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绪论1

第1章　原子结构和晶体结构4

1.1　原子的结构4

1.1.1　材料的结构层面和应用4

1.1.2　原子结构5

1.1.3　元素周期表5

1.1.4　原子结合键7

1.1.5　结合能和原子间距11

1.2　原子和离子排列12

1.3　晶体结构的表示方法13

1.3.1　点阵、晶胞和晶体结构13

1.3.2　晶系和布拉菲点阵14

1.4　纯金属的晶体结构15

1.4.1　典型金属的晶体结构15

1.4.2　同素异构或多晶型性转变19

1.5　晶胞中的点、晶向和晶面19

1.5.1　点的坐标19

1.5.2　晶胞中的方向20

1.5.3　阵点间距、线密度和堆垛密度20

1.5.4　晶面指数21

1.5.5　六方指数23

1.5.6　密排面、密排方向和堆垛方式25

1.5.7　各向异性与各向同性25

1.5.8　重要的晶体学公式26

1.6　间隙27

1.6.1　间隙位置和间隙半径27

1.6.2　配位数和半径比29

1.7　离子晶体结构和共价晶体结构30

1.7.1　离子晶体结构30

1.7.2　共价晶体结构31

1.8　晶体结构分析中的衍射技术32

1.8.1　X射线衍射（XRD）和电子衍射32

1.8.2　电子衍射和电子显微镜（TEM）33

小结34

习题35

第2章　晶体缺陷37

2.1　点缺陷37

2.1.1　点缺陷的分类37

2.1.2　点缺陷对体系热力学能和熵的影响38

2.1.3　空位与间隙原子的平衡浓度39

2.1.4　过饱和点缺陷40

2.1.5　点缺陷与材料行为41

2.2　位错42

2.2.1　金属理论强度和位错学说的产生42

2.2.2　位错的基本类型44

2.2.3　柏氏矢量和柏氏回路46

2.2.4　位错的萌生48

2.2.5　位错密度及其与强度的关系49

2.2.6　位错的运动50

2.2.7　位错的观察52

2.3　面缺陷概述53

2.3.1　晶体表面53

2.3.2　晶界54

2.3.3　晶界特性55

2.3.4　晶界的观察56

2.3.5　堆垛层错56

2.3.6　孪晶界56

2.3.7　相界57

小结58

习题59

第3章　凝固原理61

3.1　金属结晶的条件和一般过程61

3.1.1　冷却曲线与过冷现象61

3.1.2　金属结晶的热力学条件62

3.1.3　结晶的微观过程62

3.2　晶核的形成63

3.2.1　均匀形核63

3.2.2　非均匀形核67

3.3　晶体的长大69

3.3.1　晶体的长大机理69

3.3.2　晶体长大方式及其形貌71

3.3.3　凝固时间和枝晶尺寸73

3.3.4　对结构和性能的影响74

3.4　晶粒大小及其控制75

3.4.1 晶粒大小的表示法75

3.4.2　晶粒大小与过冷度的关系75

3.4.3　晶粒度对金属性能的影响76

3.4.4　控制晶粒度的方法76

3.4.5　其它控制形核的应用77

3.5　铸锭组织78

3.5.1　铸锭的宏观组织78

3.5.2　铸锭组织的控制79

3.5.3　定向凝固、单晶生长和外延生长79

小结80

习题81

第4章　固态扩散83

4.1　扩散的统计规律83

4.1.1　菲克第一定律83

4.1.2　菲克第二定律84

4.1.3　菲克方程的解85

4.1.4　柯肯达尔效应87

4.2　扩散的驱动力88

4.3　扩散类型和微观机理89

4.3.1　金属中的扩散类型89

4.3.2　晶格扩散的微观机制90

4.3.3　离子晶体的扩散92

4.3.4　非晶态固体中的扩散92

4.4　影响扩散的因素93

4.4.1　温度的影响93

4.4.2　成分的影响93

4.4.3　晶体结构的影响95

4.4.4　晶体缺陷的影响96

4.5　扩散和材料加工97

4.5.1　金属粘接97

4.5.2　渗碳98

小结99

习题100

第5章　材料的力学性能101

5.1　材料承受静载荷时的力学性能101

5.1.1　材料的拉伸曲线101

5.1.2　材料的变形及其性能指标103

5.1.3　材料的断裂及其性能指标105

5.1.4　材料的弯曲及其性能指标107

5.1.5　材料的硬度108

5.2　材料承受冲击载荷时的力学性能110

5.2.1　冲击弯曲试验111

5.2.2　多次冲击试验111

5.2.3　冲击韧性及其意义111

