目錄第一章要求第一章第一節(jié)第一章第二節(jié)第一章第三節(jié)第一章第四節(jié)第二章要求第二章第一次第二章第二次第二章第三次第二章第四次第；章要求第三章第一次第三章第二次第三章第二次第二帝第四次第三章第五次第一:章第六次注意第七章要求第七章第一次第七章第二次笫七章第三次第八章要求第八章第一次第八章第二次第四章要求第四章第?次第四簞第:次笫四章笫二次第五章要求第五章第一次第五司第二次第五章:笫二次第五章第四次第五章笫五次第一章（一）內(nèi)容及習(xí)題引言金屬由于其性能的多樣性，而被人們廣泛的應(yīng)用。金屬的性能由其成分、結(jié)構(gòu)所決定。成分、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系，以及它們的變化規(guī)律，構(gòu)成了本課程的基礎(chǔ)。金屬（或非金屬）在固態(tài)通常是晶體，故金屬的結(jié)構(gòu)通常被稱為金屬的晶體結(jié)構(gòu)。第一章介紹的是學(xué)習(xí)和研究晶體結(jié)構(gòu)所需要掌握的一些基本知識(shí)一一晶體學(xué)基礎(chǔ)。本節(jié)課要求1要求掌握“晶體與非晶體、晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣、晶胞與原胞、晶系、布拉菲點(diǎn)陣、點(diǎn)陣常數(shù)”概念，理解布拉菲點(diǎn)陣的唯?性。2看完第一節(jié)，并完成習(xí)題1?3。習(xí)題1描述晶體與非晶體的區(qū)別，從結(jié)構(gòu)、性能等方面。2何謂空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)述晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣的區(qū)別。3對(duì)于圖1-4（n）的面心立方點(diǎn)陣，如果在該點(diǎn)陣的上下兩個(gè)底面的面中心各添加一個(gè)陣點(diǎn)，請(qǐng)問(wèn)，新的結(jié)構(gòu)是屬于14種空間點(diǎn)陣的哪一種。（返回目錄）第一章（二）內(nèi)容及習(xí)題

引言品體的特征在于構(gòu)成晶體的原子的排列呈現(xiàn)三維周期結(jié)構(gòu)。在材料中，金屬與陶瓷通常是晶體，即使高分子或生物材料也有相應(yīng)的晶體狀態(tài)。所以，對(duì)材料學(xué)家來(lái)說(shuō)，了解和掌握晶體結(jié)構(gòu)的基本概念是十分甫耍的。19世紀(jì)出現(xiàn)了布拉菲的空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)，當(dāng)時(shí)它僅是一個(gè)合理的猜想，其正確性到1912年才被勞厄等人的X射線衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。以后，大量的研究探明了成千上萬(wàn)的晶體結(jié)構(gòu)，肯定了晶體的周期性質(zhì)?，F(xiàn)在用高分辯電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等已能直接顯示原子的周期排列圖像?？臻g點(diǎn)陣體現(xiàn)了晶體的平移對(duì)稱性，即：點(diǎn)陣經(jīng)平移后，可以獲得完全的重復(fù)。晶胞是構(gòu)成空間點(diǎn)陣的較小體積單元，通常為一個(gè)小的平行六面體。晶胞全面反映了點(diǎn)陣（晶體結(jié)構(gòu)）的平移對(duì)稱性或周期性。如果知道了晶胞的大小和形狀，并且知道了晶胞內(nèi)各陣點(diǎn)的坐標(biāo)，也就確定了晶體結(jié)構(gòu)。在研究晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，并不需要了解品胞（或晶體）內(nèi)各陣點(diǎn)的坐標(biāo)，只需要了解陣點(diǎn)之間的相對(duì)位置，即陣點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，晶面指數(shù)和晶向指數(shù)就反映了點(diǎn)陣中陣點(diǎn)之間的幾何關(guān)系。本節(jié)課要求1掌握品面指數(shù)、晶向指數(shù)的概念及其確定，掌握晶面與品向平行或垂宜，理解晶面族，晶向族。2看完第二節(jié)，并完成習(xí)題4?6。習(xí)題4在簡(jiǎn)單立方品系中，（1）作圖表示下述的晶面和晶向：（2）判斷其中哪些晶面與晶向是垂直的，哪些是平行的，并指出垂直或平行的條件。（ill）,（011）,（201）,[111],[110],[112]5請(qǐng)寫(xiě)出簡(jiǎn)單立方晶系中｛111｝的等價(jià)晶面，＜110＞的等價(jià)晶向。并在圖中畫(huà)出。…左in交伯”5中（10l2）HHH[112o]￡i,[T10116試在八方晶系的晶胞_L回出' ，晶面、L」和L」晶向。第一章第三節(jié)內(nèi)容及習(xí)題引言在研究晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，并不需要了解晶胞（或晶體）內(nèi)各陣點(diǎn)的坐標(biāo)，只需要了解陣點(diǎn)之間的相對(duì)位置，即陣點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，晶面指數(shù)和晶向指數(shù)就反映了點(diǎn)陣中陣點(diǎn)之間的幾何關(guān)系。晶面指數(shù)表示的是一組平行的晶面，每個(gè)晶面的原子（陣點(diǎn)）排列情況都是相同的，晶面與晶面之間的距離都為d,稱為晶面間距。晶向指數(shù)表示的是一組平行的方向。在對(duì)六方晶系的晶面、晶向指數(shù)進(jìn)行操作時(shí)，要注意：若已知指數(shù)要求作圖，則先要將四指數(shù)換算成三指數(shù)，再以三指數(shù)進(jìn)行作圖：若由圖求指數(shù)，則先要在圖中讀出三指數(shù)，然后再換算成四指數(shù)。絕大多數(shù)金屬具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，用A1（面心立方）、A2（體心立方）和A3（密排六方）結(jié)構(gòu)。若將原子或點(diǎn)陣看成是硬的小球，則可以用硬球的堆積來(lái)反映相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。本節(jié)課要求1掌握面心立方、體心立方、密排六方晶胞結(jié)構(gòu)，掌握原子數(shù)、配位數(shù)、緊密系數(shù)、間隙的概念，理解和定性分析間隙種類，間隙大?。ǘㄐ裕?，間隙位置2學(xué)習(xí)第三節(jié)，并完成習(xí)題7?8。習(xí)題4在簡(jiǎn)單立方晶系中，（1）作圖表布卜述的晶面和晶向；（2）判斷其中哪些晶面與晶向是垂直的，哪些是平行的，并指出垂直或平行的條件。（111）,（011）,（201）,［111］,［110］,［112］5請(qǐng)寫(xiě)出簡(jiǎn)單立方晶系中｛111｝的等價(jià)晶面，＜110＞的等價(jià)晶向。并在圖中畫(huà)出。6試在六方晶系的晶胞上畫(huà)出晶面、［112。］和『101］晶向。7、分別對(duì)面心立方A1和體心立方A2的（100）,（110）、（111）面，請(qǐng)問(wèn)：（1）計(jì)算上述晶面的緊密系數(shù)，指出最緊密排列的晶面（注：面的緊密系數(shù)=晶面中實(shí)占的原子面積/晶面面積）。（2）畫(huà)出上述晶面的原子排列方式。8、分別對(duì)面心立方A1和體心立方A2的"00］、［110］、［111］晶向，請(qǐng)計(jì)算上述晶向中相鄰兩個(gè)陣點(diǎn)之間的距離（若點(diǎn)陣常數(shù)為a）,指出最緊密排列的晶向。（返回目錄）第一章第四節(jié)內(nèi)容及習(xí)題引言絕大多數(shù)金屬具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，用A1（面心立方）、A2（體心立方）和A3（密排六方）表示。若將原子或點(diǎn)陣看成是硬的小球，則可以用硬球的堆積來(lái)反映晶體的結(jié)構(gòu)。如：面心立方，就可以看成是由（100）晶面順序堆積而成的，也可以看成是由（110）晶面或（111）晶面順序堆積而成的。同樣，其它的結(jié)構(gòu)也都可以看出是由某一晶面順序堆積而成的。由此,可以了解和分析晶體的結(jié)構(gòu)本節(jié)課要求1掌握面心立方和密排六方的堆垛方式，及其它們之間的差異；理解堆垛層錯(cuò)的概念。2學(xué)習(xí)第四節(jié)，并完成習(xí)題9、10、11。習(xí)題9、鐵有兩種結(jié)構(gòu)，分別為體心立方A2（稱為a-Fe或鐵素體）和面心立方A1（稱為丫一Fe或奧氏體），鐵的原子半徑分別為0.127nm,問(wèn)：（1）哪種結(jié)構(gòu)更致密。（2）兩種結(jié)構(gòu)中，四面體間隙和八面體間隙中可以容納的原子的最大半徑是多少？（3）碳原子的半徑為0.077nm,當(dāng)碳原子進(jìn)入上述結(jié)構(gòu)的間隙時(shí)，鐵的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生怎樣的變化？10由表1-3可見(jiàn)，A1（面心立方）和A3（密排六方）結(jié)構(gòu)具有相同的緊密系數(shù)，為0.7404。數(shù)學(xué)家曾經(jīng)證明，若將相同宜徑的硬球，在空間進(jìn)行堆積，其最大的緊密系數(shù)就是0.7404。所以，Al和A3結(jié)構(gòu)都是最緊密堆積的結(jié)構(gòu)。問(wèn)題（1）請(qǐng)指出A1和A3堆積結(jié)構(gòu)的差異。（提示：請(qǐng)先分析A1以（111）晶面進(jìn)行的堆積，A3以（0001）晶面進(jìn)行的堆積，再討論兩者之間的差異。）問(wèn)題（2）請(qǐng)指出，A1結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)怎樣的變化，可以變成A3結(jié)構(gòu)。11銅為面心立方結(jié)構(gòu)，X射線衍射測(cè)定a=0.3615nm,（1）按剛球密堆模型計(jì)算最近鄰原子中心距離是多少？以任一原子為中心，這樣距離的原子數(shù)目是多少？（2）原子密排面和密排方向是什么？（3）原子密排面｛hkl｝和密排方向<uvw>組成的｛hkl｝<uvw>（注意：[uvw]須位于（hkl）面上）共有多少組？（返回目錄）第一章要求掌握的內(nèi)容第一節(jié)晶體與非晶體，晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣，晶胞與原胞，晶系，布拉菲點(diǎn)陣，點(diǎn)陣常數(shù)。第二節(jié)晶面指數(shù)、晶向指數(shù)的確定，晶面族，晶向族，晶帶軸，晶面與晶向平行或垂直。第三節(jié)面心立方、體心立方、密排六方晶胞結(jié)構(gòu)，原子數(shù)，配位數(shù)，緊密系數(shù)，間隙種類,間隙大?。ǘㄐ裕?，間隙位置，第四節(jié)面心立方和密排六方的堆垛方式，堆垛層錯(cuò)（返回目錄）第二章主要內(nèi)容第二節(jié)波爾理論和波動(dòng)力學(xué)理論對(duì)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)軌道的描述。波粒兩相性的基本方程。第三節(jié)五種結(jié)合鍵的特點(diǎn)第四節(jié)結(jié)合鍵與晶體結(jié)構(gòu)第五節(jié)合金，合金系，合金相結(jié)構(gòu)分類第六節(jié)影響相結(jié)構(gòu)因素，第七節(jié)固溶體，置換固溶體，間隙固溶體，有限固溶體，無(wú)限固溶體，有序固溶體，無(wú)序固溶體，端部固溶體，中間固溶體第八節(jié)離子化合物的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)第九節(jié)硅酸鹽結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)（返I可目錄）第二章第一次內(nèi)容及習(xí)題提示我們可以從不同的學(xué)科側(cè)面來(lái)觀察材料的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。在第一章中，從晶體學(xué)的側(cè)面分析了材料的結(jié)構(gòu)，也就是分析了原子的排列（或堆垛）方式、及其規(guī)律性。在分析的過(guò)程中，不涉及到單個(gè)原子的種類和性質(zhì)。實(shí)際上，原子的排列（或堆垛）是依賴于原子之間的鍵合而實(shí)現(xiàn)的，而不同的鍵合方式是由原子的核外電子分布及其性質(zhì)所決定的。這是從化學(xué)的側(cè)面來(lái)分析材料的結(jié)構(gòu)，也是第二章的內(nèi)容。本節(jié)課的要求1掌握波爾理論和波動(dòng)力學(xué)理論對(duì)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)軌道的描述。