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目录1

第一章 金属及合金的晶体结构1

§1-1晶体学基础1

一、晶体与非晶体1

二、空间点阵2

（一）空间点阵的概念2

（二）晶胞3

（三）晶系3

（四）布拉菲点阵5

（五）晶体结构与空间点阵5

（一）晶向指数6

三、晶向指数和晶面指数6

（二）晶面指数7

（三）六方晶系指数9

（四）晶带10

（五）晶面间距10

四、晶体的对称性11

（一）对称要素12

（二）点群及空间群14

五、晶体的极射投影15

（一）参考球和极射投影15

（二）吴氏网16

（三）标准投影16

一、典型的金属晶体结构18

§1-2金属的晶体结构18

（一）面心立方结构（A1）20

（二）体心立方结构（A2）21

（三）密排六方结构（A3）22

（四）多晶型性23

二、晶体中原子的堆垛方式23

三、晶体结构中的间隙25

四、原子半径27

五、亚金属的晶体结构30

（一）金刚石型结构（4）30

（二）其他亚金属结构30

§1-3合金相结构31

（）置换固溶体32

一、固溶体32

（二）间隙固溶体37

（三）固溶体的微观不均匀性38

（四）固溶体的点阵畸变39

二、中间相40

（一）正常价化合物41

（二）电子化合物42

（三）具有砷化镍结构的相44

（四）间隙相和间隙化合物45

（五）拓扑密堆相（TCP相）49

（六）超结构（有序固溶体）56

§2-1点缺陷63

一、空位和间隙原子63

第二章 金属晶体的缺陷63

二、点缺陷的移动66

三、过饱和点缺陷66

四、点缺陷对金属性能的影响67

§2-2位错的基本概念67

一、位错学说的产生67

二、刃型位错和柏氏矢量69

（一）刃型位错69

（二）柏氏矢量70

三、螺型位错71

四、混合型位错72

五、位错密度73

（一）刃型位错74

§2-3位错的运动74

一、位错的滑移74

（二）螺型位错75

（三）混合型位错76

二、位错攀移76

§2-4位错的弹性性质77

一、应力和应变分量77

二、位错的应力场79

（一）螺型位错应力场79

（二）刃型位错应力场79

三、位错的应变能80

四、作用在位错上的力81

五、位错的线张力82

六、位错间的力83

§2-5实际晶体结构中的位错85

一、实际晶体结构中的单位位错85

二、堆垛层错86

三、不全位错87

四、位错反应及扩展位错88

五、汤普森四面体及记号90

§2-6位错源和位错增殖90

一、晶体中位错的形成91

二、弗兰克－瑞德位错源——位错的增殖91

三、其他方式的位错增殖93

一、浸蚀法94

§2-7位错的实验观测94

二、位错的电子显微镜观察95

（一）直接观察96

（二）水纹图象法96

（三）衍衬法97

§2-8金属界面98

一、概述98

二、小角度晶界99

三、大角度晶界102

四、晶界能104

五、孪晶界105

六、晶界的特性106

七、外表面107

一、扩散第一定律108

第三章 固体金属中的扩散108

§3-1扩散方程108

二、扩散第二定律109

三、扩散第二方程的应用举例110

§3-2影响扩散的因素113

一、温度113

二、固溶体类型113

三、晶体结构113

四、浓度114

五、合金元素114

六、晶界扩散和表面扩散115

一、扩散的驱动力116

二、扩散原子的迁移率116

§3-3扩散问题的热力学分析116

三、上坡扩散117

§3-4扩散机制117

一、间隙扩散117

二、置换扩散119

（一）柯肯达尔效应119

（二）空位扩散机制119

三、晶界扩散120

四、位错扩散121

§3-5反应扩散122

一、反应扩散的概念122

二、反应扩散速度123

（一）金属熔化时体积的变化124

一、液态金属的一些性质124

第四章 金属的凝固124

§4-1液态金属124

（二）熔化潜热125

（三）熔化熵125

（四）衍射分析的结果125

二、液态金属的结构126

§4-2熔液的过冷与凝固过程127

一、金属凝固的热力学条件127

二、过冷现象128

（一）晶核形成时的能量变化129

一、均匀形核129

§4-3形核129

三、形核与生长129

（二）形核率131

二、不均匀形核132

§4-4生长135

一、液－固界面上原子迁移过程的动力学135

二、液－固界面处的温度梯度136

三、液－固界面的微观结构136

四、晶体生长机制和生长速率138

五、纯金属凝固时的生长形态139

（一）在正的温度梯度下139

