材料科学基础课件

緒論緒論MaterialScienceLogicSynthesis+processingStructurePerformance/ApplicationPropertiesPhysicalBiological緒論3材料科學在社會與社會發展中的地位

（1）社會需求是材料發展的巨大動力

資訊與材料：資訊獲取（感測器：化合物）－資訊傳遞（光纖：無機、有機材料）－資訊貯存（金屬與合金）－資訊顯示（用於液晶顯示的非晶矽、有機液晶材料）－資訊處理（處理器晶片矽－鍺）。

緒論緒論3材料科學在社會與社會發展中的地位

（1）社會需求是材料發展的巨大動力能源與材料：貯氫材料（鈦錳及稀土類合金）、太陽能電池材料（矽、合金、化合物）、核能用材料（鋯合金等）。航空航太材料：發動機（高溫合金，金屬基複合材料，陶瓷與陶瓷基複合材料）、汽輪機部件（纖維增強金屬基複合材料、陶瓷基複合材料）、火箭噴嘴（難熔金屬）等。人與材料：金屬、無機、高分子及其複合材料。緒論緒論緒論緒論緒論國家大劇院設計圖（頂部採用納米材料製造）具有廣泛應用的納米材料緒論緒論納米原子像具有廣泛應用的納米材料納米泵緒論緒論具有廣泛應用的納米材料納米紅血球納米直升機納米探針緒論3材料科學在社會與社會發展中的地位

（2）材料的四大家族

金屬材料：綜合性能等。

陶瓷材料：高溫、穩定性能等。高分子材料；耐腐蝕等特殊性能。

複合材料：1＋1大於2。緒論緒論4內容安排

（1）內容核心：材料的化學成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關係及其在各種條件下的變化規律。（2）內容結構材料學原理（1－7章）―相變原理（8章）―複合材料學（9章）（3）學時安排

總學時：48

實驗：4

5學習方法提綱挈領、記好筆記、及時復習。緒論緒論6教材與參考書教材

胡賡祥.材料科學基礎.上海交通大學出版社.2000.11參考書劉智恩.材料科學基礎.西北工業大學出版社.2000年8月第一版石德柯.材料科學基礎.機械工業出版社.1999年5月第一版趙品.材料科學基礎教程.哈爾濱工業大學出版社.2002年三月第二版網上資料國家精品課程：36/fms/index.asp維普資料庫清華學術期刊ElsevierScience

KluwerOnline緒論緒論7教學方案與成績考核綜合題講解教學方案

（1）要求與實施將教材內容分成兩大部分，即材料的結構與相圖部分（含材料中的原子排列、材料中的相結構、材料的凝固、二元相圖、三元相圖）和材料的擴散、變形與相變部分（含材料中的擴散、材料的變形、回復與再結晶、固態相變），每一部分中的各章內容有著密切聯繫。學完一部分內容後，由教師提出一定數量的綜合題，其中大部分題目的答案一般涉及多章內容。教師提前把所有題目公佈，但學生解答時現場抽題，可以利用多媒體手段或板書等形式在5分鐘的時間內進行即時講解。對於選擇用英語講解或有獨特思路的同學，可允許提前定題。（2）評價重點題目的設計性、答案的正確性、內容的條理性、觀點的創新性、素材的豐富性是此環節評價的重點，學生講解時脫稿與否、儀錶儀態和語言表達效果也作為評價參考.緒論緒論7教學方案與成績考核課堂演示實驗教學方案

（1）要求與實施要求每位學生在5分鐘的時間內，利用身邊易得的材料與器件或Flash動畫，演示一個完整的實驗，並藉此說明教材中的一個問題、現象或規律。同時要求提前申報實驗題目，以避免實驗內容的雷同。此環節在學完教材內容後實施。（2）評價重點動態性：強調實驗的“動”，實驗應包含一個連續性的動作或過程。形象性：強調實驗的“像”，所採用的材料或製作的模型應與實驗對象實際形態相同或相近。針對性：實驗過程應恰如其分地說明說明教材中的一個問題、現象或規律，能有效地幫助大家理解和掌握教材中的相關內容。緒論第一節原子的結合方式131原子結構2原子結合鍵