掌握波粒兩相性的基本方程。掌握離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵的概念，理解結(jié)合鍵與電子分布的關(guān)系，理解形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵時(shí)鍵合作用力的來(lái)源2學(xué)習(xí)完第二章的第一、二、三節(jié)，完成習(xí)題1?3。習(xí)題1簡(jiǎn)述波爾理論和波動(dòng)力學(xué)理論分別是如何描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)軌道。2粒子具有波粒二象性，請(qǐng)計(jì)算下列粒子的波長(zhǎng)。A,質(zhì)量為20g,速度為1000m/s的子彈；B,質(zhì)量為lO'g,速度為ooiws的塵埃；C,質(zhì)量為9.1XlO^kg,速度為106mzs的電子。3何謂結(jié)合鍵；簡(jiǎn)述離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子健和氫鍵與電子分布的關(guān)系：指出形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵時(shí)鍵合作用力的來(lái)源。（返回FI錄）第二章第二次內(nèi)容及習(xí)題提示原子的排列（或堆垛）是依賴于原子之間的鍵合而實(shí)現(xiàn)的，不同的鍵合方式是由原子的核外電子分布及其性質(zhì)所決定的。一個(gè)自由、孤立的原子，其電子的實(shí)際分布區(qū)域是從靠近原子核起一宜分布到無(wú)限遠(yuǎn)。由于電子的能級(jí)是確定的，根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)，其位置是在空間中散布的。通常以電子出現(xiàn)大幾率的區(qū)域范圍作為原子的半徑。電子的具體分布遵循如下原則：泡利不相容原理、能量最低原理、洪德定則。對(duì)于多電子的原子，它的化學(xué)鍵中真正起作用的是外殼層電子。但是，過(guò)渡、稀土與銅系元素的內(nèi)殼電子也可能起作用。本節(jié)課的要求1掌握結(jié)合鍵與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，掌握合金、合金系、合金相結(jié)構(gòu)的概念，掌握固溶體、化合物的概念和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2學(xué)習(xí)完第二章的第三、四、五節(jié)，完成習(xí)題4?6。習(xí)題4舉例說(shuō)明元素的結(jié)構(gòu)特性是依賴于結(jié)合鍵的，并由此而影響了其性質(zhì)。（如：石墨的層片狀結(jié)構(gòu)是由于碳以共價(jià)鍵結(jié)合形成層，層與層以分子鍵結(jié)合，其性質(zhì)表現(xiàn)為層與層之間易滑移。）指出下述元素的結(jié)合鍵類型和結(jié)構(gòu)類型：鋁、硅、珅、碘、a-Fe、鎂。5何謂合金，簡(jiǎn)述合金與純金屬的區(qū)別。何謂相、單相合金、多相合金。6合金相可以分成哪兩類。何謂固溶體，何謂化合物。從晶體結(jié)構(gòu)上講，純金屬、固溶體、化合物之間有何區(qū)別。（返回目錄）第二章第三次內(nèi)容及習(xí)題提示金屬?gòu)慕Y(jié)構(gòu)的角度可以分為純金屬、固溶體和化合物。其中，純金屬由一個(gè)組元組成，固溶體和化合物由二個(gè)或二個(gè)以上的組元組成。固溶體的結(jié)構(gòu)與一個(gè)組元（溶劑）的結(jié)構(gòu)相同，化合物的結(jié)構(gòu)與組元的結(jié)構(gòu)都不相同。若固溶體的溶劑為化合物，則這類固溶體稱為第二類固溶體，也稱為中間固溶體，它的本質(zhì)是化合物。本節(jié)課的要求1掌握影響相結(jié)構(gòu)因素，掌握原子半徑、負(fù)電性、價(jià)電子濃度的概念，掌握置換固溶體、間隙固溶體、有限固溶體、無(wú)限固溶體、有序固溶體、無(wú)序固溶體、端部固溶體、中間固溶體的概念，理解不同固溶體的結(jié)構(gòu)差異。2學(xué)習(xí)完第二章的第六、七節(jié)，完成習(xí)題7?10,課后完成習(xí)題11。習(xí)題7請(qǐng)問(wèn)影響合金相結(jié)構(gòu)的因素主要有哪幾個(gè)。8何謂原子半徑、負(fù)電性和價(jià)電子濃度。9固溶體可以分成哪兒類，說(shuō)明各類固溶體之間在結(jié)構(gòu)上的差異。10（1）鋼是由鐵和碳元素組成的，請(qǐng)問(wèn)鋼是純金屬還是合金。（2）鐵在室溫是體心立方，碳（石墨）是六方結(jié)構(gòu)，鋼在室溫由鐵素體和滲碳體組成，其中鐵素體是體心立方，鐵原子位于陣點(diǎn)，碳原子位于間隙；滲碳體（FesC）是正交結(jié)構(gòu)，請(qǐng)問(wèn)鐵素體與滲碳體是固溶體還是化合物，若是固溶體則是哪種固溶體。（3）鋼在室溫是單相還是多相。11（課后）說(shuō)明原子半徑、負(fù)電性和價(jià)電子濃度分別是如何影響合金相結(jié)構(gòu)的。（返回目錄）第二章第四次內(nèi)容及習(xí)題提示陶瓷材料是以各種粘土為主要原料，成形后經(jīng)高溫?zé)贫傻闹破?。它是人類制得的第一類?jīng)化學(xué)變化而成的產(chǎn)品，它的出現(xiàn)比金屬材料早得多。陶瓷材料的特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性高，因此具有耐高溫、耐磨損、耐氧化和腐蝕，以及質(zhì)量輕、彈性模量大、強(qiáng)度高等優(yōu)良性能。組成陶瓷材料的基本相為：晶相、玻璃相（非晶相）和氣相（氣孔）。其中，晶相是最主要的組成相。陶瓷材料是以離子鍵、共價(jià)鍵以及離子鍵和共價(jià)鍵的混合鍵結(jié)合在一起的。離子化合物和硅酸鹽是兩種重要的陶瓷材料。本節(jié)課的要求1理解離子化合物的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)，理解硅酸鹽結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)2學(xué)習(xí)完第二章的第八、九節(jié)，完成習(xí)題12、13。習(xí)題12何謂離子化合物，離子化合物有哪些結(jié)構(gòu)類型，其具體的結(jié)構(gòu)是怎樣的。13簡(jiǎn)述硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)。（返回目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（一）提不：晶格的周期性，也稱為平移對(duì)稱性。所謂平移對(duì)稱性，就是晶格中的點(diǎn)陣經(jīng)過(guò)平移后，可以獲得完全的重復(fù)。本節(jié)課的要求1理解理想晶體與缺陷的概念，掌握缺陷的種類。掌握點(diǎn)缺陷的概念及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，理解空位形成的本質(zhì)，理解點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響。2學(xué)習(xí)第三章的第一、二節(jié)，完成習(xí)題1?3。習(xí)題1何謂理想晶體，何謂晶體缺陷2缺陷可以分為幾類？對(duì)每一類缺陷說(shuō)出一種具體的缺陷名稱。3點(diǎn)缺陷的存在，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)將造成怎樣的影響？對(duì)晶體的性能將造成怎樣的影響？形成點(diǎn)缺陷的驅(qū)動(dòng)力是什么？（返回目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（二）提示：點(diǎn)缺陷是一種熱力學(xué)平衡缺陷，也就是說(shuō)，在一定的溫度下，點(diǎn)缺陷的數(shù)目是一定的?？梢远ㄐ缘剡M(jìn)行分析：從熱力學(xué)上來(lái)說(shuō)，在一定的溫度下，隨點(diǎn)缺陷數(shù)目增加，晶體結(jié)構(gòu)的畸變?cè)黾?，?dǎo)致系統(tǒng)自由能增加。另一方面，隨點(diǎn)缺陷數(shù)目增加，系統(tǒng)的炳值增加I,導(dǎo)致系統(tǒng)的自由能下降。當(dāng)增加的自由能與下降的自由能相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡。顯然，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)缺陷數(shù)目是一定的。所以，從平衡的角度來(lái)說(shuō)，在一定的溫度下，點(diǎn)缺陷的數(shù)目是一定的。點(diǎn)缺陷的存在，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)造成影響，從而對(duì)晶體的性能也會(huì)造成影響。這又是一個(gè)結(jié)構(gòu)與性能之間存在關(guān)系的例子。位錯(cuò)是晶體中最為常見(jiàn)的缺陷之一，它對(duì)晶體材料的各種性質(zhì)都有程度不同的影響，很早就被人們關(guān)注和研究，有了比較成熟的理論和大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，是本章的重點(diǎn)。本節(jié)課的要求1掌握空位的分類，掌握點(diǎn)缺陷的平衡濃度概念及其計(jì)算。掌握位錯(cuò)的分類及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握柏矢量的物理意義及其求法。2學(xué)習(xí)第三章的第三節(jié)，完成習(xí)題4?7。習(xí)題4何謂肖脫基空位、弗侖克爾空位、點(diǎn)缺陷的平衡濃度5已知鐵的空位形成能為104.6kJ/mol。試問(wèn)，（1）從20C加熱到850C,空位的數(shù)目將增加多少倍？（2）若將加熱后的鐵快速淬冷到20C,這些“額外”的空位會(huì)消失嗎？6簡(jiǎn)述：位錯(cuò)概念是在怎樣的情況下被提出的，位錯(cuò)概念的提出首先解決了什么問(wèn)題。7位錯(cuò)有哪兩種類型，簡(jiǎn)述它們的兒何特點(diǎn)。8（1）請(qǐng)說(shuō)明柏氏矢量的物理意義。（2）先在一個(gè)簡(jiǎn)單立方（點(diǎn)陣常數(shù)為a）的二維晶格中畫(huà)出一個(gè)正刃型位錯(cuò)，再用柏氏回路求出正刃型位錯(cuò)的柏氏矢量，并具體寫(xiě)出柏氏矢量的方向和大小。（返回目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（三）提示：人們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)塑性變形的晶體的表面存在大量的臺(tái)階，提出塑性變形是通過(guò)晶體的滑移

來(lái)實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算了晶體發(fā)生整體滑移所需的臨界分切應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)其值與實(shí)測(cè)值相差很大，由此提出設(shè)想：晶體可能是借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)逐步滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)塑性變形的。經(jīng)計(jì)算，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的臨界分切應(yīng)力與實(shí)測(cè)值很接近，從而間接地證明了晶體中可能有位錯(cuò)的存在，直至幾十年后，人們通過(guò)電子顯微鏡，才真正證明了位錯(cuò)的存在。位錯(cuò)的提出，一方面解決了理論強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)值的差異，同時(shí)也對(duì)塑性變形過(guò)程提出了見(jiàn)解：當(dāng)一個(gè)位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下滑移出晶體時(shí)，就在晶體的表面出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階的寬度就是一個(gè)柏矢量。當(dāng)有許多位錯(cuò)滑移出晶體時(shí)，晶體就發(fā)生了宏觀的塑性變形。正、負(fù)刃型位錯(cuò)的區(qū)別是多余半原子面的位置，左、右螺型位錯(cuò)的區(qū)別是螺旋方向的不同。位錯(cuò)的本質(zhì)是原子的畸變區(qū)，這一區(qū)域的橫截面僅有幾個(gè)原子的尺寸，區(qū)域的長(zhǎng)度是非常多的原子尺寸，所以為線缺陷。