（二）在负的温度梯度下140

一、金属凝固后的晶粒大小141

§4-5凝固理论的应用举例141

二、制取单晶体142

（一）垂直提拉法143

（二）尖端形核法143

三、非晶态金属143

第五章 二元相图和合金的凝固145

§5-1相平衡与相图145

一、相平衡145

（一）相的概念145

（二）合金的相平衡条件146

（三）相律147

（一）单元系相图148

二、相图的表示和实验测定方法148

（二）二元系相图149

§5-2相图的热力学基础151

一、固溶体的自由能151

（一）固溶体自由能的计算方法152

（二）固溶体的自由能－成分曲线154

二、多相合金的自由能155

三、二元合金的相平衡156

四、从自由能－成分曲线推测相图158

五、二元相图的一些几何规律161

§5-3匀晶相图和固溶体的凝固162

一、匀晶相图162

二、固溶体的平衡凝固163

三、固溶体的不平衡凝固164

四、合金凝固时的溶质分布165

（一）液体中溶质完全混合的情况166

（二）液体中溶质部分混合的情况167

（三）液体中溶质仅通过扩散而混合的情况168

五、区域熔炼169

六、合金中的成分过冷170

（一）成分过冷的概念170

（二）出现成分过冷的临界条件171

（三）影响成分过冷的因素172

七、固溶体凝固时的晶体生长172

§5-4共晶相图及共晶转变176

一、共晶相图176

（二）共晶合金177

二、共晶合金的平衡凝固177

（一）含Sn量小于19％的合金177

（三）亚共晶合金178

（四）过共晶合金179

三、共晶组织及其形成机理179

（一）组织形态179

（二）金属－金属型共晶180

（三）金属－非金属型共晶183

四、亚共晶及过共晶组织185

五、共晶合金的不平衡凝固186

（一）伪共晶186

§5-5包晶相图及包晶转变188

一、相图188

（二）不平衡共晶组织188

（三）离异共晶188

二、具有包晶转变合金的平衡凝固189

（一）含424％Ag的Pt-Ag合金（合金Ⅰ）189

（二）424％＜Ag％＜663％的Pt-Ag合金190

（合金Ⅱ）190

（三）105％＜Ag％＜424％的Pt-Ag合金190

（合金Ⅲ）190

三、具有包晶转变合金的不平衡凝固191

四、包晶转变的应用192

§5-6二元相图的分析和使用192

一、其他类型的二元相图192

（二）两组元形成化合物的相图193

（三）具有固态转变的二元相图194

（一）熔晶、偏晶和合晶相图195

二、复杂二元相图的分析方法197

（一）分析步骤197

（二）复杂二元相图分析举例198

（三）应用相图时要注意的问题200

三、根据相图分析合金热处理的可能性201

四、根据相图判断合金的性能201

§5-7铁碳相图和碳钢203

一、铁碳相图203

二、典型铁碳合金的平衡凝固204

（一）含碳0.01％的合金（工业纯铁）204

（三）含碳0.40％的合金（亚共析钢）205

（二）含碳0.77％的合金（共析钢）205

（四）含碳1.2％的合金（过共析钢）207

（五）含碳4.3％的合金（共晶白口铸铁）207

（六）含碳3.0％的合金（亚共晶白口铸铁）208

（七）含碳5.0％的合金（过共晶白口铸铁）208

三、碳分对钢的组织和性能的影响210

四、杂质元素对钢的组织和性能的影响211

（一）硅和锰的影响211

（二）硫的影响211

（三）磷的影响213

（四）氮的影响213

§5-8合金铸件的组织与缺陷214

（六）氧的影响214

（五）氢的影响214

一、铸锭（件）的宏观组织215

（一）三晶区的形成机理215

（二）铸锭（件）组织的控制217

二、枝晶间距218

三、偏析219

（一）宏观偏析219

（二）显微偏析219

四、缩孔222

（一）缩孔的类型222

（二）凝固方式对缩孔的影响222

（三）散热条件对集中缩孔的影响223

五、晶粒取向224

（四）一般疏松与中心硫松224

六、钢锭的组织与缺陷225

（一）镇静钢226

（二）沸腾钢228

第六章 三元合金相图229

§6-1三元相图的成分表示方法229

一、浓度三角形229

二、在浓度三角形中具有特定意义的线230

三、三元合金相图成分的其他表示方法230

的相图231

一、相图分析231

§62组元在液态及固态均无限溶解231

二、水平截面234

三、垂直截面234

§6-3组元在液态无限溶解、具有共235

晶转变的相图235

一、组元在固态完全不溶、具有共晶转变235

的相图235

（一）相图分析235

