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导论1

第一章 纯金属的晶体结构1

第一节 晶体学基础1

一、晶体中原子间的结合1

二、空间点阵3

三，晶胞、晶系与布拉菲点阵4

四、晶向指数和晶面指数6

第二节 典型金属的晶体结构9

一、三种典型金属晶体中的原子排列方式10

二、三种典型金属结构中点阵常数与原子半径的关系11

三、晶胞中的原子数12

四、晶体中原子排列的致密度12

五、典型金属晶体中原子间的间隙13

六、多型性14

七、亚金属与镧系金属的晶体结构14

八、关于原子半径的概念15

九、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性16

第三节 点缺陷16

一、空位和间隙原子的形成16

二、点缺陷的平衡浓度17

三、点缺陷的运动19

第四节 位错19

一、电镜下的位错19

二、位错模型19

三、柏氏矢量22

四、位错密度25

第五节 界面25

一、界面类型与结构25

二、界面能30

三、界面上的张力平衡与晶粒形状30

四、堆垛层错31

一、过冷现象35

第一节 纯金属凝固的基本过程35

第二章 纯金属的凝固35

二、纯金属凝固的基本过程36

第二节 液态金属36

一、液态金属的某些性质36

二、液态金属的结构37

第三节 金属凝固的热力学条件37

第四节 形核38

一、均匀形核38

二、非均匀形核40

第五节 长大43

一、长大的热力学条件43

二、液-固界面的微观结构43

三、晶核长大机制44

第六节 金属凝固动力学及晶粒尺寸45

一、金属凝固动力学45

二、金属凝固后的晶粒尺寸47

第三章 合金相的晶体结构50

第一节 固溶体50

一、置换固溶体51

二、间隙固溶体53

三、有序固溶体及固溶体的微观不均匀性54

第三节 中间相55

一、正常价化合物55

二、电子化合物56

三、受原子尺寸因素控制的中间相58

第四章 二元合金相图61

第一节 有关相图的基本知识61

一、相律61

二、合金成分表示方法61

三、二元合金相图的建立62

四、使用二元合金相图的基本方法62

二、匀晶转变63

一、相图分析63

第二节 匀晶相图63

三、匀晶系合金的不平衡凝固65

四、具有极大点或极小点的匀晶相图66

第三节 共晶相图67

一、相图分析67

二、共晶系合金的平衡凝固67

三、共晶组织和初晶的形貌71

四、共晶系合金的不平衡凝固74

第四节 包晶相图75

一、相图分析75

二、典型合金的平衡凝固76

三、不平衡条件下的包晶转变77

第五节 其他类型的二元合金相图77

一、其他类型的恒温转变77

二、组元间形成中间相的相图79

二、公切线法则80

第六节 二元相图热力学初步80

一、二元溶体的自由焓-成分曲线80

三、自由焓曲线与二元合金相图82

四、二元合金相图的一些几何规律82

第七节 根据相图判断合金的性能84

第五章 铁碳系90

第一节 纯铁90

一、纯铁的多型性90

二、α铁和γ铁的结构91

三、纯铁的性能与应用91

第二节 碳与铁碳合金中的相91

一、碳91

二、碳在铁中的固溶体91

三、渗碳体92

四、铁碳合金相图93

一、包晶转变线95

第三节 铁-渗碳体相图95

二、共析转变线96

三、共晶转变线98

四、按组织分区的铁-渗碳体相图99

第四节 铁-石墨相图99

第五节 铁-碳合金的成分、组织与性能间的关系102

一、含碳低于2.11％并按亚稳系统转变的合金102

二、含碳2.11～6.69％并按亚稳系统转变的合金103

一、硅和锰104

三、按稳定系统转变的合金104

第六节 钢中的杂质104

二、硫105

三、磷106

四、氮107

五、氢108

六、氧108

二、扩散第二方程111

一、扩散第一方程111

第六章 固态金属中的扩散111

第一节 常扩散系数下的恒温扩散111

三、扩散第二方程的应用112

第二节 扩散的原子理论115

一、原子跳动与扩散115

二、扩散机制116

第三节 达肯方程与扩散的热力学分析119

一、柯肯达尔效应与达肯方程119

二、扩散过程的热力学分析120

第四节 反应扩散121

第五节 影响扩散的因素122

一、温度的影响122

二、晶体结构的影响123

三、第三元素的影响123

四、界面扩散123

五、电场作用下的扩散124

六、热场作用下的扩散125

第七章 合金凝固及铸件组织127

第一节 合金在铸型中凝固时溶质的重新分布127

一、合金凝固过程中固液两相的平衡成分127

二、液固界面的局部平衡128