由于位錯(cuò)是原子的畸變區(qū)，所以，位錯(cuò)的存在，導(dǎo)致了體系能量的升高。本節(jié)課的要求1進(jìn)一步理解位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)一步理解柏矢量的求法，掌握位錯(cuò)的應(yīng)變能、線張力的概念及其表示方法，了解用位錯(cuò)的應(yīng)變能進(jìn)行位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)分析的方法。2先完成上次的習(xí)題，再學(xué)習(xí)第三章的第三、四、五節(jié)，其中的第四節(jié)從第15頁(yè)開(kāi)始學(xué)習(xí)，15頁(yè)前的內(nèi)容，有興趣的同學(xué)自己看。完成習(xí)題9?14。習(xí)題9判斷圖（1）中螺旋的方向（是右螺旋還是左螺旋）。10判斷圖中為何位錯(cuò)，求圖（2）中位錯(cuò)的柏矢量（為簡(jiǎn)單立方晶胞，點(diǎn)陣常數(shù)為a）。11求圖（3）中位錯(cuò)的柏矢量（為簡(jiǎn)單立方晶胞，點(diǎn)陣常數(shù)為a）.12何謂位錯(cuò)的應(yīng)變能。位錯(cuò)是熱力學(xué)平衡缺陷還是不平衡缺陷。13何謂位錯(cuò)的線張力，其估算值為多少。14當(dāng)兩個(gè)位錯(cuò)相遇時(shí)，定性地判斷：同號(hào)位錯(cuò)將如何，異號(hào)位錯(cuò)將如何。（課后：請(qǐng)從應(yīng)變能的角度對(duì)此進(jìn)行判斷。）（返回目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（四）提示：正、負(fù)刃型位錯(cuò)的區(qū)別是多余半原子面的位置，左、右螺型位錯(cuò)的區(qū)別是螺旋方向的不同。位錯(cuò)的本質(zhì)是原子的畸變區(qū)，這一區(qū)域的橫截面僅有幾個(gè)原子的尺寸，區(qū)域的長(zhǎng)度是非常多的原子尺寸，所以為線缺陷。由于位錯(cuò)是原子的畸變區(qū)，所以，位錯(cuò)的存在，導(dǎo)致了體系能量的升高。本節(jié)課的要求1進(jìn)一步理解位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握位錯(cuò)的標(biāo)注方法，理解位錯(cuò)周圍原子的應(yīng)力狀態(tài)及其與溶質(zhì)原子的交互作用。2再次學(xué)習(xí)第三章的第四、五節(jié)，完成習(xí)題15?18。習(xí)題15請(qǐng)簡(jiǎn)要的說(shuō)明：（1）位錯(cuò)是一種線缺陷，（2）缺陷的存在，?般是使體系的能量上升還是下降？使體系處于穩(wěn)定狀態(tài)還是非穩(wěn)定狀態(tài)？16請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明：（1）刃型位錯(cuò)周圍的原子處于怎樣的應(yīng)力狀態(tài)（為切應(yīng)力還是正應(yīng)力，為拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力）；（2）若有間隙原子存在，則間隙原子更容易存在于位錯(cuò)周圍的哪些位置（可以以圖示的方式說(shuō)明）。17請(qǐng)判斷如下為何種位錯(cuò)：18在簡(jiǎn)單立方晶體中，假定有一刃型位錯(cuò)A,其柏氏矢量為bl=a[0-10],沿著（100）晶面滑移；假如還有一個(gè)螺型位錯(cuò)B,柏氏矢量為b2=a[100],并在（001）晶面上滑動(dòng)，請(qǐng)?jiān)谌S晶格圖中畫(huà)出位錯(cuò)A和B。（返回目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（五）提示位錯(cuò)在力的作用下會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使晶體發(fā)生了塑性變形，而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的難易程度又反映了晶體的強(qiáng)度。本節(jié)課的要求1掌握位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形式，掌握滑移和攀移的概念，理解刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)形式上的差異，了解割階的概念，掌握位錯(cuò)之間的交互作用。2學(xué)習(xí)第三章的第五節(jié)，完成習(xí)題19?22。習(xí)題19位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)通常具有哪兩種形式，它們的區(qū)別何在。20簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)形式上的差異。21（1）請(qǐng)問(wèn)圖示分別是何種位錯(cuò)。（2）指出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向。（3）作圖表示位錯(cuò)在應(yīng)力的作用下運(yùn)動(dòng)出晶體后，晶體所發(fā)生的變化。22在簡(jiǎn)單立方晶體中，假定有一刃型位錯(cuò)A,其柏氏矢量為bl=a[0-10],沿著（100）晶面滑移,（a）請(qǐng)?jiān)谌S晶格圖中畫(huà)出位錯(cuò)A0（b）如果有另一個(gè)刃型位錯(cuò)B,柏氏矢量為b2=a[010]方向，沿著（001）晶面上運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)畫(huà)出位錯(cuò)B。（c）如果位錯(cuò)B運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)位錯(cuò)A,請(qǐng)問(wèn)位錯(cuò)A將發(fā)生什么情況？請(qǐng)作圖表示。（d）如果有一個(gè)柏氏矢量為b3=a[100],并在（001）晶面上滑動(dòng)的螺型位錯(cuò)C通過(guò)位錯(cuò)A,首先請(qǐng)畫(huà)出位錯(cuò)C。若位錯(cuò)C運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)位錯(cuò)A,試問(wèn)位錯(cuò)A將發(fā)生什么情況？請(qǐng)作圖表示。（返I可目錄）第三章內(nèi)容和習(xí)題（六）

提示在前面的學(xué)習(xí)中，我們通過(guò)簡(jiǎn)單立方晶體結(jié)構(gòu)為代表，得到了位錯(cuò)知識(shí)和?般討論。實(shí)際金屬材料具有面心立方、體心立方和密排六方等結(jié)構(gòu)。在不同的晶體結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)的組態(tài)和性質(zhì)是不同的，它們對(duì)晶體性能也有不同的影響。界面是一種面缺陷，如晶體的外表面，在外表面上的原子與內(nèi)部的原子相比，外表面的原子處于不平衡位置，所以，晶體的外表面是一種缺陷。類似的缺陷還有好幾種。本節(jié)課的要求1掌握位錯(cuò)反應(yīng)的判斷，理解全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)、擴(kuò)展位錯(cuò)的概念，了解弗蘭克不全位錯(cuò)和肖克萊不全位錯(cuò)的形成。掌握面缺陷的種類，掌握晶界，亞晶界，相界，共格界，李晶界的概念。2學(xué)習(xí)第三章的第六和七節(jié)，完成習(xí)題23?25。習(xí)題23位錯(cuò)反應(yīng)的基本條件是什么？指出面心立方（fee）和體心立方（bee）中的特征位錯(cuò)（以最短點(diǎn)陣矢量為柏矢量的位錯(cuò)），并判斷第六節(jié)中第5頁(yè)和第14頁(yè)的位錯(cuò)反應(yīng)是否可以進(jìn)行,為什么。24何謂全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)？說(shuō)明弗蘭克不全位錯(cuò)是如何形成的。25指出面缺陷的種類。若將一個(gè)包含有許多晶粒的晶體加熱，請(qǐng)問(wèn)，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)或加熱溫度的提高，這些晶粒將長(zhǎng)大還是縮小還是不變？為什么？（返回R錄）第三章主要內(nèi)容第一節(jié)理想晶體與晶體缺陷，缺陷種類第二節(jié)點(diǎn)缺陷種類，空位形成本質(zhì)，點(diǎn)缺陷平衡濃度，空位種類，點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響第三節(jié)位錯(cuò)與滑移，螺位錯(cuò)，刃位錯(cuò)，混合位錯(cuò)，柏矢量第四節(jié)螺位錯(cuò)和刃位錯(cuò)的特征，應(yīng)變能，線張力，位錯(cuò)線受力第五節(jié)滑移，攀移，割界，應(yīng)力集中第六節(jié)位錯(cuò)反應(yīng)，全位錯(cuò)，不全位錯(cuò)，擴(kuò)展位錯(cuò)第七節(jié)晶界，亞晶界，相界，共格界，李晶界（返回目錄）注意1:作柏氏矢量時(shí)，先要確定一個(gè)坐標(biāo)，然后在有缺陷的晶體中畫(huà)個(gè)柏氏回路，再在理想晶體中依樣畫(huà)個(gè)回路，從終點(diǎn)至起點(diǎn)連線即為柏氏矢量，用數(shù)學(xué)式來(lái)表示這個(gè)矢量。注意2：在畫(huà)位錯(cuò)時(shí)，通常將位錯(cuò)線與柏矢量畫(huà)在同一個(gè)平面上，這個(gè)平面一般是滑移面。如下題：18在簡(jiǎn)單立方晶體中，假如有一個(gè)螺型位錯(cuò)B,柏氏矢量為b=a[100],并在（001）晶面上滑動(dòng)，請(qǐng)?jiān)谌S晶格圖中畫(huà)出位錯(cuò)B。下圖中的兩種畫(huà)法都是可以的，其中，L為位錯(cuò)線，b為柏矢量。注意3：位錯(cuò)線正方向的判斷：一般規(guī)定，位錯(cuò)線從里到外、從上到下為其正方向注意4：21（1）請(qǐng)問(wèn)圖示分別是何種位錯(cuò)。（2）指出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向。（3）作圖表示位錯(cuò)在應(yīng)力的作用下運(yùn)動(dòng)出晶體后，晶體所發(fā)生的變化。為正刃型位錯(cuò)和右螺型位錯(cuò)，圖中紅線為位錯(cuò)線，位錯(cuò)都將向左運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體后晶體的變化如下圖（返卜”目錄）第四章主要內(nèi)容第一節(jié)擴(kuò)散條件第二節(jié)擴(kuò)散定律的描述，第二定律在滲碳中的應(yīng)用，第三節(jié)換位機(jī)制，空位機(jī)制，間隙機(jī)制，O=Z）oexp（-0/RQ中參數(shù)的物理意義，第四節(jié)柯肯達(dá)爾效應(yīng)描述及其意義第五節(jié)針對(duì)OnOoexpGQ/RT）說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素（返回目錄）第四章內(nèi)容和習(xí)題（一）提示在液體和氣體中很容易感覺(jué)到擴(kuò)散現(xiàn)象，如一滴藍(lán)墨水滴入一杯清水中，逐漸地整杯水都變成藍(lán)色了，這是由于藍(lán)墨水?dāng)U散的結(jié)果。對(duì)于固體，擴(kuò)散較難被感覺(jué)到。但是，擴(kuò)散對(duì)于固體是非常重要的。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以借助于已經(jīng)熟悉的液體和氣體中的擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)理解固體中的擴(kuò)散。擴(kuò)散過(guò)程伴隨有濃度的變化，若濃度不隨擴(kuò)散時(shí)間而變，則為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，此時(shí)適用第一定律。用擴(kuò)散第一定律可以分析相應(yīng)的擴(kuò)散過(guò)程。若濃度隨擴(kuò)散時(shí)間而變，則為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散,此時(shí)適用第二定律，第二定律的不同解分別對(duì)應(yīng)了不同的適用場(chǎng)合。本節(jié)課要求1理解固體中的擴(kuò)散現(xiàn)象及其與原子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，掌握擴(kuò)散的條件。理解穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的概念，掌握擴(kuò)散第一適用的場(chǎng)合及其對(duì)相應(yīng)的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行分析的方法。