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第一章 金属的晶体结构1

第一节 元素周期表与晶体中的原子结合1

一、周期表中元素的分类1

二、金属晶体1

三、晶体中原子间的结合4

第二节 晶体学基础7

一、晶体点阵和空间点阵7

二、布拉菲点阵9

三、晶向指数和晶面指数11

四、晶体投影14

第三节 典型金属的晶体点阵21

一、三种典型金属点阵中的原子排列方式22

二、三种典型金属点阵中点阵常数与原子半径间的关系23

三、晶胞中的原子数23

四、晶体中原子排列的致密度24

五、典型金属中的点阵间隙24

六、元素的晶体点阵及其与周期表中位置的关系26

七、多型性26

第四节 本章小结26

本章重要名词26

习题27

参考文献27

第二章 合金相结构28

第一节 合金中的相28

一、电化学因素(负电性因素)29

二、原子尺寸因素29

三、电子浓度因素29

第二节 固溶体30

一、置换固溶体30

二、间隙固溶体32

三、固溶体的微观不均匀性32

第三节 中间相33

一、正常价化合物34

二、电子化合物34

三、受原子尺寸因素控制的中间相36

第四节 本章小结41

本章重要名词43

习题43

参考文献43

第三章 金属的凝固44

第一节 纯金属的凝固过程44

一、热分析实验44

二、纯金属的凝固过程45

第二节 液态金属45

一、液态金属的某些性质45

二、液态金属的结构46

第三节 液态金属凝固的热力学条件47

第四节 形核48

一、均匀形核48

二、非均匀形核51

第五节 长大53

一、长大的热力学条件53

二、液-固界面的微观结构54

三、晶核长大机制55

第六节 金属凝固的动力学及晶粒度56

一、金属凝固动力学56

二、金属凝固后的晶粒度57

第七节 本章小结58

本章重要名词59

习题59

参考文献59

第四章 二元合金相图60

第一节 有关相图的基本知识60

一、组元、系统(系)和相60

二、相律60

三、相图的建立61

四、使用相图的基本方法62

第二节 匀晶相图63

一、相图分析63

二、匀晶转变63

三、匀晶系合金的不平衡凝固64

四、具有极大点或极小点的匀晶相图66

第三节 共晶相图66

一、相图分析66

二、共晶系合金的平衡凝固67

三、共晶组织和初晶的形态70

四、共晶系合金的不平衡凝固73

第四节 包晶相图74

一、相图分析74

二、典型合金的平衡凝固75

三、不平衡条件下的包晶转变76

第五节 其它类型的二元合金相图77

一、其它类型的恒温转变77

二、组元间形成化合物的相图77

第六节 相图的热力学解释80

一、溶体的自由焓-成分曲线80

二、公切线法则82

三、由自由焓曲线建立相图83

四、二元合金相图的一些几何规律84

第七节 根据相图判断合金的性能84

第八节 本章小结86

本章重要名词87

习题87

参考文献88

第五章 铸造金属89

第一节 纯金属铸锭的凝固89

一、温度梯度89

二、正温度梯度下纯金属铸锭的液-固界面90

三、负温度梯度下的液-固界面90

第二节 单相合金铸锭凝固过程中的溶质分布91

一、概述91

二、液相的混合92

三、水平铸型溶质浓度分布的数学分析93

第三节 单相合金铸锭液-固界面形貌95

一、成分过冷95

二、成分过冷对液-固界面形貌的影响96

第四节 共晶系合金铸锭98

一、共晶合金液-固界面形貌98

二、非共晶合金的液-固界面99

三、铸锭组织及成分分布99

第五节 纯金属及合金铸锭的组织99

一、铸锭三区及其形成机制99

二、影响铸锭组织的因素101

三、控制铸造金属组织的特殊措施102

四、铸造缺陷105

第六节 本章小结107

本章重要名词107

习题107

参考文献108

附录 有效分配系数K0表达式的推导108

第六章 三元合金相图110

第一节 总论110

一、三元合金相图的基本特点110

二、三元合金相图的成分表示方法--成分三角形110

三、成分三角形中的特殊点和线112

四、三元系中平衡转变的类型112

五、共线法则及杠杆定律113

六、重心定律114

七、三元合金相图的平面化115

八、自由焓-成分曲面及公切面法则115

第二节 匀晶相图117

一、立体模型117

二、垂直截面117

三、水平截面(等温截面)118

四、连接线的方向120

五、等温线投影图121

六、析出次生相的两相平衡121

第三节 共晶相图--三相平衡及四相平衡122

一、立体模型122

二、垂直截面124

三、水平截面125

四、投影图125

第四节 三元合金相图中的四相平衡平面128

一、立体模型中的四相平衡平面128

二、投影图上的四相平衡平面129

三、垂直截面上的四相平衡区130

第五节 形成稳定化合物的三元系131

一、只有一个二元系形成稳定化合物131

二、两(或三)个二元系均形成稳定化合物131

三、形成稳定的三元化合物132

四、分割部分的总数132

第六节 实际三元相图应用举例132

一、Sn-Sb-Cu三元系垂直截面132

二、Fe-C-N三元系水平截面135

三、Al-Cu-Mg三元系液相面投影图135

四、Pb-Sn-Sb三元系液相面等温线投影图136

五、Pb-Sn-Sb三元系综合投影图136

六、Al-Mg-Si三元系溶解度面投影图139

第七节 本章小结139

本章重要名词139

习题140

参考文献140

第七章 铁碳系141

第一节 纯铁141

一、纯铁的同素异构性141

二、α铁与γ铁的结构142

三、纯铁的性能与应用142

第二节 碳与铁碳合金中的相142

一、碳142

二、碳在铁中的固溶体142

三、渗碳体143

四、铁碳合金相图144

第三节 铁-渗碳体相图146

一、包晶转变部分146

二、共析转变部分147