（1）離子鍵與離子晶體原子結合：電子轉移，結合力大，無方向性和飽和性；離子晶體；硬度高，脆性大，熔點高、導電性差。如氧化物陶瓷。第一章第一節原子結合方式第一節原子的結合方式14（2）共價鍵與原子晶體原子結合：電子共用，結合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強度高、硬度高（金剛石）、熔點高、脆性大、導電性差。如高分子材料。第一章第一節原子結合方式第一節原子的結合方式15（3）金屬鍵與金屬晶體原子結合：電子逸出共有，結合力較大，無方向性和飽和性；金屬晶體：導電性、導熱性、延展性好，熔點較高。如金屬。金屬鍵：依靠正離子與構成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結合到一起的方式。第一章第一節原子結合方式第一節原子的結合方式16（4）分子鍵與分子晶體原子結合：電子雲偏移，結合力很小，無方向性和飽和性。分子晶體：熔點低，硬度低。如高分子材料。氫鍵：（離子結合）X-H---Y（氫鍵結合），有方向性，如O-H—O（5）混合鍵。如複合材料。第一章第一節原子結合方式第一節原子的結合方式173結合鍵分類（1）一次鍵

（化學鍵）：金屬鍵、共價鍵、離子鍵。（2）二次鍵

（物理鍵）：分子鍵和氫鍵。4原子的排列方式（1）晶體：原子在三維空間內的週期性規則排列。長程有序，各向異性。（2）非晶體：――――――――――不規則排列。長程無序，各向同性。第一章第一節原子結合方式第二節原子的規則排列18一

晶體學基礎1空間點陣與晶體結構（1）空間點陣：由幾何點做週期性的規則排列所形成的三維陣列。特徵：a原子的理想排列；b有14種。其中：陣點－空間點陣中的點。它是純粹的幾何點，各點周圍環境相同。晶格－描述晶體中原子排列規律的空間格架。晶胞－空間點陣中最小的幾何單元。（2）晶體結構：原子、離子或原子團按照空間點陣的實際排列。特徵：a可能存在局部缺陷；

b可有無限多種。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列192晶胞

（1）――－：構成空間點陣的最基本單元。（2）選取原則：a能夠充分反映空間點陣的對稱性；b相等的棱和角的數目最多；c具有盡可能多的直角；d體積最小。（3）形狀和大小有三個棱邊的長度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。（4）晶胞中點的位置表示（座標法）。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列203布拉菲點陣14種點陣分屬7個晶系。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列214晶向指數與晶面指數晶向：空間點陣中各陣點列的方向。晶面：通過空間點陣中任意一組陣點的平面。國際上通用米勒指數標定晶向和晶面。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列22

（1）晶向指數的標定

a建立坐標系。確定原點（陣點）、坐標軸和度量單位（棱邊）。

b求座標。u’,v’,w’。

c化整數。

u,v,w.d加[]。[uvw]。說明：

a指數意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。

b負值：標於數字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用<uvw>表示，數字相同，但排列順序不同或正負號不同的晶向屬於同一晶向族。第一章第二節原子規則排列2h第二節原子的規則排列23

（2）晶面指數的標定

a建立坐標系：確定原點（非陣點）、坐標軸和度量單位。

b量截距：x,y,z。

c取倒數：h’,k’,l’。

d化整數：h,k,k。

e加圓括號：(hkl)。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列24說明：

a指數意義：代表一組平行的晶面；

b0的意義：面與對應的軸平行；

c平行晶面：指數相同，或數字相同但正負號相反；

d晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。

e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;f若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列25