2學(xué)習(xí)1、2節(jié)，完成習(xí)題1?3。習(xí)題1描述在金屬固體中發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，原子是如何運(yùn)動(dòng)的。指出擴(kuò)散的條件。2何謂穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，指出第一定律適用的場(chǎng)合。3有一球殼，內(nèi)半徑為rl,外半徑為r2。在T溫度保溫，有物質(zhì)從球殼內(nèi)向球殼外擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡后，球殼內(nèi)表面擴(kuò)散物質(zhì)的濃度為C1,外表面的濃度為C2,并測(cè)得在單位時(shí)間內(nèi)從球殼內(nèi)向球殼外擴(kuò)散的物質(zhì)總量為Q。設(shè)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)。求：A,擴(kuò)散系數(shù)。B,=（rl+r2）/2處的濃度。（提示：對(duì)第一定律進(jìn)行定積分）（返回R錄）第四章（二）內(nèi)容和習(xí)題提示擴(kuò)散過(guò)程通常伴隨有濃度的變化，若濃度不隨擴(kuò)散時(shí)間而變，則為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，此時(shí)適用第?定律。用擴(kuò)散第一定律可以分析相應(yīng)的擴(kuò)散過(guò)程。若濃度隨擴(kuò)散時(shí)間而變，則為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，此時(shí)適用第二定律，第二定律的不同解分別對(duì)應(yīng)了不同的適用場(chǎng)合。擴(kuò)散的本質(zhì)是原子的遷移運(yùn)動(dòng)，原子如何從一位置移動(dòng)到二位置，對(duì)于置換原子和間隙原子來(lái)說(shuō)是不同的，也就是它們的擴(kuò)散機(jī)制是不同的。本節(jié)課要求1了解擴(kuò)散第二定律的描述,掌握擴(kuò)散第二定律適用的場(chǎng)合及其對(duì)相應(yīng)的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行分析的方法。2掌握幾種重要的擴(kuò)散機(jī)制的描述及其適用的對(duì)象，3學(xué)習(xí)第2、3節(jié)，完成習(xí)題4?7。習(xí)題4簡(jiǎn)述第二定律中的不同解分別適用的場(chǎng)合。5對(duì)于第二節(jié)第15頁(yè)上的例子，問(wèn)：（1）擴(kuò)散7xl（）4s后，表面、距表面4和8um處的硼濃度分別是多少？6鋼可以在870℃滲碳也可以在930℃滲碳，若已知鋼在870℃滲碳時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為5.2X1012,鋼在930℃滲碳時(shí)的滲碳系數(shù)為0.98X10"，問(wèn)：在870℃滲碳要用多長(zhǎng)時(shí)間才能獲得930℃滲碳10小時(shí)的滲層深度？（滲層深度：在濃度一距離曲線中，某一濃度所對(duì)應(yīng)的離表面的距離。）（提示：使用擴(kuò)散第二定律中的誤差函數(shù)解4-18式，因?yàn)闈B層深度相同，所以C、Cl、C2、x都相等。）7簡(jiǎn)述置換原子和間隙原子的擴(kuò)散機(jī)制。（返回目錄）第四章（三）內(nèi)容和習(xí)題提示擴(kuò)散第二定律的誤差函數(shù)解適用于滲碳過(guò)程，滲碳過(guò)程是指：將含碳量小于0.2%的鐵碳合金，放入含碳量為1%左右的富碳?xì)夥罩校ㄒ部梢苑湃敫惶嫉囊后w或固體中），加熱到900°C左右，保溫幾個(gè)或十幾個(gè)小時(shí)后，使合金的表面獲得幾個(gè)或幾十個(gè)微米厚的含碳量為1%左右的富碳層，而心部的含碳量仍然是0.2%。汽車變速箱中的齒輪通常都經(jīng)過(guò)滲碳處理。利用擴(kuò)散第二定律可以有效地控制滲碳過(guò)程。柯肯達(dá)爾效應(yīng)的提出，對(duì)于認(rèn)識(shí)固體中原子的擴(kuò)散機(jī)制是有重要意義的。溫度、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分對(duì)擴(kuò)散有重要的影響。公式：D=5exp（-Q/RQ反映了溫度（T）、晶體結(jié)構(gòu)和成分（Do和Q）對(duì)擴(kuò)散的影響。本節(jié)課的要求I掌握擴(kuò)散系數(shù)的概念及其表達(dá)式的物理意義。2掌握柯肯達(dá)爾效應(yīng)的描述，理解柯肯達(dá)爾效應(yīng)的意義。3掌握溫度和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)擴(kuò)散的影響。4學(xué)習(xí)3、4、5節(jié)，完成習(xí)題8?10。習(xí)題8鋼可以在870℃滲碳也可以在930℃滲碳，計(jì)算鋼在870℃和930℃滲碳時(shí)，碳在鋼（奧氏體）中的擴(kuò)散系數(shù)。已知Do=2.0Xl（y5m2s”,Q=144X103J/mol.9何謂柯肯達(dá)爾效應(yīng)，簡(jiǎn)述柯肯達(dá)爾效應(yīng)的意義。10簡(jiǎn)述影響擴(kuò)散的因素（從溫度、晶體結(jié)構(gòu)兩方面來(lái)簡(jiǎn)述），并對(duì)書(shū)中P139的圖4.15進(jìn)行描述和分析。（返回目錄）第五章要求掌握的內(nèi)容第一節(jié)，相圖，相律，自由度，杠桿定律，相平衡第二節(jié)，勻晶轉(zhuǎn)變，勻晶相圖，平衡結(jié)晶過(guò)程分析，選分（選擇）結(jié)晶，冷卻曲線分析，不平衡結(jié)晶，偏析第三節(jié)，共晶轉(zhuǎn)變，共晶相圖，亞（過(guò)）共晶合金，共晶合金，平衡結(jié)晶過(guò)程分析，冷卻曲線分析，二次析出，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，不平衡結(jié)晶（偽共晶、不平衡共晶、離異共晶），共晶形貌，初晶形貌第四節(jié)，包晶轉(zhuǎn)變，包晶相圖，平衡結(jié)晶過(guò)程分析，冷卻曲線分析，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用第五節(jié)，穩(wěn)定化合物，不穩(wěn)定化合物，固態(tài)轉(zhuǎn)變（同素異晶、共析、包析）第六節(jié)，單相固溶體自由能表達(dá)式，固溶體的自由能一成分曲線，混合相自由能表達(dá)式，相平衡條件表達(dá)式，相平衡的公切線法則，由自由能曲線獲得二元相圖第七節(jié)，相區(qū)接觸法則第八節(jié)，力學(xué)性能，鑄造性能第九節(jié)，F(xiàn)e-C 合金的相結(jié)構(gòu)（鐵素體，奧氏體，滲碳體）及其成分，組織（鐵素體，珠光體，萊氏體，一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體）及其形貌和成分，平衡結(jié)晶過(guò)程分析，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，成分與性能關(guān)系第十節(jié)，成分三角形及其成分的標(biāo)注，成分三角形中的特殊線，直線法則，杠桿定律，重心法則，勻晶相圖平衡結(jié)晶過(guò)程分析（連接線方向、連接線走向），簡(jiǎn)單共晶相圖平衡結(jié)晶過(guò)程分析，平衡組織相對(duì)量計(jì)算，四相平衡轉(zhuǎn)變及其相圖形式，實(shí)際相圖分析第五章總體掌握：對(duì)二元相圖：簡(jiǎn)單二元相圖和Fe-Fe3c相圖平衡結(jié)晶過(guò)程分析，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，平衡組織的形貌描述，F(xiàn)e-Fe3c相圖室溫平衡組織與性能的關(guān)系。對(duì)三元相圖：由等溫截面、垂直截面、投影圖分析勻晶和簡(jiǎn)單共晶平衡結(jié)晶過(guò)程，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，實(shí)際三元相圖分析。（返回目錄）第五章（一）內(nèi)容及習(xí)題引言本節(jié)課提示：現(xiàn)在開(kāi)始學(xué)習(xí)第五，第五章的篇幅較大，在課堂上注意有重點(diǎn)地看，按時(shí)完成每節(jié)課的作業(yè)，作業(yè)外的內(nèi)容可在課后看。相圖表示在一定條件下，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)中平衡相之間關(guān)系的圖形。又稱為平衡圖、組成圖或狀態(tài)圖。相圖中的每一點(diǎn)都反映一定條件下，某一成分的材料在平衡狀態(tài)下由什么樣的相組成，各相的成分與含量分別是多少。自J.W.Gibbs（吉布斯）于1876年創(chuàng)建相律后，很多科學(xué)工作者應(yīng)用相律或更加復(fù)雜的熱力學(xué)推導(dǎo)，詳細(xì)地研究了相圖的形態(tài)與構(gòu)筑規(guī)律。H.W.Bakhius.Roozeboom首先把相律應(yīng)用于合金系統(tǒng)，于1900年制成第一幅較完善的鐵一碳相圖。此后，系統(tǒng)的相圖實(shí)驗(yàn)研究于20世紀(jì)初逐步開(kāi)展。如：1903?1915年，德國(guó)Tammann學(xué)派發(fā)表了許多合金的平衡圖。20世紀(jì)30年代，由于X射線衍射技術(shù)在相結(jié)構(gòu)分析方面的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了相圖實(shí)測(cè)工作的開(kāi)展。40年代后，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段的出現(xiàn)與不斷完善，使相圖測(cè)定，無(wú)論從速度還是準(zhǔn)確性方面都有明顯的提高。至今人們已經(jīng)積累了大量珍貴的實(shí)測(cè)相圖數(shù)據(jù)，其中大部分被匯編成冊(cè)并得到廣泛應(yīng)用。在相圖計(jì)算方面，電子計(jì)算機(jī)與與相圖熱力學(xué)相結(jié)合，使相圖的數(shù)值計(jì)算取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。20世紀(jì)70年代以來(lái)，這一學(xué)派成功的計(jì)算與預(yù)測(cè)了許多合金、陶瓷、熔鹽以及聚合物相圖，建立了一系列相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為研究和探索這些材料的相變理論，為新材料設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。本節(jié)課要求1掌握相圖的組成，掌握相律的表示方法及其對(duì)平衡的指導(dǎo)意義。掌握勻晶合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析、平衡相成分分析和利用杠桿定律進(jìn)行平衡相相對(duì)量計(jì)算，了解勻晶合金的不平衡結(jié)晶過(guò)程。2學(xué)習(xí)第一、二節(jié)，并完成習(xí)題1?4。習(xí)題1簡(jiǎn)述相圖的組成、作用，具體描述一種制作相圖的方法。2簡(jiǎn)述相律中各項(xiàng)的含義，應(yīng)用相律說(shuō)明在常壓下，一元、二元和三元系統(tǒng)中最大的相數(shù)各是多少？3如圖是銅銀二元合金相圖的一部分，含銀20%的合金在溫度為T(mén)時(shí)處于平衡狀態(tài)，問(wèn)：（1）處于幾相平衡狀態(tài)？（2）由哪幾個(gè)平衡相組成？（3）此時(shí)的自由度數(shù)是幾？（4）分別寫(xiě)出每個(gè)平衡相的成分；（5）計(jì)算每個(gè)平衡相的相對(duì)量。4有1000g銅銀二元合金，成分為含Cu=80wt%（wt%為重量百分比），問(wèn)：（1）該合金在何溫度開(kāi)始熔化，何溫度開(kāi)始凝固。與純銅或純鍥相比，有何差異。（2）畫(huà)出該合金的平衡冷卻曲線（即步冷曲線）。（3）若將合金加熱至完全熔化后，再極緩慢地冷卻至1150℃等溫，此時(shí)合金處于何種狀態(tài)？（即為單一液相、固液兩相還是單一固相？）（4）若（3）的狀態(tài)為固液兩相，請(qǐng)指出此時(shí)固相和液相的平衡成分是多少？它們的重量又分別是多少?（5）若將上述合金繼續(xù)極緩慢地冷卻至室溫，請(qǐng)利用相圖定性分析固液兩相的成分和用量將分別如何變化。（6）若將合金再加熱至完全熔化后，較快地冷卻至115O'C等溫，此時(shí)合金將處于何種狀態(tài)？若仍然處于固液兩相，則與（4）相比，此時(shí)兩相的成分和重量將有何差異。（返回目錄）第五章（二）內(nèi)容及習(xí)題

