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第一部分 晶体学基础3

第1章 原子结构与结合键3

1.1 原子结构4

1.1.1 原子的内部结构4

1.1.2 元素周期表4

1.1.3 原子的电负性5

1.1.4 原子的电离能5

1.1.5 电子亲和能6

1.2 原子间的结合键6

1.2.1 原子结合键的本质7

1.2.2 离子键8

1.2.3 共价键9

1.2.4 金属键9

1.2.5 范德瓦耳斯键10

1.2.6 氢键11

第2章 晶体结构12

2.1 晶体学基础12

2.1.1 空间点阵和晶胞12

2.1.2 晶向指数和晶面指数16

2.1.3 晶体投影21

2.1.4 倒易点阵23

2.2 纯金属的晶体结构24

2.2.1 三种典型的金属晶体结构24

2.2.2 点阵常数与原子半径27

2.2.3 晶体中原子堆垛方式与间隙28

2.2.4 多晶型性31

2.3 合金相的晶体结构31

2.3.1 固溶体32

2.3.2 中间相37

2.4 离子晶体的结构42

2.4.1 离子晶体的结构规则42

2.4.2 典型离子晶体结构44

2.5 共价晶体的结构45

2.6 材料结构的测定47

Reading Material 1 Crystal Structure49

第3章 非晶和准晶体结构52

3.1 非晶体的结构52

3.1.1 非晶合金的形成53

3.1.2 非晶合金的结构54

3.1.3 非晶合金的性能56

3.2 准晶的结构58

3.2.1 准晶的结构58

3.2.2 准晶的形成与性能60

第4章 晶体缺陷62

4.1 引言62

4.2 点缺陷62

4.2.1 金属中的点缺陷62

4.2.2 陶瓷中的点缺陷65

4.2.3 固体中的杂质66

4.2.4 聚合物中的点缺陷68

4.3 位错68

4.3.1 位错的结构特征68

4.3.2 柏氏矢量70

4.4 面缺陷74

4.4.1 外表面74

4.4.2 晶界75

4.4.3 孪晶界79

4.4.4 相界80

4.4.5 其他面缺陷81

4.5 体缺陷81

4.6 原子振动82

Reading Material 2 Crystal Defects83

习题一86

第二部分 形变及强化基础89

第5章 位错基础知识89

5.1 位错应力场89

5.1.1 刃型位错的应力场89

5.1.2 螺型位错的应力场90

5.2 位错的能量及线张力91

5.3 位错的运动及所受的力92

5.3.1 位错的滑移92

5.3.2 位错的攀移94

5.3.3 位错所受的力95

5.4 位错间的相互作用96

5.4.1 平行位错间的弹性相互作用96

5.4.2 相交位错间的相互作用98

5.5 位错与表面的相互作用100

5.6 位错的增殖100

5.7 位错的运动速度102

5.8 实际晶体中的位错102

5.8.1 堆垛层错103

5.8.2 分位错104

5.8.3 扩展位错106

第6章 材料的变形109

6.1 弹性变形109

6.2 塑性变形110

6.2.1 滑移110

6.2.2 孪生116

6.2.3 扭折118

6.3 多晶体塑性变形118

6.3.1 多晶体塑性变形行为119

6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响119

6.4 固溶体合金的变形122

6.5 多相合金塑性变形123

6.5.1 复合型合金的塑性变形123

6.5.2 弥散强化合金变形124

6.6 加工硬化127

6.7 屈服现象及应变时效129

6.7.1 屈服现象129

6.7.2 应变时效129

6.8 塑性变形中材料组织性能的变化130

6.8.1 晶粒组织变化130

6.8.2 位错亚结构的变化131

6.8.3 变形织构131

6.8.4 残余应力132

Reading Material 3 Deformation Modes133

第7章 回复与再结晶137

7.1 概述137

7.1.1 组织的变化137

7.1.2 性能的变化138

7.2 回复139

7.2.1 回复机理139

7.2.2 回复动力学140

7.3 再结晶141

7.3.1 再结晶的形核及长大141

7.3.2 再结晶动力学144

7.3.3 再结晶温度146

7.3.4 再结晶后的晶粒大小147

7.4 再结晶后的晶粒长大148

7.4.1 正常晶粒长大148

