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1 晶体学 1

1.1 结晶状态及晶体的宏观特性 2

1.2 点阵、晶体结构 3

1.3 对称性，空间变换 6

1.3.1 对称变换(操作) 7

1.3.2 对称变换的解析式 8

1.3.3 点对称变换(操作) 9

1.3.4 第一类操作和第二类操作的联系和区别 15

1.4 晶系及布喇菲点阵 16

1.4.1 空间点阵类型(晶系) 17

1.4.2 布喇菲点阵 22

1.5 点阵几何 26

1.5.1 点阵的阵点直线、方向指数 26

1.5.2 点阵的阵点平面及平面指数 29

1.5.3 晶带及晶带定律 30

1.5.4 六方(和三方)晶系的4轴坐标系的方向指数及面指数 32

1.5.5 倒易点阵 35

1.5.6 倒易矢量在晶体学中几何关系的应用 41

1.6.1 球面投影 44

1.6 晶体投影 44

1.6.2 极射投影 45

1.6.3 吴氏网和极网 46

1.6.4 标准投影图、标准极图 49

参考书目 51

练习题 51

附录1-Ⅰ 对称元素符号 55

附录1-Ⅱ 任意晶系的晶面间夹角的计算程序 56

附录1-Ⅲ 计算和画出任意晶系任意晶面的标准投影图的程序 58

2.1 晶体结构符号 65

2 晶体结构 65

2.2 金属单质的晶体结构 66

2.2.1 面心立方结构 66

2.2.2 体心立方结构 68

2.2.3 密排六方结构 69

2.3 非金属单质的晶体结构 71

2.4 同素异构性 73

2.5 金属晶体中的原子大小 75

2.6 合金相的相结构 75

2.6.1 一次固溶体 76

2.6.2 中间相 80

2.7 晶体缺陷 93

参考书目 94

练习题 95

3 相图 96

3.1 单元系 98

3.2 二元系 99

3.2.1 单相平衡和两相平衡 99

3.2.2 三相平衡 101

3.2.3 恒压二元相图的中间相 102

3.2.4 恒压二元相图中相区的邻接关系 104

3.2.6 恒压二元相图举例 105

3.2.5 有序-无序转变以及磁性转变在相图上的表示 105

3.3 三元系 108

3.3.1 三元系相图的成分表达 109

3.3.2 杠杆规则 110

3.3.3 单相平衡和两相平衡 111

3.3.4 三相平衡 114

3.3.5 四相平衡 121

3.3.6 生成化合物的三元系以及相图的简化分割 132

3.3.7 实际三元相图分析和应用举例 132

3.4 相图热力学 140

3.4.1 自由能函数的表达式 141

3.4.2 过剩吉布斯自由能的解析表达式 142

3.4.3 用图解法求化学势 144

3.4.4 用作吉布斯自由能曲线公切线的方法构造相图 145

3.4.5 过剩吉布斯自由能数值对相图形貌的影响 152

3.4.6 计算相图 154

3.4.7 相图合成法 157

参考书目 158

练习题 158

附录3-Ⅰ 以规则溶体模型计算固相和液相平衡线的程序 165

4 金属和合金中的扩散 169

4.1 扩散机理 169

4.1.1 间隙机制 169

4.1.2 空位机制 170

4.1.3 换位机制 171

4.2 扩散的宏观理论 171

4.2.1 参考系 171

4.2.2 流量和力之间的关系 172

4.2.3 菲克定律的一般表达式 173

4.2.4 二元系的扩散 174

4.2.5 扩散方程的解 179

4.3 扩散的微观理论 194

4.3.1 原子热运动与扩散系数 194

4.3.2 随机行走与扩散距离 195

4.3.3 相关效应 196

4.3.4 扩散系数的微观意义 197

4.4 高扩散率的通道 201

4.4.1 沿晶界扩散 201

4.4.2 沿位错扩散 202

4.4.4 高扩散率通道网络 203

4.4.3 沿表面扩散 203

4.4.5 多相二元合金的扩散 204

4.5 三元合金中的扩散 208

4.6 影响扩散系数的因素 209

4.6.1 温度的影响 210

4.6.2 压力的影响 210

4.6.3 组元特性 211

4.6.4 组元浓度 212

4.6.5 第三组元 212

4.6.6 晶体结构 213

练习题 214

参考书目 214

4.6.7 晶体缺陷 214

附录4-Ⅰ 误差函数 erf(β)表(β值由0到2.7) 217

附录4-Ⅱ 求钢板渗碳浓度分布例子的计算程序 218

5 凝固 220

5.1 凝固的热力学条件 221

5.1.1 平衡熔点 221