引言前述內(nèi)容和作業(yè)反饋：1相圖反映了系統(tǒng)中的合金成分、溫度與其平衡狀態(tài)之間的關(guān)系。所以，相圖反映的是平衡。2合金的平衡狀態(tài)指的是合金以怎樣的結(jié)構(gòu)存在，也可以稱為合金的平衡相。如：（1）純鐵在室溫是以體心立方結(jié)構(gòu)存在，為單相狀態(tài)，稱為a相；在912℃以上以面心立方結(jié)構(gòu)存在,也是單相，稱為丫相；在912℃時(shí)為體心立方和面心立方共存，為（a+丫）兩相狀態(tài)。（2）含銅80%的銅銀合金在1200C以上為單相（液相），大約在1125c以下也為單相（固相），在1200℃?1125℃之間，為固液兩相。3合金的成分是指合金中每個(gè)組元的含量，如：其成分為含銅80%,含銀20%。4合金的平衡成分是指該合金在某一溫度下長(zhǎng)期放置所具有的成分，由于相圖反映了平衡，所以，合金相的平衡成分可以在相圖中找到。如：含銅80%的銅銀合金，總重量是1000克,在1150℃處于固液兩相平衡，其中，固相的平衡成分為含銅70%左右，液相的平衡成分為含銅85%左右。5平衡相的審量是指每個(gè)相的看量，如：含銅80%的銅銀合金，總事量是1000克，在1150℃處于固液兩相平衡，固相的重量設(shè)定為X,則液相的重量為（1000-x）,因?yàn)楣滔嗟钠胶獬煞譃楹~70%左右，液相的平衡成分為含銅85%左右，所以有：1000X80%=70%Xx+85%X（1000-x）,即可分別求得固液兩相的重量。平衡相的重量也符合杠桿定律。6在平衡結(jié)晶過(guò)程中，液相的成分沿著液相線變化，液相的量逐漸減少；固相的成分沿著固相線變化，固相的量逐漸增加。7平衡結(jié)晶只有在極慢的冷卻下才能獲得。與平衡結(jié)晶相比，在不平衡結(jié)晶過(guò)程中，在冷卻至相同的溫度時(shí)，固相中含有的高熔點(diǎn)組元的量將增加，而固相的量將下降。8如圖為銅銀二元合金相圖的一部分含20%銀的合金在1150C處于固相和液相混合狀態(tài),為兩相平衡狀態(tài)，固相的平衡成分為b點(diǎn)的成分，液相的成分為a點(diǎn)的成分。9相律f=c-p+2,2表小的溫度和壓力，若是常壓下，則為f=c-p+l。對(duì)于二兀合金,c=2,所以有f=3-p,當(dāng)f=0時(shí)，p有最大值為3。就是說(shuō)二元合金最多可以有三相平衡。f=0的意思是：要維持三相平衡，則平衡相的成分、平衡溫度都不能發(fā)生變化。如：錫鉛二元合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，處于三相平衡，此時(shí)f=0,所以，轉(zhuǎn)變過(guò)程中溫度一定，平衡相的成分也一定。也就是說(shuō)，只有含錫61.9%的液相才可以發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。本節(jié)課提示：1勻晶轉(zhuǎn)變是在液相中結(jié)晶出一個(gè)結(jié)構(gòu)的固相，若在結(jié)晶過(guò)程中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同結(jié)構(gòu)的固相，則這種轉(zhuǎn)變叫共晶轉(zhuǎn)變，請(qǐng)思考：在某一溫度下，若液相和結(jié)晶出的兩個(gè)固相共存，則此時(shí)的自由度為兒，說(shuō)明什么意思？2從液相中同時(shí)結(jié)晶出的兩個(gè)固相，通常具有特定的組態(tài)形貌，用光學(xué)顯微鏡可以觀察到它們的組態(tài)形貌，稱為共晶組織。組織與相是兩個(gè)不同的概念，組織反映在光學(xué)顯微鏡中可以觀察到的組態(tài)形貌，相是指結(jié)構(gòu)，即原子排列方式。3隨著溫度的下降，在液相中將結(jié)晶出固相。這種從液相中結(jié)晶出的固相一般稱為一次相。對(duì)于某些合金來(lái)說(shuō)，隨著溫度的下降，在其固相中還會(huì)析出另一種不同結(jié)構(gòu)的固相，新析出的固相稱為二次相。二次相的結(jié)構(gòu)與其一次相的結(jié)構(gòu)相同，但是，組織通常是不同的。請(qǐng)思考：二次相的形貌通常是怎樣的？本節(jié)課要求1掌握共晶轉(zhuǎn)變、共晶相圖、亞（過(guò)）共晶合金、共晶合金、先共晶相、二次析出相、共晶組織、偽共晶、不平衡共晶、離異共晶的概念，掌握具有共晶轉(zhuǎn)變的二元合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，平衡相和平衡組織的計(jì)算，了解不平衡冷卻過(guò)程的組織變化規(guī)律，了解共晶形貌和初晶形貌的形成規(guī)律。2學(xué)習(xí)第三節(jié)，并完成習(xí)題5?6。習(xí)題5在勻晶轉(zhuǎn)變中，結(jié)晶的固相，其成分與合金的成分是否一樣？與液相的成分是否一樣？若不一樣，請(qǐng)指出何種成分的含量提高了(以Ni-Cu合金為例)。6對(duì)于含Snl9%的Pb-Sn合金(圖5-18中的C點(diǎn)成分的合金)，請(qǐng)問(wèn)，(1)在平衡結(jié)晶過(guò)程中有否發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變？(2)請(qǐng)畫(huà)出平衡冷卻曲線，計(jì)算平衡冷卻至室溫時(shí)的平衡相和平衡組織的相對(duì)量：(3)若含Sn量小于19%,其冷卻曲線將有怎樣的變化？此時(shí)的平衡相和平衡組織分別是什么？平衡相和平衡組織的相對(duì)量將發(fā)生怎樣的變化？(4)若含Sn量大于19%,如為50%,其冷卻曲線將有怎樣的變化？此時(shí)的平衡相和平衡組織分別是什么？平衡相和平衡組織的相對(duì)量將發(fā)生怎樣的變化？(5)含Snl9%的Pb-Sn合金在不平衡結(jié)晶過(guò)程中，會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變嗎？為什么？(返回R錄第五章(三)內(nèi)容及習(xí)題引言實(shí)驗(yàn)安排：1下周三將安排做實(shí)驗(yàn)，全班同學(xué)分三批，第一批(學(xué)號(hào)：03120004?03120040)從中午12點(diǎn)開(kāi)始，第二批(03120041?03120076)從12點(diǎn)50開(kāi)始，第三批從1點(diǎn)40分開(kāi)始，請(qǐng)相應(yīng)的同學(xué)準(zhǔn)時(shí)到實(shí)驗(yàn)室，在金屬樓三樓。2實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)帶好預(yù)習(xí)報(bào)告、鉛筆、紙。3實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容為：(1)冷變形量對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響：請(qǐng)思考：冷變形量對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小是如何影響的？(2)二元合金的平衡組織觀測(cè)；請(qǐng)思考：平衡組織與平衡相的區(qū)別？實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為課件中的第一和第七個(gè)實(shí)驗(yàn)。在課件使用過(guò)程中，先學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)演示，然后完成虛擬實(shí)驗(yàn)。4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：(1)請(qǐng)使用正式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙；(2)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中請(qǐng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析討論等部分；(3)實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)果若與真實(shí)有差異，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和討論;(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能是比較離散的，可以畫(huà)出趨勢(shì)線進(jìn)行分析討論。(5)實(shí)驗(yàn)報(bào)告請(qǐng)于下周二交。前述反饋：凝固后在室溫獲得什么相直接可以從相圖中獲得，而室溫的組織需要經(jīng)過(guò)分析后才能知道。對(duì)于50%Sn的Pb-Sn合金，室溫平衡相為a+B。室溫平衡組織為a+B“+(a+B),其中，(a+B)為共晶組織，a+B”為先共晶組織。計(jì)算平衡相的相對(duì)量可以直接用杠桿定律：W(a)%=(1-0.5)/(1-0.02),W(B)%=(0.50-0.02)/(l-0.02)o室溫平衡組織為a+B?+(a+B),其中，(a+B)為共晶組織，a+Bn為先共晶組織。共晶組織由O點(diǎn)的液相轉(zhuǎn)變而來(lái)，所以，共晶組織的相對(duì)量就是O點(diǎn)液相的相對(duì)量：W(a+B)=W(Lo)=(0.5-0.19)/(0.619-0.19)o(a+BU)由先共晶a相轉(zhuǎn)變而來(lái)，所以，W(a+Bu)=W(a先共晶相)=(0.619-0.5)/(0.619-0.19)。則(a+Bn)中的a相對(duì)量為:W(a)=(1-0.19)/(1-0.02)XW(a先共晶相)4+B。中的B”相對(duì)量為:W(B?)=(0.19-0.02)7(1-0.02)XW(a先共晶相)。本節(jié)課提示：由一個(gè)液相和固相同時(shí)結(jié)晶出另個(gè)固相的轉(zhuǎn)變叫包晶轉(zhuǎn)變，與共晶轉(zhuǎn)變相類似，在包晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，處于三相平衡。思考：共品轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變?cè)谙鄨D形式上有何差異？本節(jié)課要求1進(jìn)一步掌握具有共晶轉(zhuǎn)變的二元合金的平衡結(jié)晶過(guò)程，掌握平衡相和平衡組織的計(jì)算。掌握包晶轉(zhuǎn)變、包晶相圖概念，掌握具有包晶轉(zhuǎn)變的二元合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，掌握平衡相和平衡組織的計(jì)算，了解包晶轉(zhuǎn)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。2學(xué)習(xí)第三、四節(jié)，并完成習(xí)題5?7。習(xí)題6當(dāng)存在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，該合金的冷卻曲線上會(huì)有一個(gè)平臺(tái)，請(qǐng)解釋出現(xiàn)平臺(tái)的原因？(提示:從自由度角度分析)7對(duì)于含Ag30%的Ag-Pt合金(合金的相圖在圖5-38),要求(1)請(qǐng)畫(huà)出平衡結(jié)晶的冷卻曲線(2)計(jì)算平衡冷卻至室溫時(shí)的平衡相和平衡組織的相對(duì)量(3)畫(huà)出室溫組織示意圖。（返回目錄）第五章（四）內(nèi)容及習(xí)題引言前述提示：在相圖中，基本的轉(zhuǎn)變類型有：勻晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變、二次相析出等，若將共晶轉(zhuǎn)變和包晶轉(zhuǎn)變中的液相換為固相，則相應(yīng)的轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變和包析轉(zhuǎn)變。請(qǐng)同學(xué)們熟記這些轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式和相圖的表示。本節(jié)課提示：今天學(xué)習(xí)第六節(jié)，''二元相圖熱力學(xué)初步”?？梢园凑杖缦滤悸穼W(xué)習(xí)。1相圖反映的是平衡狀態(tài)，按照熱力學(xué)第二定律，在等溫等壓條件下，系統(tǒng)處于平衡時(shí)有AG=O,對(duì)于二元合金，按照相率，可以有的狀態(tài)為：?jiǎn)蜗唷上嗥胶?、三相平衡?單相平衡：可以有的單相為a、6、液相，則哪個(gè)單相的G低，哪個(gè)單相就可以穩(wěn)定存在。3二相平衡：可以有的兩相平衡為（a+B）、（a+L）、（B+L）,此時(shí)有共切線法則，并應(yīng)用混合相G的求法，混合相G最小的可以穩(wěn)定存在。4三相平衡：a+B+L,此時(shí)符合共切線法則。5若上述各相的自由能G已知，則2?5的平衡就可以進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以，關(guān)鍵是求各單相的自由能。