电子工业出版社-网上书店

本教材编排主线为从微观结构到组织再到性能，因此第1章为金属的晶体学基础，第2章为晶体缺陷，第3章为固态金属中的扩散，第4章为单元系相图及液固和气固相变，第5章为二元相图及合金的凝固，第6章为三元相图及典型三元合金凝固分析，第7章为材料的变形及回复与再结晶，第8章为材料的亚稳态结构。本教材在编写时加强了对一些重要理论应用公式的推导介绍，建议教师在授课时酌情取舍；读者在学习本教材时要培养先建立数学物理模型，简化求解讨论，再解决实际问题的实用理工科思想。本教材可以作为偏金属类的材料科学与工程、材料成型及控制工程等专业的教材。

目    录
第1章  金属的晶体学基础	1
1.1  原子结构	1
1.2  原子间的键合	3
1.2.1  金属键	3
1.2.2  离子键	4
1.2.3  共价键	4
1.2.4  范德瓦耳斯键	5
1.2.5  氢键	5
1.2.6  混合键	6
1.2.7  结合键的本质与原子间距	7
1.2.8  结合键与性能	8
1.2.9  原子的电负性	8
1.3  原子排列方式	9
1.4  晶体学基础	10
1.4.1  空间点阵和晶胞	10
1.4.2  密勒指数	13
1.4.3  晶体对称性	18
1.4.4  极射投影	20
1.4.5  倒易点阵	22
1.5  金属的晶体结构	23
1.5.1  典型金属晶体结构	23
1.5.2  原子堆垛方式和间隙	26
1.5.3  多晶型性	28
1.6  合金相结构	28
1.6.1  固溶体	29
1.6.2  中间相	32
1.7  晶体材料组织及其观察	37
课后练习题	39
第2章  晶体缺陷	41
2.1  点缺陷	41
2.1.1  点缺陷的类型	41
2.1.2  点缺陷的平衡浓度	42
2.1.3  点缺陷的运动	44
2.2  位错	44
2.2.1  位错的基本类型和特征	45
2.2.2  柏氏矢量	48
2.2.3  位错运动	50
2.2.4  位错的弹性性质	56
2.2.5  位错的生成和增殖	63
2.2.6  实际晶体结构中的位错	66
2.2.7  位错的观察	72
2.3  界面及表面	73
2.3.1  晶界	73
2.3.2  孪晶界和相界	76
2.3.3  表面	78
课后练习题	81
第3章  固态金属中的扩散	83
3.1  扩散的宏观规律	83
3.1.1  菲克第一定律	83
3.1.2  菲克第二定律	84
3.1.3  扩散定律的应用	85
3.2  扩散驱动力	88
3.3  扩散的微观理论与机制	90
3.3.1  原子的跃迁	90
3.3.2  扩散机制	91
3.3.3  扩散系数	95
3.3.4  扩散激活能	96
3.4  反应扩散	99
3.5  扩散的影响因素	100
课后练习题	102
第4章  单元系相图及液固和气固相变	104
4.1  单元系相变热力学及相平衡	104
4.1.1  相平衡状态和相律	104
4.1.2  单元系相图	104
4.2  金属凝固的理论与应用	106
4.2.1  液态金属结构	106
4.2.2  凝固的热力学条件	106
4.2.3  形核	107
4.2.4  晶体长大	113
4.2.5  结晶动力学及凝固组织	116
4.2.6  凝固理论的应用举例	119
4.3  气固-相变与薄膜生长	122
4.3.1  蒸气压	122
4.3.2  蒸发和凝聚的热力学条件	123
4.3.3  气体分子的平均自由程	123
课后练习题	124
第5章  二元相图及合金的凝固	125
5.1  相图的表示和实验测定	125
5.2  计算相图的热力学基础	126
5.2.1  固溶体的自由能-成分曲线	127
5.2.2  多相平衡的公切线原理	127
5.2.3  混合物的自由能和杠杆法则	128
5.2.4  自由能-成分曲线计算相图举例	129
5.2.5  二元相图的几何规律	130
5.3  二元相图分析	131
5.3.1  匀晶相图和固溶体凝固	131
5.3.2  共晶相图及其合金凝固	134
5.3.3  包晶相图及其合金凝固	138
5.3.4  溶混间隙相图与调幅分解	140
5.3.5  其他类型的二元相图	141
5.3.6  复杂二元相图的分析方法	147
5.3.7  根据相图推测合金的性能	148
5.3.8  铁碳合金的组织及其性能	149
5.4  二元合金的凝固理论	155
5.4.1  固溶体的凝固理论	155
5.4.2  共晶凝固理论	163
5.4.3  合金铸锭（件）的组织与缺陷	169
5.4.4  合金的铸造和二次加工	174
5.5  高分子合金和陶瓷合金简介	175
课后练习题	176
 