三、液相完全混合时的溶质分布128

四、液相完全不混合时的溶质分布129

五、液相部分混合时的溶质分布130

六、区域熔炼131

第二节 成分过冷132

一、温度梯度132

二、成分过冷132

三、成分过冷对液固界面形貌的影响134

四、界面形貌对溶质分布的影响134

五、共晶合金液固界面形貌134

一、铸锭三区及其形成机制135

六、亚共晶合金铸件成分分布135

第三节 金属铸锭的宏观组织135

二、影响铸锭组织的因素136

三、铸锭(件)中的宏观组织缺陷138

四、控制铸造金属组织的特殊措施139

第八章 三元合金相图143

第一节 总论143

一、三元合金相图的主要特点143

二、三元合金相图的成分表示方法——成分三角形143

三、成分三角形中的特殊点和线145

四、三元系中平衡转变的类型145

五、共线法则及杠杆定律146

六、重心定律147

七、三元合金相图的平面化148

八、自由焓-成分曲面及公切面法则148

一、立体模型150

第二节 匀晶相图150

二、垂直截面151

三、水平截面(等温截面)152

四、连接线的方向153

五、等温线投影图154

六、析出次生相的两相平衡154

第三节 共晶相图——三相平衡及四相平衡155

一、立体模型155

二、垂直截面157

三、水平截面157

四、投影图158

第四节 三元合金相图中的四相平衡平面160

一、立体模型中的四相平衡平面160

二、投影图上的四相平衡平面162

三、垂直截面上的四相平衡区163

第五节 形成稳定化合物的三元系163

三、形成稳定的三元化合物164

一、只有一个二元系形成稳定化合物164

二、两(或三)个二元系形成稳定化合物164

四、分割部分的总数165

第六节 实际三元相图举例165

一、Fe-C-Cr三元系垂直截面165

二、Fe-C-Cr三元系水平截面166

三、Al-Cu-Mg三元系液相面投影图167

四、Fe-C-P三元系的投影图168

第九章 金属的塑性变形172

第—节 金属的弹性变形173

一、弹性变形的实质173

二、弹性变形的主要特点及弹性模量173

第二节 单晶体金属的塑性变形174

一、滑移175

二、孪生180

四、单晶体的应力-应变曲线182

三、其他塑性变形方式182

第三节 晶体滑移的位错机制183

一、位错滑动与晶体滑移183

二、弗兰克-瑞德位错增殖机制——U型平面源185

三、交滑移的位错机制185

四、刃型位错的攀移186

第四节 多晶体的塑性变形187

一、多晶体塑性变形的主要特点187

二、多晶体的应力-应变曲线188

第五节 合金的塑性变形188

一、固溶体的塑性变形188

二、复相合金的塑性变形189

第六节 塑性变形对金属组织与性能的影响189

一、显微组织的变化190

二、形变织构191

三、塑性变形对金属力学性能的影响192

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

第十章 回复、再结晶与金属热加工197

第一节 冷变形金属在加热时的组织、性能变化197

一、回复与再结晶197

二、回复与再结晶的驱动力198

三、回复与再结晶时金属性能的变化198

第二节 回复199

一、回复过程中内应力的消除199

二、回复阶段组织与结构的变化199

三、回复的动力学200

第三节 再结晶200

一、再结晶动力学200

二、再结晶形核201

三、影响再结晶过程的主要因素和再结晶后的晶粒尺寸203

第四节 晶粒长大205

二、晶粒正常长大206

一、晶界的迁移206

三、异常晶粒长大(二次再结晶)207

第五节 再结晶组织208

一、再结晶图208

二、退火孪晶208

三、再结晶织构209

第六节 动态回复与动态再结晶210

一、动态回复211

二、动态再结晶212

第七节 金属材料的热压力加工213

一、热加工的温度范围214

二、流线214

三、带状组织215

第八节 超塑性加工216

一、超塑性216

二、实现超塑性的条件216

四、超塑性加工217

三、超塑形变时的组织变化217

第十一章 金属强化的位错机制221

第一节 位错的弹性行为221

一、位错的应力场221

二、位错的应变能223

三、位错的线张力224

四、作用在位错上的力224

五、位错间的交互作用力225

第二节 面心立方晶体中的位错227

一、全位错与不全位错227

二、面心立方晶体中的全位错与不全位错228

三、位错反应与扩展位错229

第三节 金属强化的位错机制231

一、加工硬化231

二、固溶强化234

三、分散强化234