5.3　材料的疲劳112

5.3.1　疲劳曲线112

5.3.2　疲劳极限112

5.3.3　疲劳断口113

5.4　材料的断裂韧性114

5.4.1　断裂韧性的概念114

5.4.2　影响材料断裂韧性的因素115

5.5　材料的磨损性能115

5.5.1　磨损过程和磨损的分类115

5.5.2　提高材料耐磨性的途径116

5.6　材料的蠕变性能117

5.6.1　材料的蠕变现象117

5.6.2　蠕变性能指标117

小结118

习题119

第6章　塑性变形与再结晶120

6.1　晶体的塑性变形120

6.1.1　单晶体的塑性变形120

6.1.2　多晶体的塑性变形128

6.1.3　合金的塑性变形130

6.2　塑性变形对材料组织与性能的影响134

6.2.1 塑性变形对材料组织的影响134

6.2.2　塑性变形对材料性能的影晌137

6.3　回复与再结晶138

6.3.1　冷变形材料在加热时组织与性能的变化138

6.3.2　回复139

6.3.3　再结晶141

6.3.4　再结晶后晶粒的大小144

6.3.5　晶粒长大145

6.4　金属的热加工变形147

6.4.1　热加工变形与冷加工变形147

6.4.2　动态回复与动态再结晶148

6.4.3　热加工变形后的组织与性能149

6.4.4　超塑性151

小结153

习题153

第7章　合金的相结构与结晶155

7.1　固态合金的相结构155

7.1.1 固溶体156

7.1.2　金属间化合物157

7.2　二元合金相图的建立160

7.2.1　二元合金相图的表示方法160

7.2.2　二元合金相图的测定方法161

7.2.3　相律、杠杆定律及应用162

7.3　匀晶相图及固溶体的结晶164

7.3.1　二元匀晶相图分析164

7.3.2　合金的平衡结晶过程165

7.3.3　非平衡结晶与枝晶偏析165

7.3.4　合金凝固时溶质在液固两相中的重新分配166

7.3.5　区域熔炼168

7.3.6　合金凝固过程的成分过冷168

7.4　二元共晶相图及其合金的结晶169

7.4.1　二元共晶相图分析170

7.4.2　典型合金的平衡结晶过程及室温平衡组织170

7.4.3　不平衡结晶172

7.5　二元包晶相图及其合金的结晶174

7.5.1　包晶相图分析174

7.5.2　典型包晶合金的凝固及其平衡组织174

7.5.3 包晶合金的非平衡凝固176

7.6　二元相图的分析方法与应用176

7.6.1　二元相图的分析方法176

7.6.2　根据相图推测合金的性能177

7.7　其它类型的相图178

7.7.1　形成化合物的相图178

7.7.2　具有偏晶转变的相图179

7.7.3　具有合晶转变的相图179

7.7.4　具有熔晶转变的相图180

7.7.5　具有固态相变的二元相图180

7.8　三元合金相图182

7.8.1　三元合金相图的成分表示方法182

7.8.2　三元系平衡相的定量法则184

7.8.3　三元匀晶相图186

7.8.4　三元共晶相图188

7.8.5　两相平衡、三相平衡和四相平衡的类型和一般规律191

7.8.6　三元相图应用举例193

小结194

习题196

第8章　铁碳合金与铁碳合金相图198

8.1　铁碳合金基本组元、基本相198

8.1.1　铁碳合金基本组元及特性198

8.1.2　铁碳合金中的基本相、基本组织及其性能199

8.2　Fe-Fe3C相图分析200

8.2.1　Fe-Fe3C相图中的点线区201

8.2.2　典型合金的平衡结晶过程及室温平衡组织202

8.2.3　铁碳合金碳的质量分数与平衡组织、力学性能之间的关系209

8.2.4　Fe-FE3C相图的应用212

8.3　碳钢213

8.3.1　钢中常存杂质元素的影响213

8.3.2　碳钢的分类及应用213

小结214

习题215

第9章　固态相变和热处理217

9.1　概述217

9.1.1　热处理的作用217

9.1.2　钢的临界温度218

9.2　钢在加热时的转变219

9.2.1 共析钢的奥氏体形成过程219

9.2.2　影响奥氏体形成速度的因素221

9.2.3　非共析钢的奥氏体形成过程223

9.2.4　奥氏体晶粒度及其影响因素223

9.3　钢在冷却时的转变226

9.3.1　概述226

9.3.2　共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线227