5.1.2 压力对熔点的影响 222

5.1.3 曲率对熔点的影响 223

5.2 形核 223

5.2.1 均匀形核 224

5.2.2 非均匀形核 227

5.3 晶核的长大 229

5.3.1 液固界面的结构 229

5.3.2 晶核长大机制 231

5.4 凝固中的热输运 234

5.4.1 传热的三种方式 235

5.4.2 热传导方程 236

5.4.3 凝固时界面的热能平衡 236

5.4.4 凝固时热传导方程求解的简单例子 237

5.5.2 平衡凝固与非平衡凝固 239

5.5 单相固溶体凝固 239

5.5.1 平衡分配系数 239

5.5.3 界面前沿的溶质原子再分布 241

5.5.4 区域提纯 245

5.6 液/固相界面形貌 246

5.6.1 纯物质凝固时液/固相界面的稳定性 246

5.6.2 合金凝固时液/固相界面的稳定性 247

5.7 凝固微观组织 252

5.7.1 强制性生长和自由生长 252

5.7.2 胞晶的形成 253

5.7.3 胞状树枝晶及柱状树枝晶 254

5.7.4 自由树枝晶 254

5.7.5 凝固参数和微观组织形态之间的关系 254

5.8 共晶凝固和包晶凝固 257

5.8.1 共晶的凝固 257

5.8.2 包晶凝固 265

5.9 铸锭的凝固 266

5.9.1 铸锭的宏观组织 266

5.9.2 凝固时的体积变化以及气孔、夹杂的形成 268

5.10 偏析 269

5.9.3 铸锭组织的控制 269

5.10.1 显微偏析 270

5.10.2 宏观偏析 270

5.11 熔焊 272

5.12 特殊凝固工艺 274

5.12.1 快速凝固 274

5.12.2 连续铸造 275

参考书目 275

练习题 276

6.1.1 滑移要素—滑移系 278

6 位错 278

6.1 单晶体滑移 278

6.1.2 滑移带和滑移线 279

6.1.3 施密特定律 280

6.2 位错基本概念 281

6.2.1 理论切变强度的估算 281

6.2.2 位错概念的引入 283

6.3 位错的几何形态 284

6.3.1 刃位错 284

6.3.3 混合位错 285

6.3.4 柏氏回路及柏氏矢量 285

6.3.2 螺位错 285

6.3.5 位错核心结构 288

6.3.6 位错的观察 290

6.4 在弹性介质中的位错 291

6.4.1 直位错的应力场 291

6.4.2 位错线的能量 293

6.4.3 位错受力 295

6.4.4 映像力 298

6.4.5 位错线一般形状与各向异性介质 299

6.5.1 位错滑动和滑移 300

6.5 位错运动 300

6.5.2 交滑移 303

6.5.3 位错的滑移速度 303

6.5.4 位错攀移 304

6.5.5 位错运动引起的塑性变形 306

6.6 位错的产生和增殖 306

6.6.1 位错的起源 306

6.6.2 在应力集中处位错的非均匀形核 307

6.6.3 位错的增殖 307

6.7.1 位错间的长程交互作用 309

6.7 在整体中的位错 309

6.7.2 位错间短程交互作用 312

6.7.3 带割阶的位错的滑移 314

6.7.4 位错塞积群 315

6.8 特殊晶体结构中的位错 316

6.8.1 fcc 金属 317

6.8.2 hcp 金属 324

6.8.3 bcc 金属 327

6.8.4 有序合金 330

6.9 位错和溶质原子的交互作用 333

6.9.1 位错和溶质原子的弹性交互作用 334

6.9.2 位错与溶质原子的静电交互作用 335

6.9.3 位错与溶质原子的化学交互作用 335

参考书目 335

练习题 336

7 晶态固体的表面和界面 339

7.1 晶体表面 339

7.1.1 静态表面原子状态和表面结构 339

7.1.2 动态表面原子状态 342

7.1.3 表面热力学参数和表面能 343

7.1.4 晶体外形——Wulff 定律 344

7.1.5 极低温度(OK)的表面张力计算 345

7.1.6 表面吸附及分凝 346

7.2 晶粒界 348

7.2.1 小角度晶界的位错模型 349

7.2.2 小角度界面的能量 352

7.2.3 晶界结构的一般几何理论 353

7.2.4 共格孪晶界 361

7.2.5 大角度晶界的晶界能 361

7.2.6 晶界平衡偏析 362

7.2.7 晶界迁移 364

7.3 相界面 372

7.4 多晶体和多相材料中的平衡 375

7.4.1 多晶体中的平衡形貌 375

7.4.2 相分布 378

