本书围绕结构材料的化学成分、结构与力学性能之间的关系及其变化规律，阐述材料科学的基本概念和基础理论。其主要内容包括固体材料的结构、纯金属和二元合金的结晶、铁碳合金相图、三元相图、金属材料的塑性变形与断裂、形变金属材料的回复与再结晶、固体材料中的扩散、固态相变原理及应用。本书在每章末列出基本概念和习题，并在书末附有部分习题参考答案。 本书可作为高等工科院校材料科学与工程、材料成型及控制工程、焊接技术与工程等专业的专业基础课教材，也可作为相关专业的科研人员和工程技术人员的参考书。

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目录
前言
绪论1
第一章固体材料的结构4
第一节原子的电子构型和元素的电负性4
一、原子的电子构型4
二、元素的电负性和价电子数6
第二节原子间的结合6
一、金属键7
二、共价键7
三、离子键9
四、范德华力10
五、氢键10
六、原子间的结合力和结合能10
第三节金属和陶瓷的晶体结构12
一、晶体学基础12
二、金属晶体的晶体结构22
三、离子晶体的晶体结构49
四、共价晶体的晶体结构51
第四节高聚物的微观结构52
一、高分子链的近程结构52
二、高分子链的远程结构57
三、高分子聚集态结构59
四、高聚物的三种力学状态60
基本概念61
习题62
第二章纯金属的结晶63
第一节纯金属结晶的现象63
一、金属结晶的宏观现象63
二、金属结晶的微观过程65
第二节金属结晶的热力学条件66
第三节金属结晶的结构条件67
第四节晶核的形成68
一、均质形核69
二、非均质形核72
第五节晶体长大76
一、固液界面的微观结构76
二、晶体长大机制77
三、固液界面前沿液相的温度梯度79
四、晶体生长的界面形态80
五、晶体的长大速度83
六、晶粒大小的控制83
基本概念85
习题85
第三章二元合金的结晶87
第一节二元合金相图的建立87
一、二元合金相图的表示方法87
二、二元合金相图的测定方法88
三、相律和杠杆定律89
第二节匀晶相图及固溶体合金的结晶90
一、相图分析90
二、固溶体合金的平衡结晶91
三、固溶体合金的非平衡结晶94
四、区域偏析和区熔提纯96
五、成分过冷及其对晶体界面形态和铸锭
组织的影响98
第三节共晶相图及合金的结晶102
一、相图分析102
二、典型合金的平衡结晶及其显微
组织103
三、非平衡结晶及其显微组织108
第四节包晶相图及合金的结晶111
一、相图分析111
二、典型合金的平衡结晶及其显微
组织111
三、非平衡结晶及其显微组织113
四、包晶转变的实际应用114
第五节其他类型的二元合金相图115
一、组元间形成化合物的相图115
二、偏晶、熔晶和合晶相图116
三、具有固态相变的相图118
第六节二元相图的分析和使用119
一、相图分析步骤119
二、应用相图时应注意的问题121
三、根据相图判断合金的性能122
第七节铸锭的宏观组织与缺陷124
一、铸锭三晶区的形成124
二、铸锭宏观组织的控制126
三、铸锭缺陷127
基本概念130
习题130
第四章铁碳合金相图132
第一节铁碳合金的组元及基本相132
一、纯铁132
二、渗碳体134
第二节FeFe3C相图分析134
一、相图中各点、线、区的意义134
二、三个恒温恒成分转变135
三、三条重要的特性曲线136
第三节铁碳合金平衡结晶过程及其显微
组织137
一、工业纯铁137
二、共析钢138
三、亚共析钢139
四、过共析钢141
五、共晶白口铸铁142
六、亚共晶白口铸铁142
七、过共晶白口铸铁143
第四节含碳量对铁碳合金平衡组织和
性能的影响144
一、对平衡组织的影响144
二、对力学性能的影响145
三、对工艺性能的影响146
第五节钢中的杂质元素和钢锭的宏观
组织148
一、钢中的杂质元素及其影响148
二、钢锭的宏观组织及其缺陷151
基本概念155
习题155
第五章三元相图156
第一节三元相图的表示方法156
一、成分三角形156
二、成分三角形中具有特定意义的
直线157
第二节三元系平衡相的定量法则158
一、直线法则和杠杆定律158
二、重心法则160
第三节三元匀晶相图160
一、相图分析161
二、三元固溶体合金的平衡结晶161