6單相固溶體G的求法：課件的1?11頁(yè)介紹了單相固溶體G的求法。7在等溫等壓下，單相固溶體G與成分有關(guān)（第12頁(yè)。8混合相G的求法：第13、14頁(yè)介紹了混合相G的求法。本節(jié)課要求1定性的掌握單相固溶體自由能的求解方法，掌握單相固溶體自由能表達(dá)式，掌握固溶體的自由能一成分曲線形式，掌握混合相自由能表達(dá)式，了解相平衡條件表達(dá)式，掌握相平衡的公切線法則。2學(xué)習(xí)第六節(jié)，并完成習(xí)題8?11。習(xí)題8如圖是一個(gè)假想的二元相圖，（1）填相區(qū)；（2）請(qǐng)寫(xiě)出圖中所有平衡轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式；（3）請(qǐng)畫(huà)出合金0的平衡冷卻曲線，在曲線上請(qǐng)標(biāo)注出相應(yīng)的平衡相。9請(qǐng)描述求解單相固溶體自由能的方法。10請(qǐng)畫(huà)出金屬固溶體的成分一自由能曲線的示意圖。11已知二元合金A-B,液相，另外兩個(gè)是固相析溫度T時(shí)，成分為I、1AI II如圖是溫度T時(shí)的三個(gè)單相的成分一自由能曲線示意圖，其中L是問(wèn)：（1）在此溫度時(shí)，液相是否可以穩(wěn)定存在，為什么？（2）分n、III的合金，可以存在的平衡相是什么？合金的自由能是多少。HIb（返回目錄）第五章（五）內(nèi)容及習(xí)題引言實(shí)驗(yàn)安排:1下周三將安排做實(shí)驗(yàn)，全班同學(xué)分三批，第一批（學(xué)號(hào)：03120004?03120040）從中午12點(diǎn)開(kāi)始，第二批（03120041?03120076）從13點(diǎn)開(kāi)始，第三批從14點(diǎn)開(kāi)始，請(qǐng)相應(yīng)的同學(xué)準(zhǔn)時(shí)到實(shí)驗(yàn)室，在金屬樓三樓。2實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)帶好預(yù)習(xí)報(bào)告、鉛筆、紙。3實(shí)驗(yàn)的主耍內(nèi)容為：冷變形量對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響；請(qǐng)思考：冷變形量對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小是如何影響的？二元合金的平衡組織觀測(cè)；請(qǐng)思考：平衡組織。平衡相的區(qū)別？鐵碳合金的平衡組織觀測(cè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為課件中的第一、第三和第七個(gè)實(shí)驗(yàn)。在課件使用過(guò)程中，先學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)演示，然后完成虛擬實(shí)驗(yàn)。4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：請(qǐng)使用正式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙；實(shí)驗(yàn)報(bào)告中請(qǐng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析討論等部分;實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)果若與真實(shí)有差異，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和討論；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能是比較離散的，可以畫(huà)出趨勢(shì)線進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)報(bào)告請(qǐng)于下周二交。前述提示：相圖熱力學(xué)初步圖反映的是平衡狀態(tài)，按照熱力學(xué)第二定律，在等溫等壓條件下，系統(tǒng)處于平衡時(shí)有AG=O,對(duì)于二元合金，按照相率，可以有的狀態(tài)為：?jiǎn)蜗唷上嗥胶?、三相平衡?單相平衡：可以有的單相為a、B、液相，則哪個(gè)單相的G低，哪個(gè)單相就可以穩(wěn)定存在。3二相平衡：可以有的兩相平衡為（a+8）、（a+L）、（B+L）,此時(shí)有共切線法則，并應(yīng)用混合相G的求法，混合相G最小的可以穩(wěn)定存在。4三相平衡：a+p+L,此時(shí)符合共切線法則。5若上述各相的自由能G已知，則2?5的平衡就可以進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以，關(guān)鍵是求各單相的自由能。節(jié)課要求1掌握Fe-C合金的相結(jié)構(gòu)（鐵素體，奧氏體，滲碳體）及其成分，掌握Fe-C合金的組織（鐵素體，珠光體，萊氏體，一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體）及其形貌和成分，掌握Fe-C合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，平衡相、平衡組織及其相對(duì)量計(jì)算，了解Fe-C合金的成分與性能關(guān)系2學(xué)習(xí)第九節(jié)，并完成習(xí)題12?14。習(xí)題12對(duì)于Pt-Ag合金，請(qǐng)示意地畫(huà)出1100C時(shí)的成分一臼由能曲線，并分析平衡的情況。13指出鐵與碳可以組成哪些相結(jié)構(gòu)，哪些組織，寫(xiě)出具體的相結(jié)構(gòu)名稱和組織名稱。14含碳0.45%和3.5%的鐵碳合金分別稱為何種合金。分析它們的平衡結(jié)晶過(guò)程，畫(huà)出冷卻曲線,寫(xiě)出它們的室溫平衡相和平衡組織的組成，計(jì)算室溫平衡相相對(duì)量和平衡組織相對(duì)量。比較這兩種合金的力學(xué)性能，并指出造成性能差異的原因。（返回目錄）第七章掌握和理解的基本內(nèi)容第一節(jié)工程應(yīng)力，工程應(yīng)變，真實(shí)應(yīng)力，真實(shí)應(yīng)變第二節(jié)彈性模量，彈性變形特點(diǎn)第三節(jié)滑移及其與位錯(cuò)關(guān)系，滑移系，面心立方與體心立方的滑移系，臨界分切應(yīng)力與分切應(yīng)力，取向因子，單滑移，復(fù)滑移，交滑移，李生，常見(jiàn)晶體的學(xué)生要素，學(xué)生的特點(diǎn)，加工硬化第四節(jié)等強(qiáng)溫度，HalLPetch公式，細(xì)晶強(qiáng)化第五節(jié)固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，纖維組織，位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)，織構(gòu)，塑性變形后金屬組織和性能的變化（返回目錄）第六章（一）

引言1從今天開(kāi)始我們學(xué)習(xí)第六章，第六章主要學(xué)習(xí)金屬的凝固過(guò)程及其對(duì)凝固后組織（晶粒大小、形貌等）的影響。整章內(nèi)容包括：純金屬的凝固（2?6節(jié)）和合金的凝固（7?9節(jié)）。合金與純金屬相比，主要是增加了成分對(duì)凝固過(guò)程的影響，當(dāng)在不平衡凝固時(shí)，成分的影響尤其重要。2所謂凝固，就是從液體中產(chǎn)生固體。通常，固體是晶體，所以，凝固也叫結(jié)晶。3液體和固體具有不同的結(jié)構(gòu)（指原子排列），所以，從宏觀上來(lái)看，凝固過(guò)程中發(fā)生的液體到固體的轉(zhuǎn)變是個(gè)突變過(guò)程，但是，從微觀上來(lái)看，這一轉(zhuǎn)變過(guò)程卻是個(gè)漸變過(guò)程。本節(jié)課要求：1了解液體金屬結(jié)構(gòu)的描述，掌握液體金屬結(jié)構(gòu)與固體金屬結(jié)構(gòu)的差異。掌握過(guò)冷、過(guò)冷度概念，理解結(jié)晶的基本過(guò)程。了解凝固過(guò)程的熱力學(xué)條件的描述。2掌握均勻形核、非均勻形核、臨界形核半徑、臨界形核功、形核率的概念，掌握均勻形核的熱力學(xué)推導(dǎo)，理解形核過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力與阻力的含義，了解非均勻形核的熱力學(xué)推導(dǎo)。3學(xué)習(xí)第六章第一、二、三、四節(jié)，完成習(xí)題1?5。習(xí)題1描述液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)，指出與固態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的差異。2何謂過(guò)冷。推導(dǎo)過(guò)冷的熱力學(xué)條件。3金屬凝固過(guò)程包括哪兩個(gè)基本過(guò)程。4簡(jiǎn)述均勻形核和非均勻形核過(guò)程。5指出形核過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力和阻力分別是什么，比較均勻形核和非均勻形核的臨界形核功大小和形核率的大小，說(shuō)明造成兩者差異的原因。（返回目錄）第六章（二）前述基本內(nèi)容提示：1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)有差異，前者的原子排列基本是混亂的，后者基本是規(guī)則的。但是，在液態(tài)金屬中存在了小范圍的原子規(guī)則排列，稱為晶胚，也稱為結(jié)構(gòu)起伏。2、隨溫度下降，晶胚尺寸增加。在一定過(guò)冷度時(shí)，晶胚尺寸大于臨界晶核尺寸，晶胚即成為晶核。此后，晶核的進(jìn)一步長(zhǎng)大將導(dǎo)致體系自由能下降。3、在晶胚成為臨界晶核時(shí)，體積自由能下降（固相的體積自由能低于液相），此為形核的驅(qū)動(dòng)力。面積自由能增加（新產(chǎn)生的固液界面），此為形核的阻力。在形成臨界晶核時(shí)，驅(qū)動(dòng)力小于阻力，其差值即為臨界形核功。為使體系自由能差小于零，需能量起伏。4、非均勻形核中降低了阻力，導(dǎo)致其過(guò)冷度下降，臨界形核功下降，形核率提高。本次內(nèi)容提示：1、晶體的長(zhǎng)大可從宏觀和微觀兩方面分析，宏觀長(zhǎng)大指晶體長(zhǎng)大中液-固界面所具有的形態(tài)，微觀長(zhǎng)大則指原子進(jìn)入固相晶核表面（液-固界面）的方式。宏觀和微觀的綜合，決定了晶體的形貌。2、宏觀長(zhǎng)大取決于液相中的溫度梯度，在正溫度梯度下，以平面方式長(zhǎng)大，在負(fù)溫度梯度下，以樹(shù)枝方式長(zhǎng)大。3、微觀長(zhǎng)大取決于液-固界面的結(jié)構(gòu)，而液-固界面結(jié)構(gòu)又由界面熱力學(xué)性質(zhì)決定。金屬一般為粗糙界面，非金屬一般為光滑界面。粗糙界面以連續(xù)方式長(zhǎng)大，光滑界面以二維形核方式和利用缺陷方式長(zhǎng)大。4、凝固后晶粒的尺寸由形核率和長(zhǎng)大速度決定。對(duì)于實(shí)際凝固過(guò)程，增加冷速和進(jìn)行孕育處理可以細(xì)化晶粒。本節(jié)課要求：1掌握正（負(fù)）溫度梯度、平面長(zhǎng)大、樹(shù)枝長(zhǎng)大、粗糙界面、光滑界面、連續(xù)長(zhǎng)大、二維形核長(zhǎng)大、利用缺陷長(zhǎng)大的概念，理解晶體形貌與溫度梯度、界面結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)大機(jī)制之間的關(guān)系。2了解約翰遜-梅爾方程（Johnson-Mehl）的描述，掌握影響凝固后晶粒尺寸的因素，掌握獲得細(xì)小晶粒的手段。3學(xué)習(xí)第六章的第四、五、六節(jié)，完成習(xí)題6?8習(xí)題6何謂正溫度梯度和負(fù)溫度梯度。何謂粗糙界面和光滑界面。7簡(jiǎn)述三種長(zhǎng)大機(jī)制。分析金屬和非金屬在正或負(fù)溫度梯度下分別以何種機(jī)制長(zhǎng)大，及其對(duì)固體形貌的影響。8簡(jiǎn)述影響金屬凝固后晶粒尺寸的因素。在金屬凝固過(guò)程中，采用哪些措施可以使凝固后的晶粒細(xì)小。（返訓(xùn)口錄）第六章（三）前述基本內(nèi)容提示：5、晶體的長(zhǎng)大可從宏觀和微觀兩方面分析，宏觀長(zhǎng)大指晶體長(zhǎng)大中液-固界面所具有的形態(tài)，微觀長(zhǎng)大則指原子進(jìn)入固相晶核表面（液-固界面）的方式。宏觀和微觀的綜合，決定了晶體的形貌。6、宏觀長(zhǎng)大取決于液相中的溫度梯度，在正溫度梯度下，以平面方式長(zhǎng)大，在負(fù)溫度梯度下，以樹(shù)枝方式長(zhǎng)大。