参考书目 379

练习题 379

8 晶体的塑性形变 382

8.1 滑移的进一步讨论 382

8.1.1 关于临界分切应力 382

8.1.3 多系滑移 383

8.1.2 交滑移 383

8.1.4 在拉伸和压缩时晶体的转动 385

8.2 起始塑性形变及流变应力 386

8.3 单晶体的应力-应变曲线及加工硬化 390

8.3.1 应力-应变曲线 390

8.3.2 加工硬化理论 392

8.4 形变孪生 393

8.4.1 孪晶几何 394

8.4.2 六方结构晶体中的孪生 396

8.4.3 体心立方结构晶体中的孪晶 398

8.4.5 孪生的位错机制 399

8.4.4 面心立方结构晶体中的孪生 399

8.4.6 孪生的一般特点 400

8.5 扭折带和形变带 402

8.5.1 扭折带 402

8.5.2 形变带 403

8.6 多晶体的塑性形变 405

8.6.1 多晶体形变的特点 405

8.6.2 形变过程的宏观应变协调 406

8.6.3 形变过程的微观应变协调与微观组织变化 408

8.6.5 形变过程宏观组织的变化 412

8.6.4 影响冷形变金属和合金微观组织结构的因素 412

8.7 形变织构 414

8.7.1 晶体取向的描述 414

8.7.2 取向分布的描述 415

8.7.3 形变织构的类型 417

8.8 复相合金的塑性形变 422

8.9 复合材料的形变 423

8.10 形变后的残余内应力 424

练习题 425

参考书目 425

9 回复和再结晶 428

9.1 回复 429

9.1.1 储存能的释放 429

9.1.2 电阻和密度的回复 431

9.1.3 机械性能的回复 433

9.1.4 回复动力学 433

9.1.5 回复过程结构的变化 436

9.2 再结晶 441

9.2.1 再结晶的基本规律 441

9.2.2 再结晶动力学 442

9.2.4 再结晶的形核 447

9.2.3 再结晶和回复的关系 447

9.2.5 再结晶核心的长大 451

9.2.6 第二相粒子的作用 451

9.2.7 再结晶时的脱溶 453

9.3 晶粒正常长大及二次再结晶 454

9.3.1 晶粒正常长大 454

9.3.2 退火孪晶 459

9.3.3 晶粒的非正常长大 460

9.4.1 典型金属和合金的再结晶织构 461

9.4 再结晶织构 461

9.4.2 晶粒长大时织构的发展 462

9.4.3 再结晶织构理论 463

9.5 热加工过程的回复和再结晶 464

9.5.1 动态回复 464

9.5.2 动态再结晶 465

参考书目 469

练习题 469

10 固态转变 471

10.1.1 纯组元多形性相变的驱动力 472

10.1.2 脱溶转变的驱动力 472

10.1 相变驱动力 472

10.2 相变的形核 473

10.2.1 形核的驱动力和核心成分 473

10.2.2 亚稳平衡过渡相的形成 475

10.2.3 形核理论 476

10.2.4 界面能的作用 477

10.2.5 应变能的作用 478

10.2.6 非均匀形核 480

10.2.7 随时间变化的形核速率 484

10.3 长大过程 485

10.3.1 界面过程控制的长大 486

10.3.2 长程扩散控制的长大 489

10.3.3 长大时界面的不稳定性 493

10.4 相变动力学 493

10.5 合金脱溶 495

10.5.1 脱溶贯序 495

10.5.2 空位在脱溶过程中的作用 498

10.5.3 颗粒粗化—Ostwald 熟化 498

10.5.4 时效硬化 500

10.6 不连续反应——在移动界面上的反应 501

10.6.1 在移动晶界上的反应——共析转变 501

10.6.2 不连续脱溶(胞状脱溶) 503

10.7 块型转变 504

10.8 连续型转变 506

10.8.1 调幅分解 506

10.8.2 有序-无序转变 509

10.9 按长大(生长)过程特征对相变(转变)的分类 512

参考书目 512

练习题 513

附录 晶体学点群和空间群 516

1 群的概念及群的基本性质 516

2 点群的描述和图示 517

3 点群的推导方法 518

4 确定(推导)物体点群的程序图 528

5 空间群概念 529

6 点式空间群 530

7 非点式空间群 535

8 空间群的点群和一般等效位置 537

9 空间群的推导方法 537

10 空间群符号 539

11 国际表简介 540

参考书目 541

练习题 541