《材料科学与工程》

目录1

第一章材料导引1

1-1 引言1

1-2材料的类别1

1-3结构－性能－工艺之间的关系4

1-4环境对材料行为的影响8

1-5强度－重量比9

第Ⅰ篇原子结构、原子排列和原子运动14

第二章原子结构14

2-1 引言14

2-2原子结构14

2-3原子的电子结构15

2-4周期表20

2-5原子键23

2-6结合能及原子间距27

3-2短程有序与长程有序32

3-1引言32

第三章原子排列32

3-3 晶胞33

3-4晶胞中的点、方向和晶面39

3-5同素异构转变47

3-6复杂晶体结构48

第四章原子排列中的缺陷58

4-1 引言58

4-2位错58

4-4施米德定律61

4-3位错的重要性61

4-5晶体结构的影响63

4-6滑移过程的控制66

4-7位错的相互作用66

4-8 点缺陷66

4-9 面缺陷69

5-4扩散机制76

5-3合金中的扩散76

5-2自扩散76

5-1 引言76

第五章材料中的原子运动76

5-5扩散激活能78

5-6扩散速率（菲克第一定律）78

5-7成分分布（菲克第二定律）83

5-8互扩散和柯肯德尔效应85

5-9扩散的类型87

5-10晶粒长大和扩散88

5-11扩散焊89

5-12烧结和粉末冶金90

5-13离子化合物中的扩散91

5-14聚合物中的扩散91

第Ⅱ篇材料微观组织和力学性能的控制98

第六章力学试验和性能98

6-1 引言98

伸拉试验98

6-2应力－应变图98

6-4屈服强度101

6-3弹性变形和塑性变形101

6-5拉伸强度103

6-6真应力－真应变103

6-7脆性行为104

6-8弹性模量104

6-9 延性106

6-10温度的影响107

冲击试验107

6-11冲击试验的实质107

6-12温度对冲击试验的影响108

6-13缺口敏感性109

6-14冲击能与真应力－真应变的关系109

6-15冲击性能的使用和注意事项109

疲劳试验110

6-16疲劳试验的实质110

6-17疲劳试验的结果110

6-18影响疲劳性能的因素111

6-19蠕变试验的实质112

蠕变试验112

6-20蠕变数据的应用114

硬度试验115

6-21硬度试验的实质115

第七章凝固和晶粒度强化124

7-1引言124

7-2成核124

7-3长大128

7-4凝固时间130

7-5冷却曲线132

7-6铸件（锭）组织133

7-7凝固缺陷134

7-8铸件组织的控制138

7-9凝固和金属的连接140

第八章凝固和固溶强化149

8-1 引言149

8-2相、固溶体、溶解度149

8-3金属具有无限固溶性所需的条件151

8-4固溶强化152

8-5同晶相图153

8-6强度和相图之间的关系157

8-7固溶合金的凝固158

8-8固溶合金的非平衡凝固159

8-9偏析161

8-10具有一定凝固范围的合金的可铸性163

8-11陶瓷和聚合物系统163

冷加工170

9-2与应力－应变曲线的关系170

第九章变形、应变硬化、退火170

9-1 引言170

9-3位错增殖171

9-4性能与冷作百分数的关系172

9-5金属冷加工后的微观组织174

9-6残余应力176

9-7冷加工的特性177

9-8 退火的三个阶级179

退火179

9-9 退火的控制181

9-10 退火织构182

9-11 用冷加工与退火相结合的方法对性能进行控制183

9-12 退火与高温性能的关系183

热加工184

9-13 热加工工艺的特性184

9-14 热加工变形工艺186

9-15 变形连接工艺186

9-16 超塑成型188

第十章凝固和弥散强化196

10-1 引言196

10-2 弥散强化的原理196

10-3 金属间化合物197

10-4 三相反应相图198

10-5 共晶相图200

10-6 共晶合金的强度206

10-7 共晶系的非平衡凝固209

10-8 包晶反应210

10-9 偏晶反应211

10-10三元相图212

第十一章相变及热处理引起的弥散强化225

11-1 引言225

11-2 固态反应的成核及长大225

11-3 超过溶解度极限引起的合金强化225

11-4 时效硬化或沉淀硬化229

11-5 时效温度及时间的影响231

11-6 时效硬化的必要条件232

11-7 在高温下使用的时效硬化合金233

11-8 在淬火过程中产生的残余应力234

11-9 共析反应235

11-10共析反应的控制239

11-11马氏体反应244

11-12马氏体回火247

12-2 铝合金253

12-1 引言253

第十二章有色合金253

第Ⅲ篇工程材料253

12-3 镁合金260

12-4 铍262

12-5 铜合金263

12-6 镍和钴270

12-7 锌合金272