7、微觀長(zhǎng)大取決于液-固界面的結(jié)構(gòu)，而液-固界面結(jié)構(gòu)又由界面熱力學(xué)性質(zhì)決定。金屬一般為粗糙界面，非金屬一般為光滑界面。粗糙界面以連續(xù)方式長(zhǎng)大，光滑界面以二維形核方式和利用缺陷方式長(zhǎng)大。8、凝固后晶粒的尺寸由形核率和長(zhǎng)大速度決定。對(duì)于實(shí)際凝固過(guò)程，增加冷速和進(jìn)行孕育處理可以細(xì)化晶粒。本次基本內(nèi)容提示：本節(jié)課學(xué)習(xí)固溶體在不平衡冷卻時(shí)的凝固規(guī)律。1、固溶體的凝固與純金屬不同，一方面：固溶體凝固是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的，另一方面：先結(jié)晶出來(lái)的固相成分是偏離液相成分的。所以，固溶體在不平衡凝固時(shí)，固相中的原子來(lái)不及擴(kuò)散，凝固后，固相中的成分（即：溶質(zhì)原子分布）是不均勻的。2、固溶體在不平衡凝固時(shí)，認(rèn)為，在固一液界面附近是平衡的，即界面上的固相成分和液相成分符合平衡（其比值即為平衡分配系數(shù)）。凝固后固相中的成分分布（即溶質(zhì)原子分布）依賴于液相中的狀態(tài)：（1）若液相是完全混合的，即液相成分總是均勻的；（2）若液相是完全不混合的，即離開(kāi)界面一定距離后，液相的濃度為合金濃度：（3）若液相部分混合，則介于（1）和（2）之間。本節(jié)課的要求1掌握平衡分配系數(shù)、有效平衡系數(shù)概念，理解固溶體凝固與純金屬凝固的差異，理解液相溶質(zhì)混合狀態(tài)與固相溶質(zhì)分布的關(guān)系。2學(xué)習(xí)第七節(jié)，完成習(xí)題9?11。習(xí)題9固溶體與純金屬的形核相比，除了需要結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏外，還需要什么。10何謂平衡分配系數(shù)和有效分配系數(shù)。11固溶體在非平衡凝固過(guò)程中，其溶質(zhì)原子的分布受液態(tài)金屬狀態(tài)的影響，請(qǐng)分析是如何影響的。（返回目錄）第六章（四）前述基本內(nèi)容提示：9,固溶體的凝固純金屬不同，一方面：固溶體凝固是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的，另一方面：先結(jié)晶出來(lái)的固相成分是偏離液相成分的。在不平衡凝固時(shí)，固相中的原子來(lái)不及擴(kuò)散，所以，凝固后，固相中的成分（即：溶質(zhì)原子分布）是不均勻的。表現(xiàn)為：先結(jié)晶的富含高熔點(diǎn)組元，后結(jié)晶的富含低熔點(diǎn)組元。在平衡凝固時(shí)，由于冷卻速度很慢，固相中的原子來(lái)得及擴(kuò)散，所以，其成分是均勻的。固溶體在不平衡凝固時(shí)，認(rèn)為，在周一液界面附近是平衡的，即界面上的固相成分和液相成分符合平衡（其比值即為平衡分配系數(shù)）。凝固后固相中的成分分布（即溶質(zhì)原子分布）依賴于液相中的狀態(tài)：（1）若液相是完全混合的，即液相成分總是均勻的；（2）若液相是完全不混合的，此時(shí)在界面處的液相中有濃度梯度，遠(yuǎn)離界面的液相的濃度仍然是合金的原始成分；（3）若液相部分混合，則介于（1）和（2）之間。本次基本內(nèi)容提示：1、在固溶體不平衡凝固時(shí)，由于液相中的溶質(zhì)原子分布不均勻，在固液界面附近的液相中富集了低熔點(diǎn)組元，導(dǎo)致此處的熔點(diǎn)變化，進(jìn)而影響了固液界面附近液相的過(guò)冷狀態(tài)，并有可能使其具有負(fù)溫度梯度的效果。2、固液界面處液相中的過(guò)冷狀態(tài)的改變，必然會(huì)影響到固態(tài)的形貌。在前面學(xué)習(xí)中已知：在正溫度梯度下，金屬一般以平直界面推移方式長(zhǎng)大，形成等軸晶；在負(fù)溫度梯度下，金屬一般以樹(shù)枝晶方式長(zhǎng)大，形成樹(shù)枝晶。本節(jié)課的要求1掌握成分過(guò)冷的概念，理解成分過(guò)冷的形成條件，掌握成分過(guò)冷對(duì)合金組織的影響。2學(xué)習(xí)第七節(jié)，完成習(xí)題12?14。習(xí)題12純金屬凝固為什么需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏？13何謂成分過(guò)冷，說(shuō)明形成成分過(guò)冷的條件。14說(shuō)明成分過(guò)冷對(duì)合金組織的影響。（返回目錄）第六章（五）前述基本內(nèi)容提示：在固溶體不平衡凝固時(shí)，由于液相中的溶質(zhì)原子分布不均勻，在固液界面附近的液相中富集了低熔點(diǎn)組元，導(dǎo)致此處的熔點(diǎn)下降，如圖6-40中的Tl所示。若液相中的溫度梯度（由散熱決定）G小于圖640中的Td（1），則在固液界面附近的液相處于過(guò)冷狀態(tài)，這一過(guò)冷是由于液相中溶質(zhì)原子分布不均勻所造成的，故稱為成分過(guò)冷。發(fā)生成分過(guò)冷的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式（6-60）。在成分過(guò)冷處，隨著離開(kāi)固液界面的距離的增加，過(guò)冷度是逐漸增大的，這相當(dāng)于負(fù)溫度梯度的情況，所以，在成分過(guò)冷的情況下，固溶體以樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)。本次內(nèi)容提示1、純金屬及單相合金在鑄型中凝固后的固體稱為鑄錠，典型的鑄錠組織包含三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的晶粒形貌是不相同的，分別為：表面細(xì)晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)。每個(gè)區(qū)域的性能是不同的。2、改變澆鑄條件，可以改變?nèi)齻€(gè)區(qū)域的分布和晶粒尺寸。由此可以獲得不同的鑄錠組織和性能。本節(jié)課要求1掌握鑄錠三晶區(qū)的概念，了解三晶區(qū)的形成規(guī)律，掌握影響三晶區(qū)形成和影響晶粒尺寸的因素。2學(xué)習(xí)第九節(jié)，完成習(xí)題15?17。習(xí)題15說(shuō)明偏析產(chǎn)生的原因，指出消除偏析的方法。16為了獲得粗大的柱狀晶，如何控制凝固條件。為了獲得細(xì)小的等軸晶，又該如何控制凝固條件。17固溶體在非平衡凝固過(guò)程中，其固相的溶質(zhì)原子分布受液態(tài)金屬狀態(tài)的影響，液態(tài)金屬可能存在三種狀態(tài)，分別為完全混合、完全不混合和部分混合，請(qǐng)根據(jù)這三種液態(tài)情況，來(lái)分析凝固后固相中溶質(zhì)原子的分布。（返回目錄）實(shí)驗(yàn)通知：本周四12點(diǎn)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容：二元、三元、鐵碳合金平衡組織觀察。地點(diǎn)：金屬樓三樓。安排：12：00,學(xué)號(hào)為02120003?02120037的同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；13：00,學(xué)號(hào)為02120038?02120077的同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；14：00,其余的同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求：預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)帶好鉛筆、預(yù)習(xí)報(bào)告、記錄紙和教材，并提前5分鐘到實(shí)驗(yàn)室。試卷十(1)說(shuō)明置換原子和間隙原子分別采用何種擴(kuò)散機(jī)制，并做簡(jiǎn)單解釋；(2)已知鋅在銅中的擴(kuò)散系數(shù)：在300℃時(shí)為1.4X10"cm2/s,在600℃時(shí)為8.0X0,2cm2/s,試求鋅在銅中擴(kuò)散的(1)激活能Q和(2)擴(kuò)散常數(shù)Do。(10分)1、寫(xiě)出相律表達(dá)式，簡(jiǎn)述相律中各項(xiàng)的含義。應(yīng)用相律說(shuō)明在常壓下，一元、二元和三元系統(tǒng)中最大的相數(shù)各是多少？(8分)2、如圖(1)是A-B二元共晶相圖，合金I、合金II、合金IH的成分中B含量分別為0%、30%、60%。試求：(30分)(1)請(qǐng)分別畫(huà)出合金I、合金n、合金ni的平衡結(jié)晶的冷卻曲線；請(qǐng)?jiān)谶@三個(gè)合金的冷卻曲線上標(biāo)出凝固開(kāi)始和凝固終了的溫度；請(qǐng)分析這三個(gè)合金在平衡結(jié)晶過(guò)程中的異同點(diǎn)。(2)分別寫(xiě)出三個(gè)合金平衡冷卻至20"C時(shí)的平衡相，并計(jì)算它們的相對(duì)量。(3)分別寫(xiě)出三個(gè)合金平衡冷卻至20℃時(shí)的平衡組織，并計(jì)算它們的相對(duì)量。(4)對(duì)于這三個(gè)合金，如果是不平衡冷卻，則其室溫組織與平衡冷卻的室溫組織相比有何差異，并作簡(jiǎn)單的說(shuō)明。(5)如果在合金I中含有很少量的B,為了要提純合金I,請(qǐng)問(wèn)可以怎么做，并用所學(xué)原理做簡(jiǎn)單的說(shuō)明。4、圖(2)是A-B-C三元合金的等溫截面(T1)和垂直截面，假定A、B、C在液態(tài)完全互溶，在固態(tài)也完全互溶，并且Ta>T1>Tb>Tc，其中Ta、Tb,般分別為組元A、B、C的熔點(diǎn)。有合金O,其成分如圖所示。試求：(1)請(qǐng)寫(xiě)出合金。的成分；(2)分析合金O的平衡結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出冷卻曲線：(3)合金在T1時(shí)處于固液兩相平衡，請(qǐng)判斷圖中可能的連接線，并計(jì)算兩平衡相的相對(duì)量。(10分)5、請(qǐng)指出形核過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力和阻力分別是什么；比較均勻形核和非均勻形核的臨界形核功大小和形核率的大小，說(shuō)明造成兩者差異的原因。(10分)四、A-B二元合金系包含有如下轉(zhuǎn)變：共晶轉(zhuǎn)變：在1340C時(shí)，WL(50%B)==y(55%B)+p(40%B)；共析轉(zhuǎn)變：在1180C時(shí)，有p(35%B)==a(28%B)+y(58%B)；組元A：熔點(diǎn)1900C,同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)為1800C；組元B：熔點(diǎn)1500℃；a相在700C時(shí)溶解度為8%B,丫相在700c時(shí)溶解度為65%B。要求：(1)示意繪出A-B二元合金相圖(>700℃),并注明各相區(qū)；(2)繪出47%B合金的平衡冷卻曲線；

（3）tl算47%B合金在700℃時(shí)平衡相組成物的相對(duì)量和組織組成物的相對(duì)量;（20分）七、如圖是固一液界面前沿液相中不同溫度梯度（G1,G2,G3）與成分過(guò)冷區(qū)的關(guān)系，請(qǐng)就此論述固溶體晶體的生長(zhǎng)形態(tài)和成分過(guò)冷有何密切關(guān)系。（12分）八、寫(xiě)出成分過(guò)冷的臨界條件表達(dá)式，并據(jù)此分析有利于產(chǎn)生成分過(guò)冷的條件。（12分）九、列舉三種以上細(xì)化晶粒的方法，并解釋之。（15分）圖⑴（圖2）第七章（一）引言1材料在加工制備過(guò)程中，或者制作成零件在工作中都要受到外力的作用，并發(fā)生變形。隨著外力的增大，材料先后會(huì)發(fā)生彈性變形、塑性變形和斷裂。2應(yīng)力一應(yīng)變曲線反映了材料在變形過(guò)程中應(yīng)力（外加力）和應(yīng)變（變形）間的關(guān)系，所以，應(yīng)力一應(yīng)變曲線是研究材料變形特性的重要工具。在應(yīng)力一應(yīng)變曲線上還可以獲得材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。本節(jié)課要求1掌握工程應(yīng)力、工程應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變的概念，了解它們之間的關(guān)系。理解應(yīng)力一應(yīng)變曲線的含義，掌握屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率的概念，掌握彈性模量的概念，了解彈性變形特點(diǎn)。2學(xué)習(xí)第一、二節(jié)，完成習(xí)題1?4。習(xí)題1何謂金屬的塑性變形和彈性變形，何謂屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。2指出工程應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)力、工程應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的差異，寫(xiě)出真應(yīng)力和真應(yīng)變的計(jì)算式。3金屬在塑性變形過(guò)程中，隨應(yīng)變的增加，應(yīng)力將如何變化？4彈性變形是在正應(yīng)力還是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的？塑性變形呢？（返I可目錄）第七章（二）

