《金属学原理》

第一章纯金属的晶体结构3

1-1 金属晶体中原子间的结合3

一、周期表中元素的金属性与非金属性3

二、金属原子间的结合4

三、金属的晶体性7

1-2 晶体学基础8

一、晶体中的空间点阵8

二、晶向指数和晶面指数13

1-3 纯金属的晶体结构17

一、三种典型的金属晶体结构17

二、金属的多型性19

三、金属晶体结构中的原子堆垛20

四、金属晶体结构中的间隙21

五、金属晶体结构中的原子半径24

六、亚金属晶体结构的特点26

习题32

参考文献33

第二章纯金属的结晶35

2-1 金属结晶的基本规律35

一、金属的结晶过程35

二、金属结晶时的过冷现象35

三、金属结晶的能量条件——热力学分析36

四、金属结晶的结构条件——液态金属的结构特征38

2-2 晶核的形成40

一、均质形核40

二、非均质形核44

2-3 晶体的长大46

一、晶体生长时液-固相界面上原子迁移的动力学条件46

二、液-固相界面的微观结构48

三、晶体生长机制和生长速率49

2-4 金属结晶过程的动力学52

2-5 金属结晶时的生长形态54

一、液-固相界面前沿液体中的温度梯度54

三、负温度梯度下纯金属结晶的树枝状生长55

二、正温度梯度下纯金属结晶的平面生长55

2-6 金属结晶后的晶粒大小及其内部的结构缺陷56

一、结晶后晶粒大小及其控制56

二、结晶过程中晶体缺陷的形成58

习题60

参考文献60

第三章合金相的晶体结构61

3-1 合金中的相61

一、合金中组成元素间的相互作用61

二、影响合金相结构的主要因素62

3-2 固溶体63

一、固溶体的分类63

二、溶固体结构的特点64

三、固溶体的溶解度66

四、有序固溶体（超点阵）71

一、中间相的分类及其特点76

二、正常价化合物76

3-3 中间相——金属间化合物76

三、电子化合物78

四、间隙相79

五、拓扑密堆结构83

六、金属间化合物的特殊性能及其应用简介87

习题88

参考文献88

一、单元系相图89

二、合金相平衡的热力学条件89

4-1 相平衡与相图89

第四章二元合金相图89

三、相律91

四、二元系合金相图91

4-2 匀晶相图及其合金组织的形成94

一、匀晶相图94

二、固溶体合金的平衡结晶及其组织94

三、固溶体合金的非平衡结晶及其组织96

一、共晶相图98

4-3 共晶相图及其合金组织的形成98

二、典型合金的平衡结晶及其组织99

三、共晶组织及其形成机制102

四、初晶相的形态和离异共晶105

五、共晶系合金的非平衡结晶及其组织106

4-4 包晶相图及其合金组织的形成107

一、包晶相图107

二、典型合金的平衡结晶及其组织108

三、包晶系合金的非平衡结晶及其组织110

4-5 其它类型的二元系合金相图111

一、具有化合物的二元相图111

二、具有三相平衡等温转变的其它二元相图112

三、具有无序-有序转变的相图114

四、具有中间相转变的相图114

4-6 二元相图的分析方法与应用114

一、二元相图的一些几何规律114

二、二元相图的分析方法115

4-7 根据相图推测合金的性能116

一、相图与合金的力学、物理性能116

二、相图与合金的铸造工艺性能117

三、相图与合金热处理的可能性117

附注118

习题120

参考文献121

第五章三元合金相图122

5-1 三元合金相图的几何规则122

一、三元合金相图的成分表示法122

二、三元合金相图中相成分与相对含量变化规则123

5-2 三元匀晶相图125

一、相图的空间模型125

二、合金的平衡结晶过程125

三、等温截面图（水平截面图）126

四、变温截面图（垂直截面图）128

一、相图的空间模型129

5-3 固态互不溶解的三元共晶相图129

二、投影图130

三、合金的结晶过程及组织130

四、等温截面图131

五、变温截面图132

5-4 固态有限溶解的三元共晶相图133

一、相图的空间模型133

二、合金的结晶过程及组织138

四、变温截面图139

三、等温截面图139

5-5 其它类型三元相图简介141

一、包共晶三元相图141

二、四相平衡包晶转变三元相图144

5-6 三元相图中的四相平衡145

一、四相平衡转变面145

二、四相平衡转变前后的三相平衡转变145

四、从液相面投影图判别四相平衡类型146

三、三种四相平衡在变温截面上的反映146

五、三元相图中的相区接触法则147

5-7 三元合金相图的实例分析147

一、Al-Zn-Mg三元合金相图147

二、Fe-C-Si三元合金相图垂直截面148

三、Fe-C-Cr三元合金相图垂直截面149

习题151

参考文献152

第六章铁碳合金153

6-1 铁碳合金中碳的存在形式153