第6章  三元相图及典型三元合金凝固分析	180
6.1  三元相图的基础	180
6.1.1  三元相图成分表示方法	180
6.1.2  三元相图的空间模型	183
6.1.3  三元相图的截面图和投影图	183
6.1.4  三元相图中的杠杆定律及重心定律	185
6.2  具有两相共晶反应的三元相图	188
6.3  固态互不溶解的三元共晶相图	191
6.4  固态有限互溶的三元共晶相图	195
6.5  包共晶型三元相图	198
6.6  具有四相平衡包晶转变的三元相图	200
6.7  形成稳定化合物的三元相图	201
6.8  三元相图举例	202
6.9  三元相图小结	205
课后练习题	207
第7章  材料的变形及回复与再结晶	209
7.1  弹性和黏弹性	209
7.1.1  弹性变形的微观解释	209
7.1.2  弹性变形的特征和弹性模量	210
7.1.3  弹性的不完整性	212
7.1.4  黏弹性	214
7.2  晶体的塑性变形	214
7.2.1  单晶体的塑性变形	215
7.2.2  多晶体的塑性变形	224
7.2.3  合金的塑性变形	227
7.2.4  塑性变形对材料组织与性能的影响	232
7.3  回复和再结晶	237
7.3.1  冷变形金属在加热时的组织与性能变化	237
7.3.2  回复	238
7.3.3  再结晶	240
7.3.4  晶粒长大	246
7.3.5  再结晶退火后的组织	251
7.4  热变形与动态回复、再结晶	252
7.4.1  动态回复与动态再结晶	252
7.4.2  热加工对组织性能的影响	255
7.4.3  蠕变	256
7.4.4  超塑性	257
7.5  陶瓷材料和高聚物的变形特点	259
课后练习题	262
第8章  材料的亚稳态结构	263
8.1  纳米晶材料	263
8.1.1  纳米晶材料的结构	264
8.1.2  纳米晶材料的性能及其形成	265
8.2  准晶态	267
8.3  非晶态材料	268
8.3.1  非晶态的形成	269
8.3.2  非晶态的结构	272
8.3.3  非晶态的性能	273
8.3.4  高分子的玻璃化转变	274
8.4  固态相变形成的亚稳相	276
8.4.1  亚稳相热力学基础	276
8.4.2  固溶体脱溶分解产物	278
8.4.3  马氏体转变	286
8.4.4  贝氏体转变	293
课后练习题	295
参考文献	296