9.3.3　影响过冷奥氏体等温转变的因素228

9.3.4　过冷奥氏体连续冷却转变曲线及其应用231

9.3.5　珠光体转变235

9.3.6　马氏体转变241

9.3.7　贝氏体转变250

9.3.8　钢在回火时的转变256

9.4　合金的时效与调幅分解262

9.4.1　合金的固溶与时效262

9.4.2　调幅分解264

9.5　钢的退火与正火265

9.5.1　退火265

9.5.2　正火268

9.6　钢的淬火与回火270

9.6.1　钢的淬火270

9.6.2　钢的回火277

9.6.3　淬火加热缺陷及其防止方法278

9.7　形变热处理279

9.7.1 高温形变热处理279

9.7.2　低温形变热处理280

9.8　表面淬火280

9.8.1　感应加热表面淬火280

9.8.2　其它表面淬火方法282

9.9　化学热处理283

9.9.1　化学热处理的基本过程284

9.9.2　钢的渗碳284

9.9.3　钢的渗氮289

9.9.4　钢的碳氮共渗与氮碳共渗291

9.9.5　其它化学热处理292

9.9.6　表面化学热处理新技术293

小结294

习题296

第10章　钢铁材料299

10.1　钢的分类与编号299

10.1.1　钢的分类299

10.1.2　钢的编号300

10.2　合金元素在钢中的主要作用303

10.2.1　合金元素在钢中的存在形式303

10.2.2　合金元素与铁和碳的相互作用304

10.2.3　合金元素对相变的影响306

10.2.4　合金元素对力学性能的影响310

10.3　合金结构钢311

10.3.1　低合金高强度钢311

10.3.2　切削钢314

10.3.3　渗碳钢315

10.3.4　调质钢318

10.3.5　弹簧钢323

10.3.6　滚动轴承钢325

10.4　合金工具钢327

10.4.1　刃具钢327

10.4.2　模具钢333

10.4.3　量具钢336

10.5　特殊性能钢及合金338

10.5.1　不锈钢338

10.5.2　耐热钢342

10.5.3　耐磨钢343

10.5.4　硬质合金344

10.6　铸铁346

10.6.1　概述346

10.6.2　灰铸铁349

10.6.3　可锻铸铁351

10.6.4　球墨铸铁352

10.6.5　蠕墨铸铁354

10.6.6　其它铸铁简介355

小结357

习题360

第11章　有色金属及其合金362

11.1　铝及其合金362

11.1.1　概述362

11.1.2　铝合金的强化363

11.1.3　铸造铝合金及其热处理365

11.1.4　变形铝合金及其热处理367

11.2　铜及其合金370

11.2.1　概述370

11.2.2　黄铜372

11.2.3　青铜373

11.3　钛及其合金375

11.3.1　钛及其合金的性能特点375

11.3.2　钛合金的分类376

11.3.3　常用钛合金376

11.4　镁及其合金377

11.4.1　镁及其合金的性能特点377

11.4.2　镁合金的分类378

11.4.3　常用镁合金379

11.4.4　镁合金的热处理379

11.5　轴承合金380

11.5.1　概述380

11.5.2　锡基轴承合金381

11.5.3　铝基轴承合金381

11.5.4　铜基轴承合金382

11.6　镍合金和钴合金383

11.6.1　镍合金和蒙耐尔合金383

11.6.2　超合金383

11.7　新型及特种用途材料384

11.7.1　非晶态合金384

11.7.2　纳米材料384

11.7.3　梯度材料385

11.7.4　记忆合金386

11.7.5　贮氢材料386

小结387

习题389

第12章　非金属材料390

12.1　陶瓷材料390

12.1.1　概述390

12.1.2　结构陶瓷396

12.1.3　功能陶瓷399

12.1.4　微晶玻璃404

12.1.5　耐火材料405

12.2　高分子材料406

12.2.1　概述406

12.2.2　塑料409

12.2.3　橡胶416

12.2.4　胶粘剂419

12.3　复合材料420

12.3.1　概述420

12.3.2　基体和增强体422

12.3.3　颗粒增强复合材料426

12.3.4　纤维增强复合材料429

12.3.5　层合复合材料435

小结435

习题436

参考文献438