（3）六方系晶向指數和晶面指數

a六方系指數標定的特殊性：四軸坐標系（等價晶面不具有等價指數）。

b晶面指數的標定

標法與立方系相同(四個截距)；用四個數字(hkil)表示；i=-(h+k)。

c晶向指數的標定

標法與立方系相同(四個座標)；用四個數字(uvtw)表示；t=-(u+w)。

依次平移法：適合於已知指數畫晶向（末點）。

座標換算法：[UVW]~[uvtw]u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(U+V)/3,w=W。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列26

（3）六方系晶向指數和晶面指數

第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列27

（4）晶帶

a――：平行於某一晶向直線所有晶面的組合。

晶帶軸

晶帶面

b性質：晶帶用晶帶軸的晶向指數表示；晶帶面//晶帶軸；

hu+kv+lw=0c晶帶定律

凡滿足上式的晶面都屬於以[uvw]為晶帶軸的晶帶。推論：（a）

由兩晶面(h1k1l1)(h2k2l2)求其晶帶軸[uvw]：u=k1l2-k2l1;v=l1h2-l2h1;w=h1k2-h2k1。（b）

由兩晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其決定的晶面(hkl)。H=v1w1-v2w2;k=w1u2-w2u1;l=u1v2-u2v1。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列28

（5）晶面間距a――：一組平行晶面中，相鄰兩個平行晶面之間的距離。b計算公式（簡單立方）：

d=a/(h2+k2+l2)1/2注意：只適用於簡單晶胞；對於面心立方hkl不全為偶、奇數、體心立方h+k+l=奇數時，d(hkl)=d/2。第一章第二節原子規則排列低指數晶面的面間距較大；晶面間距越大,該面上原子排列越緊密;原子線密度最大的晶向上面間距最大。第二節原子的規則排列29二

典型晶體結構及其幾何特徵

第一章第二節原子規則排列香港國際機場思考：鐵如何變成鋼？第二節原子的規則排列30二

典型晶體結構及其幾何特徵

1三種常見晶體結構

面心立方（A1,FCC）體心立方（A2,BCC）密排六方（A3,HCP）晶胞原子數

4；2；6點陣常數

a=2/2r；

a=4/3r/3；

a=2r。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列31二

典型晶體結構及其幾何特徵

1三種常見晶體結構

配位數

12；8（8＋6）；12緻密度

0.74；0.68；0.74思考：碳原子溶解度？配位數（CN）：晶體結構中任一原子周圍最近且等距離的原子數。緻密度（K）：晶體結構中原子體積占總體積的百分數。K=nv/V。第一章第二節原子規則排列2h第二節原子的規則排列32二

典型晶體結構及其幾何特徵

1三種常見晶體結構

堆垛方式

ABCABC..ABABAB..ABABAB..第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列33二

典型晶體結構及其幾何特徵

結構間隙正四面體正八面體四面體扁八面體四面體正八面體（個數）84126126（rB/rA）0.2250.4140.290.150.2250.414間隙半徑（rB）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。思考：碳原子溶解度？第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列34二

典型晶體結構及其幾何特徵

2

離子晶體的結構

（1〕離子晶體的主要特點硬度高、脆性大；熔點高，熱膨脹係數小；絕緣；無色透明。

第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列35二

典型晶體結構及其幾何特徵

2

離子晶體的結構

（2〕離子晶體的結構規則

鮑林第一規則（負離子配位多面體規則）在離子晶體中，正離子周圍形成一個負離子配位多面體，正負離子間的平衡距離取決於正負離子半徑之和，正離子的配位數取決於正負離子的半徑比。

第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列36二

典型晶體結構及其幾何特徵

2

離子晶體的結構

（2〕離子晶體的結構規則

負離子配位多面體:

在離子晶體結構中，與某一個正離子成配位關係而鄰接的各個負離子中心線所構成的多面體。第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列37二

典型晶體結構及其幾何特徵

2

離子晶體的結構

（2〕離子晶體的結構規則

鮑林第二規則（電價規則含義）：一個負離子必定同時被一定數量的負離子配位多面體所共有。鮑林第三規則（棱與面規則）：在配位結構中，共用棱特別是共用面的存在，會降低這個結構的穩定性。