三、共晶转变部分149

四、按组织分区的铁-渗碳体相图151

第四节 铁-石墨相图151

第五节 铁-碳合金的成分、组织与性能间的关系153

一、含碳低于2.11%并按亚稳系统转变的合金153

二、含碳2.11～6.69%并按亚稳系统转变的合金155

三、按稳定系统转变的合金155

第六节 钢中的杂质155

一、硅和锰156

二、硫156

三、磷157

四、氮158

五、氢159

六、氧159

第七节 钢材的低倍组织缺陷160

一、偏析160

二、疏松161

三、缩孔残余161

四、翻皮162

五、气泡162

第八节 铸铁中的杂质元素162

一、碳和硅163

二、锰164

三、硫164

四、磷164

第九节 本章小结167

本章重要名词167

习题168

参考文献168

附录 工业用碳素钢169

一、碳素钢的分类169

二、普通质量碳素结构钢169

三、优质碳素结构钢169

四、碳素工具钢170

第八章 金属的塑性变形173

第一节 金属的弹性变形174

一、弹性变形的实质174

二、弹性变形的主要特点及弹性模量174

三、弹性的不完整性(滞弹性)175

第二节 单晶体金属的塑性变形176

一、滑移176

二、孪生183

三、其它塑性变形方式185

四、单晶体的应力-应变曲线186

第三节 多晶体的塑性变形187

一、多晶体塑性变形的主要特点188

二、多晶体的应力-应变曲线189

三、金属在高温时的塑性变形189

第四节 塑性变形对金属的组织与性能的影响190

一、显微组织的变化190

二、形变织构190

三、塑性变形对金属机械性能的影响193

四、残余应力194

五、塑性变形对金属的物理、化学性能的影响195

第五节 本章小结196

本章重要名词196

习题196

参考文献197

第九章 点缺陷与位错198

第一节 点缺陷198

一、点缺陷的形成198

二、点缺陷的平衡浓度199

三、点缺陷的运动201

第二节 位错的基本概念201

一、位错概念的引入201

二、位错的基本类型203

三、柏氏矢量206

四、位错密度208

第三节 位错的运动209

一、位错的滑移209

二、位错的攀移211

三、运动位错的交割212

第四节 位错的弹性性质215

一、位错的应力场215

二、位错的应变能219

三、位错的线张力220

四、作用在位错上的力220

五、位错间的交互作用力221

第五节 位错的增殖223

一、位错的起源223

二、弗兰克--瑞德(Frank-Read)位错增殖机制--U型平面源(E-R源)224

三、双交滑移位错增殖机制226

第六节 面心立方晶体中的位错226

一、堆垛层错和不全位错226

二、位错反应与扩展位错231

三、汤普森四面体234

第七节 塑性变形的位错机制236

一、位错运动的阻力236

二、孪生的位错机制237

三、位错的塞积238

第八节 金属及合金强化的位错解释239

一、冷形变强化240

二、固溶强化241

三、分散强化243

第九节 本章小结245

本章重要名词246

习题247

参考文献248

第十章 固态金属中的界面249

第一节 界面的分类与结构249

一、界面的五个自由度249

二、晶界、亚晶界与相界249

三、共格界、半共格界与非共格界250

四、小角晶界与大角晶界250

五、表面252

第二节 界面能253

一、小角晶界的界面能253

二、界面上的张力平衡与显微组织254

第三节 晶界偏析258

第四节 晶界的迁移259

一、晶界迁移与界面曲率的关系259

二、影响晶界迁移率的因素260

三、晶粒的正常长大261

四、第二相颗粒对晶界迁移的影响262

第五节 本章小结263

本章重要名词263

习题263

参考文献264

第十一章 固态金属中的扩散265

第一节 常扩散系数下的恒温扩散265

一、扩散第一方程265

二、扩散第二方程265

三、扩散第二方程的应用266

第二节 扩散的原子理论269

一、无规运动269

二、原子跳动与扩散269

三、扩散机制270

第三节 扩散系数与浓度273

一、玻耳兹曼--俣野分析273

二、柯肯达尔效应与达肯方程274

三、扩散过程的热力学分析275

第四节 反应扩散277

第五节 影响扩散的因素278

一、温度的影响278

二、晶体结构的影响278

三、第三元素的影响279

四、界面扩散279

五、电场作用下的扩散280

六、热场作用下的扩散281

第六节 本章小结281

本章重要名词282

习题282

参考文献283

附录283

一、薄膜解283

二、正弦解283

三、半无限长棒解284

第十二章 回复与再结晶285

第一节 冷形变金属在加热时的组织与性能变化285

第二节 冷形变金属中的储存能及其在加热时的变化286

一、冷形变金属中的储存能286

二、储存能在加热时的释放287

第三节 回复287

一、回复过程中内应力的消除287

二、回复阶段中组织与结构的变化287

三、回复的动力学289

第四节 再结晶290

一、再结晶动力学290

二、再结晶的形核292

三、再结晶后的组织结构及其控制294

四、两相合金的再结晶297

第五节 二次再结晶(异常晶粒长大)299

一、二次再结晶的一般规律299

二、关于二次再结晶的机制299

第六节 动态回复与动态再结晶300

一、动态回复300

二、动态再结晶302

三、高温形变对室温机械性能的影响303

第七节 金属材料的热压力加工303

一、金属材料的热加工温度范围304

二、流线305

三、带状组织305

第八节 超塑性307

一、超塑性的概念307

二、实现超塑性的条件307

三、获得细晶粒的方法308

四、超塑形变时的组织变化309

五、超塑性的应用310

第九节 本章小结311

本章重要名词312

习题312

参考文献313