12-8 钛合金273

12-9 锆278

12-10难熔金属278

第十三章铁基合金283

13-1 引言283

13-2 Fe-Fe3C平衡图的回顾283

13-3 钢的命名及其典型组织284

13-4 简单热处理286

13-5 等温热处理和弥散强化288

13-6 淬火和回火热处理291

13-8 合金元素对TTT和CCT图的影响295

13-7 钢中添加合金元素的目的295

13-9 淬透性曲线299

13-10工具钢302

13-11特种钢302

13-12表面处理303

13-13钢的可焊性305

13-14不锈钢307

13-15铸铁的凝固311

铸铁311

13-16铸铁的基体组织316

13-17铸铁的特征和生产317

第十四章陶瓷材料331

14-1 引言331

14-2 晶体陶瓷材料的短程有序331

14-3 晶体陶瓷材料的长程有序334

14-4 硅酸盐结构337

14-5 晶体陶瓷结构中的缺陷338

14-6 非晶陶瓷材料341

14-7 变形和失效344

14-8 陶瓷材料的相图346

14-9 陶瓷的加工352

14-10陶瓷的用途和性能358

第十五章聚合物366

15-1 引言366

15-2聚合物的分类366

15-3聚合物结构的表达方式367

15-4加聚机制中链的生成368

15-5由缩聚机制所形成的链374

15-6聚合度376

15-7热塑性聚合物的变形378

15-8温度对热塑性材料行为的影响380

15-9热塑性材料结构和性能的控制383

15-10弹性体（橡胶）391

15-11热固性聚合物395

15-12聚合物的添加剂401

15-13聚合物的成型402

16-3弥散强化复合材料409

16-2颗粒增强复合材料409

第十六章复合材料409

16-1 引言409

16-4真正颗粒状复合材料411

16-5颗粒状复合材料的应用412

16-6纤维增强复合材料417

16-7纤维增强复合材料的性能418

16-8纤维增强复合材料的特性421

16-9纤维及复合材料的制造425

16-10纤维增强体系427

16-11层状复合材料429

16-12层状复合材料的实例及应用431

16-13层状复合材料的制造434

16-14木材434

16-15混凝土和沥青436

16-16夹层材料438

17-2欧姆定律和电导率之间的关系444

17-1引言444

第Ⅳ篇工程材料的物理性能444

第十七章导电性444

17-3能带理论446

17-4碱金属的能带结构447

17-5其他金属的能带结构447

17-6控制金属电导率的因素451

17-7热偶455

17-8超导性456

17-9能隙——绝缘体和半导体458

17-10本征半导体459

17-11非本征半导体461

17-12半导体在电气器件中的应用465

17-13半导体器件的制造469

17-14离子材料的电导率470

18-3材料在电场中的极化475

18-2偶极子475

18-1引言475

第十八章介电性能和磁性能475

18-4介电性能和电容器478

18-5介电性能的控制481

18-6介电性能和电绝缘体484

18-7压电现象和电致伸缩现象484

18-8铁电效应486

18-10磁偶极子和磁矩488

18-9磁化与极化488

18-11磁化强度、磁导率和磁场强度489

18-12磁偶极子和磁场的相互作用491

18-13磁畴结构492

18-14磁化曲线的应用493

18-15温度效应496

18-16磁性材料497

18-17涡流损耗500

19-2连续辐射和特征辐射505

光学性能505

第十九章光学性能、热性能及弹性性能505

19-1引言505

19-3辐射现象实例508

19-4材料和光子的交互作用513

热性能519

19-5热容519

19-6热膨胀521

19-7热导率524

19-8弹性526

弹性性能526

19-9滞弹性和热弹性529

第Ⅴ篇材料劣化与失效的预防536

第二十章腐蚀与磨损536

20-1 引言536

20-2化学腐蚀536

20-3电化学原电池538

20-4电化学原电池中的电极电位540

20-5电化学原电池中的腐蚀电流543

20-6极化的来源549

20-7电化学腐蚀的类型550

20-8电化学腐蚀的预防553

20-9氧化和其他气体反应560

20-10辐照损伤563

20-11磨损和浸蚀563

21-1 引言571

21-2确定金属失效的断裂机制571

第二十一章失效——起源、检测和预防571

21-3非金属材料的断裂577

21-4金属失效的起源及预防578

21-5缺陷材料的检测581

21-6断裂力学592

附录A金属的部分物理性能598

附录B部分元素的原子半径和离子半径600

部分奇数练习题的答案600

索引610