前    言
材料是人类用来制造有用的构件、器件和其他物品的物质。材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能及它们之间相互关系的科学。它以物理、化学、力学、冶金学等基本学科为基础，来研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料和功能材料等。材料是早已存在的名词，但材料科学的提出时间是在20世纪60年代。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。在旧石器时代，原始人以石头作为工具。在新石器时代，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，还学会了利用黏土烧制陶器。在公元前5 000年，人类在寻找石器的过程中认识了矿石，在烧陶生产中产生了冶铜术，从而进入青铜器时代。在公元前1200年，人类开始使用铸铁，从而进入了铁器时代。随着技术的进步，又出现了钢的制造技术。在公元元年，人类开始进入水泥时代。在18世纪，钢铁工业成为产业革命的重要内容和物质基础，到19世纪中叶，随着现代炼钢技术的进步，人类真正进入了钢铁时代。现在，我国多地将新材料产业打造成战略性支柱产业集群和战略性新兴产业集群。
20世纪70年代，人们把信息、材料和能源当作社会文明的支柱。20世纪80年代，人们又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。
材料科学的形成和发展是科技不断进步的结果。材料科学的基本原理与材料制备及加工、组成及结构、性能及应用等系统基础知识不断融合。现代材料科学和科学技术的发展正推动着各类材料从多样化、单一化走向一体化和复合化，相关内容也日渐融合。
材料科学基础课程是材料科学与工程、材料成型及控制工程等专业重要的专业基础理论课程。材料成型及控制工程专业是普通高等学校本科专业，属机械类专业，全国有120多所院校开设了该专业，这些院校研究的材料主要为金属材料，相关毕业生主要进入钢铁企业、机械制造业、汽车及船舶制造业、金属及橡塑材料加工业等行业，主要从事与材料成型、模具设计与制造等内容相关的生产过程控制、技术开发、科学研究、经营管理、贸易营销等方面的工作。基于此，编者编写本书作为材料科学基础课程的教材，并定位于高等本科院校学生，既有理论内容，又有实践知识和技能。
编者在教材编写过程中总结了课程教学的经验，与国内外同类教材进行了对比研究，力求科学性、系统性和适用性的统一。虽然本教材取名为《金属材料科学基础》，但由于金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、功能材料等材料的结构原理和性能变化联系紧密相关，因此本教材也介绍了部分其他材料的内容。编者在编写过程中注意帮助读者提高技能应用能力、实践能力和应用领域的创新能力，并且注意帮助读者提升应用基础知识的学习能力和问题解决能力。例如，本书引入了最新材料来研究部分热点问题，引用部分最新发表论文的实践实验成果，对部分传统问题进行了例题分析详解，并且在每章后面附有课后练习题。
本教材在编排过程中，尽量做到名词术语统一。但部分名词的解释和某些规律的表达，在不同学科的内容介绍中会有所不同。其主要原因是编者希望读者能准确理解和灵活应用这些基础知识，不死记硬背。例如，著名的Hall-Petch公式，在分别描述层片间距和晶粒大小对材料强度的影响时，其表达式不一样。铁碳合金相图，我们特意举出两个中外特征数值不一致的相图，旨在向读者说明，要重视的是杠杆定律的应用而非相图中精确的点线位置。
本教材的内容编排主线为从微观结构到组织再到性能，本教材第1章为金属的晶体学基础，第2章为晶体缺陷，第3章为固态金属中的扩散，第4章为单元系相图及液固和气固相变，第5章为二元相图及合金的凝固，第6章为三元相图及典型三元合金凝固分析，第7章为材料的变形及回复与再结晶，第8章为材料的亚稳态结构。高分子材料、生物材料、复合材料、电磁材料、信息材料、功能材料等就不单独列章节进行介绍了。本教材是在齐鲁工业大学教材建设基金资助下完成的，同时获得了齐鲁工业大学机械工程学部学科专业建设经费的支持。
材料科学基础课程在不同的学校授课的课时数肯定不同，少的可能为32学时，多的可能为126学时，而本教材编者所在学校以前的授课课时为48学时、56学时，现在为64学时。鉴于该教材在编写时，有意识地加强了对一些重要理论应用公式的推导介绍，建议授课教师在授课时酌情取舍。
本教材第3章、第5章由王晓丽博士编写，其余章节由胡心平博士编写，最后由胡心平博士统稿。
由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

编  者   
2023年1月

本书配套资源下载

对不起，暂无音视频资源！