第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列38二

典型晶體結構及其幾何特徵

2

離子晶體的結構

（3〕常見離子晶體的結構

第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列39二

典型晶體結構及其幾何特徵

3

共價晶體的結構

（1〕飽和性：一個原子的共價鍵數為8-N。（2〕方向性：各鍵之間有確定的方位（配位數小，結構穩定）

三多晶型性元素的晶體結構隨外界條件的變化而發生轉變的性質。

如：Fe(α---γ----δ).第一章第二節原子規則排列第二節原子的規則排列40四

影響原子半徑的因素（1）溫度與應力（2）結合鍵的影響（3）配位數的影響

（高配位結構向低配位結構轉變時，體積膨脹，原子半徑減小減緩體積變化。)（4）核外電子分佈的影響（一週期內，隨核外電子數增加至填滿，原子半徑減小至一最小值。)思考：假設鐵的原子半徑不變，計算γ鐵轉變為α鐵的體積變化。第一章第二節原子規則排列2h第三節原子的不規則排列41維納斯“無臂”之美更深入人心晶體缺陷賦予材料豐富內容第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列42

原子的不規則排列產生晶體缺陷。晶體缺陷在材料組織控制（如擴散、相變）和性能控制（如材料強化）中具有重要作用。晶體缺陷：實際晶體中與理想點陣結構發生偏差的區域。點缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、異類原子等。線缺陷：在兩個方向上尺寸很小，而另一個方向上尺寸較大的缺陷。主要是位錯。面缺陷：在一個方向上尺寸很小，在另外兩個方向上尺寸較大的缺陷。如晶界、相界、表面等。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列43一點缺陷1點缺陷的類型（1）空位：肖脫基空位－離位原子進入其他空位或遷移至晶界或表面。弗蘭克爾空位－離位原子進入晶體間隙。（2）間隙原子：位於晶體點陣間隙的原子。（3）置換原子：位於晶體點陣位置的異類原子。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列44一點缺陷肖脫基空位弗蘭克爾空位第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列45一點缺陷2點缺陷的平衡濃度（1）點缺陷是熱力學平衡的缺陷－在一定溫度下，晶體中總是存在著一定數量的點缺陷（空位），這時體系的能量最低－具有平衡點缺陷的晶體比理想晶體在熱力學上更為穩定。（原因：晶體中形成點缺陷時，體系內能的增加將使自由能升高，但體系熵值也增加了，這一因素又使自由能降低。其結果是在G-n曲線上出現了最低值，對應的n值即為平衡空位數。）（2）點缺陷的平衡濃度

C=Aexp(-∆Ev/kT)第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列46一點缺陷3點缺陷的產生及其運動（1）點缺陷的產生平衡點缺陷：熱振動中的能力起伏。過飽和點缺陷：外來作用，如高溫淬火、輻照、冷加工等。（2）點缺陷的運動（遷移、複合－濃度降低；聚集－濃度升高－塌陷）第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列47一點缺陷4點缺陷與材料行為（1）結構變化：晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹。）（2）性能變化：物理性能（如電阻率增大，密度減小。）力學性能（屈服強度提高。）第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列48二線缺陷（位錯）dislocation

位錯：晶體中某處一列或若干列原子有規律的錯排。意義：（對材料的力學行為如塑性變形、強度、斷裂等起著決定性的作用，對材料的擴散、相變過程有較大影響。）位錯的提出：1926年，弗蘭克爾發現理論晶體模型剛性切變強度與與實測臨界切應力的巨大差異（2～4個數量級）。

1934年，泰勒、波朗依、奧羅萬幾乎同時提出位錯的概念。

1939年，柏格斯提出用柏氏向量表徵位錯。

1947年，柯垂耳提出溶質原子與位錯的交互作用。

1950年，弗蘭克和瑞德同時提出位錯增殖機制。之後，用TEM直接觀察到了晶體中的位錯。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列49二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型（1）刃型位錯edgedislocation模型：滑移面/半原子面/位錯線（位錯線┻晶體滑移方向，位錯線┻位錯運動方向，晶體滑移方向//位錯運動方向。）分類：正刃型位錯（┻）；負刃型位錯（┳）。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列50二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型（1）刃型位錯產生：空位塌陷；局部滑移。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列51二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型