7.4.2 异常晶粒长大（二次再结晶）149

7.4.3 再结晶织构与退火孪晶150

7.5 动态回复和再结晶150

7.5.1 动态回复151

7.5.2 动态再结晶151

7.5.3 组织与性能的变化152

7.5.4 超塑性153

Reading Material 4 Recovery，Recrystallization and Grain Growth155

习题二161

第三部分 相图及相变基础165

第8章 二元相图165

8.1 相图基础知识165

8.1.1 相平衡和相律165

8.1.2 相图166

8.1.3 相图的实验测定方法168

8.1.4 杠杆定律169

8.2 相图的热力学基础170

8.2.1 固溶体自由能-成分曲线170

8.2.2 多相平衡的公切线原理171

8.2.3 从自由能-成分曲线推测相图172

8.2.4 二元相图的几何规律173

8.3 二元相图173

8.3.1 匀晶相图173

8.3.2 共晶相图177

8.3.3 包晶相图183

8.3.4 复杂二元相图的分析方法185

8.4 二元相图分析实例——铁碳相图188

8.4.1 铁碳二元合金中的相189

8.4.2 铁碳相图189

8.5 相图的应用200

Reading Material 5 Introduction to Alloy Phase Diagrams202

第9章 三元相图205

9.1 三元相图基础205

9.1.1 三元相图的特点205

9.1.2 三元相图成分表示方法206

9.1.3 杠杆定律及重心定律207

9.2 三元匀晶相图208

9.2.1 相图分析209

9.2.2 固溶体的凝固过程209

9.3 三个共晶型二元系构成的三元相图211

9.3.1 组元在固态完全不溶211

9.3.2 组元在固态有限溶解215

9.4 三元包晶相图218

9.5 三元相图实例219

9.5.1 三元相图的分析方法219

9.5.2 三元相图举例222

第10章 材料的凝固226

10.1 材料凝固的基本规律226

10.1.1 液相结构226

10.1.2 凝固的热力学条件228

10.1.3 结晶的一般规律229

10.1.4 金属玻璃229

10.2 凝固时的形核230

10.2.1 均匀形核230

10.2.2 非均匀形核234

10.3 晶体的长大236

10.3.1 晶体生长的动态过冷度236

10.3.2 固液界面结构237

10.3.3 液体中的温度分布及晶体生长方式238

10.4 固溶体的凝固241

10.4.1 固溶体结晶特点241

10.4.2 固溶体的平衡凝固242

10.4.3 固溶体的非平衡凝固243

10.4.4 成分过冷247

10.4.5 区域熔炼249

10.5 共晶体的凝固251

10.5.1 共晶体的形成251

10.5.2 共晶体的分类及形态252

10.6 铸锭组织254

10.6.1 铸锭的典型组织254

10.6.2 铸锭组织的控制255

10.6.3 铸锭的缺陷256

Reading Material6Solidification Structures of Steel258

第11章 固态扩散260

11.1 扩散现象260

11.2 扩散定律261

11.2.1 菲克第一定律261

11.2.2 菲克第二定律263

11.3 扩散定律的应用264

11.3.1 稳态扩散264

11.3.2 非稳态扩散265

11.3.3 扩散系数的测定270

11.4 扩散机理271

11.4.1 置换固溶体扩散机制272

11.4.2 间隙固溶体扩散机制273

11.4.3 短路扩散273

11.5 柯肯达尔效应和达肯方程273

11.5.1 柯肯达尔效应273

11.5.2 达肯方程275

11.6 扩散过程中的微观理论276

11.6.1 原子跳跃与扩散系数276

11.6.2 扩散系数与扩散激活能277

11.7 扩散的热力学分析278

11.8 反应扩散280

11.9 扩散的影响因素281

11.9.1 温度281

11.9.2 晶体结构282

11.9.3 晶体缺陷282

11.9.4 化学成分283

11.9.5 外场284

Reading Material 7 Diffusion in Metals and Alloys286

习题三291

附录294

附录1元素周期表294

附录2元素的负电性295

附录3原子和离子半径296

中英文对照表297

参考文献301