引言

一、前述反饋：當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限（Q），材料就發(fā)生塑性變形。工程上通常將開(kāi)始塑性變形所需的最小應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，用5表示。同樣，屈服強(qiáng)度也可以認(rèn)為是不發(fā)生塑變的最大應(yīng)力。而抗拉強(qiáng)度也被稱為強(qiáng)度極限，用0b表示，表征的是材料在斷裂前可以承受的最大（工程）應(yīng)力。這里提出一個(gè)問(wèn)題:屈服強(qiáng)度和抗拉弼度作「程上分別有何重要意義？請(qǐng)同學(xué)們思考。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度通常是通過(guò)測(cè)試應(yīng)力一應(yīng)變曲線來(lái)獲得的。對(duì)于不同性質(zhì)的金屬材料，主要有如下兩種應(yīng)力應(yīng)變曲線：其中，前者曲線中平臺(tái)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度即為屈服強(qiáng)度，后者曲線中沒(méi)有平臺(tái)，則以發(fā)生了0.2%殘余（工程）應(yīng)變時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力來(lái)表征該材料的屈服強(qiáng)度，用。0.2表示。在應(yīng)力一應(yīng)變曲線中還可以看出，在塑性變形過(guò)程中，隨著應(yīng)變的不斷增加，應(yīng)力是不斷增加的。這一方面說(shuō)明，要使塑變不斷進(jìn)行，需要有更大的應(yīng)力施加在材料上，同時(shí)也說(shuō)明，隨著塑變的不斷進(jìn)行，材料的強(qiáng)度不斷的提高。由此提出了另一個(gè)問(wèn)題：為何隨著塑變的不斷進(jìn)行，材料的強(qiáng)度會(huì)不斷的提高？這一現(xiàn)象稱為什么？有何重要的工程意義和應(yīng)用？應(yīng)力一應(yīng)變曲線從宏觀上反映了材料的塑變性能，那么塑變的微觀機(jī)理是什么？這是本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。二、本次內(nèi)容：工程上用的材料絕大多數(shù)都是多晶體，但多晶體的變形是和其中各個(gè)晶粒變形相關(guān)的。因此，單晶體的變形是金屬變形的基礎(chǔ)。在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形主要通過(guò)滑移方式進(jìn)行的，此外，還可以通過(guò)李生、扭折等方式進(jìn)行。單晶體的滑移，是在一定的晶面上，沿著一定的晶向進(jìn)行的，并借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)課的要求1掌握滑移、滑移系、臨界分切應(yīng)力、取向因子的概念，理解滑移與位錯(cuò)的關(guān)系、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與強(qiáng)度的關(guān)系，了解面心立方與體心立方的滑移系，理解單滑移、，復(fù)滑移、交滑移的概念。2掌握攣生的概念，了解常見(jiàn)晶體的學(xué)生要素和李生的特點(diǎn)。3掌握加工硬化的概念，理解位錯(cuò)增殖的模型。4學(xué)習(xí)第三節(jié)，完成習(xí)題5?10。習(xí)題5簡(jiǎn)述塑變、滑移、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。6寫(xiě)出面心立方、體心立方金屬的主要滑移系。7何謂臨界分切應(yīng)力，并說(shuō)明臨界分切應(yīng)力與屈服強(qiáng)度的關(guān)系（針對(duì)單晶體而言）。8有一70MPa應(yīng)力作用在fee晶體的［001］方向上，求作用在和滑移系上的分切應(yīng)力。9（課后）一鎂合金的屈服強(qiáng)度為180MPa,彈性模量為45GPa,（1）求不至于使一塊10mmX2mm的鎂板發(fā)生塑性變形的最大載荷。（2）求在此載荷下，該鎂板每mm的伸長(zhǎng)量使多少。10（課后）銅單品圓棒試樣的直徑為5mm,滑移面和滑移方向?yàn)椋?11｝和臨界分切應(yīng)力為0.98N/mn?,試求：（1）若沿［001］方向拉伸，需要多大的外力才能使試樣屈服？屈服強(qiáng)度是多少？（2）若沿口11］方向拉伸，則需要多大的外力才能使試樣屈服？屈服強(qiáng)度又是多少？（3）請(qǐng)分別寫(xiě)出在上述兩種情況下的等效滑移系。（返回目錄）第七章（三）引言前述提示：上節(jié)課學(xué)習(xí)了單晶體的塑變過(guò)程和特點(diǎn)。若單晶體受到外加應(yīng)力G,則該應(yīng)力在滑移面和滑移方向上的分切應(yīng)力為T(mén),T=OXCOSXXcos<p,其中，入為外加應(yīng)力與滑移方向的夾角，中為外加應(yīng)力與滑移面法線的夾角。TK為該滑移系的臨界分切應(yīng)力，其值與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)T>Tk，晶體就沿著滑移系開(kāi)始滑移，即開(kāi)始發(fā)生塑變，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的外加應(yīng)力就是屈服強(qiáng)度。顯然，屈服強(qiáng)度與“有關(guān)，TK越小，屈服強(qiáng)度越低。屈服強(qiáng)度還與COS入Xcos<p有關(guān)，cos入Xcoscp被稱為取向因子，cos入Xcos<p值越大，則屈服強(qiáng)度越低，即開(kāi)始塑變所需的應(yīng)力越小。有最大cos入Xcoscp值的取向稱為軟取向，反之則為硬取向。晶體滑移的本質(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。在外力作用下，位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至晶體表面,在晶體表面產(chǎn)生了滑移臺(tái)階，也就是晶體產(chǎn)生了變形。顯然，這是永久變形，即發(fā)生了塑變。隨著位錯(cuò)不斷地運(yùn)動(dòng)至晶體表面，晶體不斷地發(fā)生塑變。實(shí)驗(yàn)證明，隨著塑變的不斷進(jìn)行,晶體內(nèi)的位錯(cuò)數(shù)目是不斷增加的，請(qǐng)同學(xué)們思考，為何隨著型變的進(jìn)行，晶體內(nèi)的位錯(cuò)數(shù)目是增加的而不是下降的？本節(jié)課提示：1實(shí)際使用的金屬都是多晶體，室溫下，多晶體中每個(gè)晶粒變形的基本方式與單晶體是相同的，但是，由于多晶體中相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，使得多晶體的變形要受這些因素的影響。2與純金屬相比，在工程上使用更多的是合金，合金的相結(jié)構(gòu)包括固溶體和化合物，顯然,純金屬、固溶體、化合物的變形性質(zhì)是不同的。3金屬經(jīng)過(guò)塑性變形后，其組織結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生變化。本節(jié)課的要求1理解多晶體的變形特點(diǎn)，了解Hall-Petch公式的表述，掌握細(xì)晶強(qiáng)化的概念。2掌握固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化的概念，理解細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化與位錯(cuò)的關(guān)系,掌握纖維組織、位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)、織構(gòu)的概念，了解塑性變形后金屬組織和性能的變化。3學(xué)習(xí)第四、第五節(jié)，完成習(xí)題10?13。習(xí)題1何謂金屬的塑性變形和彈性變形，何謂屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。2指出工程應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)力、工程應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的差異，寫(xiě)出真應(yīng)力和真應(yīng)變的計(jì)算式。3金屬在塑性變形過(guò)程中，隨應(yīng)變的增加，應(yīng)力將如何變化？4彈性變形是在正應(yīng)力還是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的？塑性變形呢？5簡(jiǎn)述塑變、滑移、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。6寫(xiě)出面心立方、體心立方金屬的主要滑移系。7何謂臨界分切應(yīng)力，并說(shuō)明臨界分切應(yīng)力與屈服強(qiáng)度的關(guān)系（針對(duì)單晶體而言）。8有一70MPa應(yīng)力作用在fee晶體的［001］方向h,求作用在（111）口0-1］和（Hl）［-H0］滑移系上的分切應(yīng)力。9（課后）一鎂合金的屈服強(qiáng)度為180MPa,彈性模量為45GPa,（1）求不至于使一塊10mmX2mm的鎂板發(fā)生塑性變形的最大載荷。（2）求在此載荷下，該鎂板每mm的伸長(zhǎng)量使多少。10（課后）銅單晶圓棒試樣的宜徑為5mm,滑移面和滑移方向?yàn)椋?11｝和臨界分切應(yīng)力為0.98N/mm2,試求：（1）若沿［001］方向拉伸，需要多大的外力才能使試樣屈服？屈服強(qiáng)度是多少？（2）若沿［111］方向拉伸，則需要多大的外力才能使試樣屈服？屈服強(qiáng)度又是多少？（3）請(qǐng)分別寫(xiě)出在上述兩種情況下的等效滑移系。11簡(jiǎn)述多晶體塑變與單晶體塑變的差異。12（1）寫(xiě)出Hall-Petch公式，說(shuō)明公式的意義。（2）已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa和196MPa,問(wèn)平均晶粒直徑為0.0196mm的純鐵的屈服強(qiáng)度為多少。13何謂加工硬化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化，說(shuō)明它們與位錯(cuò)的關(guān)系。（返回目錄）第八章（-）引言金屬和合金經(jīng)塑性變形后，不僅內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了明顯的變化，而且，由于空位、位錯(cuò)等缺陷的數(shù)目大大的增加，導(dǎo)致畸變能升高，將使其處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有臼發(fā)恢復(fù)到變形前的低臼由能狀態(tài)的趨勢(shì)。所以，經(jīng)過(guò)冷塑性變形的金屬在加熱時(shí)，將發(fā)生組織和性能的變化。了解這些變化過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，可以改善和控制金屬材料的組織和性能，從而可以更好的使用金屬材料。本節(jié)課的要求1掌握回復(fù)、多邊化的概念，理解回復(fù)過(guò)程組織和性能的變化，了解回復(fù)的應(yīng)用。2掌握再結(jié)晶、再結(jié)晶溫度的概念，了解影響再結(jié)晶溫度的因素。3學(xué)習(xí)第一、第二節(jié)，完成習(xí)題1?4。習(xí)題1說(shuō)明金屬在塑性變形后，其組織和性能將發(fā)生怎樣的變化。2請(qǐng)問(wèn)，經(jīng)過(guò)冷塑性變形后的金屬，在加熱過(guò)程中，所溫度的升高，將發(fā)生什么過(guò)程，各個(gè)過(guò)程是如何區(qū)分的。3冷塑性變形后的金屬，在加熱過(guò)程中，將發(fā)生回復(fù)，請(qǐng)問(wèn)，在回復(fù)過(guò)程中，金屬的組織和性能發(fā)生怎樣的變化？回復(fù)有什么應(yīng)用？4何謂再結(jié)晶溫度，簡(jiǎn)述影響再結(jié)晶溫度的因素。（返回目錄）第八章（二）

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