（二）水平截面236

（三）重心法则237

（四）垂直截面238

（五）投影图239

相图240

（一）组元在固态有限溶解时相图的基本特征240

二、组元在固态有限溶解、具有共晶转变的240

（六）相区接触法则240

（二）组元在固态有限溶解、具有共晶转变的相图242

§6-4三元合金相图举例245

一、Fe-C-Si三元系的垂直截面245

二、Fe-CrC三元系的垂直截面247

（一）相图分析247

（二）三元合金中的四相平衡转变249

（三）典型合金相变过程分析249

三、Fe-Cr-C三元系的水平截面250

（一）典型合金的相组成250

（二）三相平衡转变时相浓度的变化251

四、Al-Cu-Mg三元系的液相面投影图252

（三）关于单相区252

五、Fe-C-P三元系的投影图254

（一）相图分析254

（二）典型合金相变过程分析255

六、三元合金相图小结257

第七章 金属及合金的塑性变形260

§7-1金属的应力－应变曲线260

一、工程应力－应变曲线260

二、真应力－真应变曲线262

（一）真应力和真应变262

（二）真应力－真应变曲线263

（三）流变曲线264

（四）应变速率敏感性264

§7-2单晶体的塑性变形265

（一）滑移的几何学266

一、滑移266

（二）滑移的位错机制271

二、孪生278

（一）孪生的特点279

（二）孪生的几何学280

（三）孪生的机制282

三、晶体的扭折282

§7-3多晶体的塑性变形283

一、多晶体变形的特点284

二、晶界（晶粒大小）的影响285

三、屈服现象286

（一）现象286

（二）屈服现象的解释287

一、塑性变形对金属组织的影响289

（一）显微组织的变化289

§7-4金属经塑性变形后的组织与性289

能289

（二）变形金属的亚结构290

二、塑性变形后金属性能的变化291

（一）性能变化情况291

（二）加工硬化292

（三）择优取向（形变织构）295

（四）残留应力和点阵畸变296

§7-5合金的塑性变形297

一、固溶体的塑性变形298

（一）固溶强化298

（二）有序强化300

（一）聚合型两相合金的塑性变形301

二、多相合金的塑性变形301

（二）弥散分布型两相合金的塑性变形303

第八章 回复与再结晶307

§8-1概述307

§8-2回复308

一、回复的作用308

二、回复的动力学309

三、回复的机制309

（一）低温回复309

（二）中温回复310

（三）高温回复310

一、再结晶现象313

四、回复退火的应用313

§8-3再结晶313

二、再结晶的动力学315

三、再结晶过程中的形核317

四、再结晶温度319

五、影响再结晶的主要因素319

六、再结晶后晶粒大小322

§8-4晶粒长大323

一、晶界移动的驱动力324

二、晶粒的稳定形状325

三、正常晶粒长大326

（二）分散相微粒328

（一）温度328

四、影响晶粒长大的因素328

（三）晶粒间的位向差330

（四）微量杂质的存在330

（五）表面的热蚀沟331

五、异常晶粒长大（二次再结晶）333

六、表面能所提供的晶界移动驱动力335

七、再结晶图336

八、退火孪晶336

§8-5再结晶织构338

§8-6金属材料的热加工340

一、动态回复与动态再结晶341

响343

二、热加工对金属材料组织与性能的影343

三、超塑性345

第九章 固态金属中的相变348

§9-1总论348

一、固态相变的特点348

（一）相界面348

（二）位向关系349

（三）惯习面349

（四）应变能350

（五）晶体缺陷的影响350

（六）原子的扩散350

二、固态相变的分类350

（一）按热力学分类350

（一）均匀形核353

三、固态相变的形核353

（二）按原子迁移情况分类353

（三）其他分类方法353

（二）非均匀形核354

四、生长（相界面的移动）356

（一）生长机制356

（二）生长速率357

§9-2扩散型相变359

一、沉淀360

（一）沉淀的条件360

（二）沉淀过程举例360

（三）沉淀类型361

（四）沉淀相的聚集长大362

（一）形核364

二、共析转变364

（二）共析领域的生长365

三、调幅分解366

§9-3马氏体相变367

一、马氏体转变的晶体学367

（一）马氏体的形态和亚结构367

（二）表面浮突效应及变形特点368

（三）晶体学位向关系370

（四）马氏体转变的晶体学表象理论370

二、动力学371

三、热弹性马氏体与形状记忆效应372