一、碳在铁中的固溶体153

二、铁碳化合物153

三、石墨155

6-2 铁碳合金相图156

一、铁-渗碳体系相图157

二、铁-石墨系相图163

一、碳含量对钢（平衡态）的组织与性能的影响164

6-3 碳钢164

二、杂质元素对钢的组织与性能的影响165

附录168

习题170

参考文献171

第七章合金的凝固和铸件的组织172

7-1 合金凝固时溶质原子的分布172

一、合金凝固时溶质在液-固两相中的重新分配172

二、溶质在液相中的混合与分布172

三、有效分配系数及其表达式174

四、合金凝固后溶质分布的数学表达式176

五、区域熔炼与提纯178

7-2 合金凝固过程中的成分过冷179

一、成分过冷的概念179

二、产生成分过冷的临界条件及其影响因素180

三、成分过冷对单相合金凝固时液、固界面形貌的影响182

四、两相合金凝固时液、固相界面的形貌185

一、铸锭（件）的一般组织188

7-3 合金铸锭（件）的组织188

二、铸锭（件）组织的影响因素190

三、铸锭（件）组织的控制190

四、非晶态合金与微晶合金简介192

7-4 铸锭（件）缺陷194

一、偏析194

二、缩孔与疏松196

三、气孔与夹杂198

习题198

参考文献199

第八章金属及合金中的扩散200

8-1 扩散的基本规律200

一、扩散第一定律200

二、扩散第二定律200

三、扩散第二定律的应用201

一、晶体中原子的跳动与扩散206

8-2 扩散的微观机制206

四、柯肯达尔效应206

二、扩散机制208

三、扩散激活能211

8-3 影响扩散的因素212

一、温度212

二、固溶体类型与晶体结构212

三、晶界213

四、化学成分214

一、化学位梯度的作用215

8-4 扩散的驱动力215

二、其它因素的作用216

8-5 反应扩散217

一、反应扩散的特点217

二、反应扩散速度218

习题218

参考文献219

一、空位与间隙原子220

第九章晶体中的结构缺陷220

9-1 晶体中的点缺陷220

二、点缺陷的形成能与迁移能221

三、点缺陷的平衡浓度221

四、点缺陷对金属性能的影响223

9-2 晶体中的位错观测223

9-3 位错的基本结构224

一、刃型位错的结构与位错线224

二、螺型位错的结构与位错线225

三、混合位错的结构与位错线226

四、柏氏矢量227

五、晶体中的位错密度与位错的分布形式229

9-4 位错的运动229

一、位错的滑移229

二、位错的攀移231

三、推动位错运动的力232

一、位错的应力场233

9-5 位错的弹性性质233

二、位错的应变能236

三、位错的线张力237

四、位错之间的作用力238

9-6 实际金属晶体中的位错239

一、位错在典型晶体中的柏氏矢量239

二、堆垛层错240

三、不全位错242

四、位错反应与扩展位错243

9-7 金属晶体的界面245

一、晶界245

二、孪晶界251

三、相界252

四、外表面253

习题255

参考文献256

一、滑移257

10-1 单晶体的塑性变形257

第十章金属及合金的塑性变形257

二、孪生261

三、扭折263

四、滑移的位错机制264

五、单晶体的应力-应变曲线272

10-2 多晶体的塑性变形273

一、晶粒取向的影响273

二、晶粒间界的影响274

三、多晶体的应力-应变曲线275

10-3 金属经塑性变形后的组织与性能276

一、显微组织的变化276

二、亚结构的变化276

三、性能的变化278

四、变形织构279

五、残余应力279

一、单相固溶体合金的塑性变形280

10-4 合金的塑性变形280

二、多相合金的塑性变形283

习题287

参考文献288

第十一章回复、再结晶和金属热加工289

11-1 变形金属加热时的变化289

一、显微组织的变化289

二、储存能的变化290

三、性能的变化规律290

11-2 回复291

一、回复过程中微观结构的变化机制291

二、回复动力学293

11-3 再结晶294

一、形核与长大295

二、再结晶动力学298

三、再结晶温度与再结晶后的晶粒尺寸300

四、影响再结晶的主要因素302

五、两相合金的再结晶304

11-4 再结晶后晶粒的长大305

一、晶粒的正常长大306

二、晶粒的异常长大——二次再结晶311

11-5 再结晶退火后的组织312

一、再结晶退火后的晶粒大小312

二、再结晶织构312

三、退火孪晶313

11-6 动态回复与动态再结晶314

一、动态回复314

二、动态再结晶316

11-7 金属的热加工319

一、热加工对金属室温力学性能的影响320

二、热加工钢的组织与性能320

习题322

参考文献323