三、等温截面162
四、变温截面163
五、投影图164
第四节三元共晶相图165
一、组元在固态完全不互溶的共晶
相图165
二、组元在固态有限互溶并具有共晶
转变的相图171
第五节三元相图总结177
一、三元系的两相平衡177
二、三元系的三相平衡177
三、三元系的四相平衡178
四、相区接触法则181
第六节三元合金相图实例181
一、FeCSi三元系变温截面181
二、FeCCr三元系等温截面182
三、AlCuMg三元系投影图183
第七节陶瓷相图184
一、ZrO2陶瓷185
二、AlN陶瓷185
三、SiAlON陶瓷186
基本概念187
习题187
第六章金属材料的塑性变形与断裂190
第一节结构材料的变形特性190
一、金属材料的变形特性190
二、工程陶瓷的变形特性193
三、工程塑料的变形特性194
第二节单晶体的塑性变形195
一、滑移195
二、孪生204
第三节多晶体的塑性变形205
一、多晶体的塑性变形过程205
二、晶粒大小对塑性变形的影响206
第四节合金的塑性变形208
一、单相固溶体合金的塑性变形208
二、多相合金的塑性变形209
第五节塑性变形对金属材料微观结构和
性能的影响211
一、塑性变形对微观结构的影响211
二、塑性变形对性能的影响214
三、残余应力216
第六节金属材料的断裂216
一、塑性断裂217
二、脆性断裂217
三、影响材料断裂的基本因素219
四、断裂韧度及其应用222
基本概念224
习题224
第七章形变金属材料的回复与
再结晶226
第一节形变金属材料在退火过程中的
变化226
一、显微组织的变化226
二、形变储存能的变化227
三、残余应力和性能的变化227
第二节回复228
一、退火温度和时间对回复过程的
影响228
二、回复机制228
三、亚结构的变化230
四、回复退火的应用230
第三节再结晶231
一、退火温度和时间对再结晶过程的
影响231
二、再结晶晶核的形成与长大231
三、再结晶温度及其影响因素233
四、再结晶晶粒大小的控制235
第四节晶粒长大236
一、晶粒的正常长大236
二、晶粒的反常长大239
三、再结晶退火后的组织240
第五节金属材料的热加工242
一、热加工和冷加工242
二、动态回复和动态再结晶243
三、热加工后的组织与性能244
基本概念246
习题246
第八章固体材料中的扩散248
第一节概述248
一、扩散现象和本质248
二、扩散机制250
三、扩散的条件251
四、扩散的分类252
第二节扩散定律254
一、菲克第一定律254
二、菲克第二定律255
三、影响扩散的因素255
第三节扩散定律的实际应用259
一、铸锭的均匀化退火259
二、钢件的气体渗碳260
三、金属材料的粘接262
四、固相烧结263
五、工程塑料中的扩散267
基本概念268
习题268
第九章固态相变原理269
第一节概述269
一、固态相变的特点269
二、固态相变的类型271
三、固态相变与热处理271
第二节钢在加热时的转变272
一、共析钢奥氏体的形成过程272
二、影响奥氏体形成速度的因素274
三、影响奥氏体晶粒大小的因素276
第三节钢在冷却时的转变277
一、概述277
二、过冷奥氏体的等温转变图和连续
冷却转变图278
三、珠光体转变284
四、马氏体转变289
五、贝氏体转变299
第四节淬火钢回火时的转变303
一、淬火钢的回火转变及其组织303
二、淬火钢回火时性能的变化308
三、回火脆性309
第五节过饱和固溶体的分解310
一、概述310
二、合金脱溶沉淀过程中显微组织和
力学性能的变化规律311
三、脱溶沉淀热力学和动力学313
四、低碳钢的时效314
五、调幅分解314
基本概念316
习题316
第十章固态相变的应用318
第一节钢的退火和正火318
一、退火目的及工艺319
二、正火目的及工艺321
三、退火和正火的选用322
第二节钢的淬火与回火323
一、钢的淬火323
二、钢的回火332
三、淬火加热缺陷334
第三节固态相变的应用实例335
一、工程结构用钢335
二、刃具钢336
三、弹簧钢337
四、轴类零件钢338
五、滚动轴承钢338
基本概念339
习题339
部分习题参考答案340
参考文献343