断裂韧性165

习题167

第8章回复与再结晶169

8.1变形金属在加热时的变化169

8.1.1显微组织和性能的变化169

8.1.2加热过程中能量释放的情况170

8.2回复170

8.2.1回复动力学171

8.2.2回复的机理171

8.2.3回复以后金属性能的变化172

8.3再结晶173

8.3.1再结晶晶核形成与长大173

8.3.2再结晶温度及其影响因素174

8.4晶粒长大176

8.4.1晶粒正常长大176

8.4.2晶粒异常长大——二次再结晶178

8.5再结晶退火后组织与性能179

8.5.1再结晶全图179

8.5.2再结晶织构179

8.5.3退火孪晶180

8.6金属的热加工180

8.6.1动态回复与动态再结晶181

8.6.2热加工后的组织与性能182

8.7超塑性加工183

8.7.1超塑性的表示183

8.7.2影响超塑性的因素184

8.7.3超塑性变形后组织变化184

8.7.4超塑性变形的机制185

习题186

第4篇固态相变理论及应用187

第9章固态金属中的扩散187

9.1概述187

9.1.1扩散的驱动力187

9.1.2扩散的微观机制及扩散激活能187

9.1.3扩散系数188

9.1.4固态扩散的分类189

9.2扩散定律190

9.2.1扩散第一定律190

9.2.2扩散第二定律190

9.3影响扩散的因素192

9.3.1温度的影响192

9.3.2晶体结构的影响192

9.3.3固溶体类型对扩散的影响192

9.3.4固溶体浓度对扩散的影响192

9.3.5晶体缺陷对扩散的影响193

9.3.6化学成份对扩散的影响193

习题193

第10章热处理原理与工艺194

10.1概述194

10.1.1热处理的分类194

10.1.2钢的临界温度194

10.2钢的加热转变195

10.2.1奥氏体的形成195

10.2.2奥氏体晶粒长大及其控制197

10.3钢的冷却转变199

10.3.1过冷奥氏体的等温转变199

10.3.2过冷奥氏体的连续转变（CCT图）206

10.3.3IT图与CCT图的比较与应用206

10.4钢的退火与正火207

10.4.1珠光体转变过程及影响因素207

10.4.2退火工艺208

10.4.3正火正艺210

10.5钢的淬火211

10.5.1马氏体转变的动力学特点211

10.5.2影响马氏体转变的因素212

10.5.3钢的淬火工艺213

10.5.4淬火缺陷及防止217

10.5.5贝氏体转变219

10.6钢的淬透性223

10.6.1淬透性的概念223

10.6.2淬硬层深度的确定223

10.6.3影响淬透性的因素224

10.6.4淬透性的测定方法224

10.6.5淬透性曲线的应用226

10.7钢的回火229

10.7.1钢在回火时的组织变化229

10.7.2淬火钢回火后的组织与性能变化230

10.7.3回火工艺230

10.7.4回火脆性232

10.8钢的表面热处理233

10.8.1感应加热表面热处理233

10.8.2火焰加热表面热处理234

10.8.3激光加热表面热处理234

10.8.4电子束加热表面热处理235

10.9钢的化学热处理236

10.9.1化学热处理概述236

10.9.2钢的渗碳237

10.9.3钢的氮化240

10.9.4钢的碳氮共渗241

10.9.5钢的渗硼242

10.9.6钢的渗铝243

10.10表面热处理新技术244

10.10.1热喷涂技术244

10.10.2气相沉积技术246

10.10.3离子注入247

10.10.4化学镀248

习题248

第5篇工程材料251

第11章工业用钢251

11.1概述251

11.2钢的分类及编号251

11.2.1钢的分类251

11.2.2钢的编号252

11.3合金元素在钢中的作用253

11.3.1合金元素与铁和碳的相互作用253

11.3.2合金元素在钢中的分布256

11.3.3合金元素对钢的相变的影响256

11.4工程构件用钢260

11.4.1工程构件用钢的性能要求260

11.4.2工程构件用钢的合金化260

11.4.3常用工程构件用钢260

11.5机器零件用钢262

11.5.1机器零件用钢的性能及合金化特点263

11.5.2常用机器零件用钢263

11.6工具钢271

11.6.1刃具钢272

11.6.2量具钢278

11.6.3模具钢279

11.7特殊钢282

11.7.1不锈钢282

11.7.2耐热钢287

11.7.3耐磨钢293

习题294

第12章铸铁296

12.1概论296

12.1.1铸铁组织与性能特点296

12.1.2铸铁的石墨化296

12.1.3铸铁的分类298

12.2常用铸铁299

12.2.1灰口铸铁299

12.2.2可锻铸铁302

12.2.3球墨铸铁304

12.2.4蠕墨铸铁308

12.3合金铸铁309

12.3.1耐磨铸铁309

12.3.2耐蚀铸铁310

习题311

第13章有色金属及其合金312

13.1铝及铝合金312

13.1.1纯铝312

13.1.2铝的合金化及强化途径313

13.1.3铝合金的分类314

13.1.4变形铝合金314

13.1.5铸造铝合金322

13.2铜及铜合金324

13.2.1纯铜324

13.2.2铜的合金化及强化方法325

13.2.3黄铜325

13.2.4青铜329

13.2.5白铜331

13.3钛及钛合金333

13.3.1纯钛333

13.3.2钛的合金化333

13.3.3工业钛合金333

13.3.4钛合金的热处理334

13.4轴承合金336

13.4.1轴承合金性能要求336

13.4.2锡基轴承合金337

13.4.3铅基轴承合金338

13.4.4铜基轴承合金338

13.4.5铝基轴承合金339

习题341

第14章粉末冶金材料342

14.1粉末冶金原理和生产过程342

14.1.1粉末的制取342

14.1.2压制成型343

14.1.3烧结343

14.1.4烧结后处理343

14.2结构材料343

14.2.1制造零件用的结构材料343

14.2.2减摩材料344

14.2.3摩擦材料345

14.2.4多孔材料346

14.3工具材料347

14.3.1硬质合金347

14.3.2超硬材料349

14.3.3粉末高速钢350

14.4其它粉末冶金材料350

14.4.1耐热材料350

14.4.2电磁材料352

14.4.3原子能工程材料353

习题354

第15章非金属机械工程材料355

15.1高分子材料355

15.1.1高分子材料的基本概念355

15.1.2高分子化合物的结构与性能357

15.1.3工程塑料366

15.2工程陶瓷材料370

15.2.1陶瓷材料的物质结构与显微组织371

15.2.2陶瓷材料的制作工艺及分类375

15.2.3陶瓷材料的性能及应用377

15.3复合材料379

15.3.1复合材料的分类及命名379

15.3.2复合材料的增强机制380

15.3.3复合材料的性能特点381

15.3.4常用复合材料382

15.3.5未来材料发展方向388

习题389

参考文献390