（2）螺型位錯screwdislocation模型：滑移面/位錯線。（位錯線//晶體滑移方向，位錯線┻位錯運動方向，晶體滑移方向┻位錯運動方向。）分類：左螺型位錯；右螺型位錯。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列52二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型

（2）螺型位錯screwdislocation第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列53二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型

（3）混合位錯模型：滑移面/位錯線。第一章第三節原子不規則排列第三節原子的不規則排列54二線缺陷（位錯）

1位錯的基本類型

（3）混合位錯第一章第三節原子不規則排列合金與相1合金（1）合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經一定方法合成的具有金屬特性的物質。（2）組元：組成合金最基本的獨立的物質。（如一元、二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。（3）合金系：給定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的總稱。如Fe-C，Fe-Cr等。55第二章合金與相2相（1）相：材料中結構相同、成分和性能均一的組成部分。（如單相、兩相、多相合金。）（2）相的分類固溶體：晶體結構與其某一組元相同的相。溶劑-溶質。中間相（金屬化合物）：組成原子有固定比例，其結構與組成組元均不相同的相。56第二章第一節固溶體按溶質原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。按溶質原子分佈不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。57第二章第一節固溶體第一節固溶體1置換固溶體（1）置換固溶體：溶質原子位於晶格點陣位置的固溶體。（2）影響置換固溶體溶解度的因素

a原子尺寸因素原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA

當△r<15%時，有利於大量互溶。58第二章第一節固溶體第一節固溶體b晶體結構因素結構相同，溶解度大，有可能形成無限固溶體。

c電負性因素電負性差越小，越易形成固溶體，溶解度越大。

d電子濃度因素電子濃度e/a越大，溶解度越小。e/a有一極限值，與溶劑晶體結構有關。一價面心立方金屬為1.36，一價體心立方金屬為1.48。（上述四個因素並非相互獨立，其統一的理論的是金屬與合金的電子理論。）59第二章第一節固溶體第一節固溶體2間隙固溶體（1）組成：原子半徑較小（小於0.1nm)的非金屬元素溶入金屬晶體的間隙。（2）影響因素：原子半徑和溶劑結構。（3）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體。60第二章第一節固溶體第一節固溶體3固溶體的結構（1）晶格畸變。（2）偏聚與有序：取決於同類原子和異類原子間結合力的相對大小。完全無序、偏聚、部分有序、完全有序。61第二章第一節固溶體第一節固溶體4固溶體的性質（1）點陣常數改變（2）產生固溶強化現象：固溶體的強度和硬度高於純組元，塑性則較低。概念：固溶強化－由於溶質原子的溶入而引起的強化效應。間隙固溶體的強化效果高於置換固溶體。如產生柯氏氣團或有序強化。（3）物理、化學性能改變62第二章第一節固溶體第二節金屬間化合物

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。包括：正常價化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物。63第二章第二節中間相第二節金屬間化合物1正常價化合物（1）形成：電負性差起主要作用，符合原子價規則。（2）鍵型：隨電負性差的減小，分別形成離子鍵、共價鍵、金屬鍵。（3）組成：AB或AB2。

2電子化合物（電子相）（1）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價規則。（2）鍵型：金屬鍵（金屬－金屬）。（3）組成：電子濃度對應晶體結構，可用化學式表示，可形成以化合物為基的固溶體。64第二章第二節中間相第二節金屬間化合物3間隙化合物（1）形成：尺寸因素起主要作用。（2）結構簡單間隙化合物（間隙相）：金屬原子呈現新結構，非金屬原子位於其間隙，結構簡單。如面心立方VC。複雜間隙化合物：主要是鐵、鈷、鉻、錳的化合物，結構複雜。如Fe3C。（3）組成：可用化學式表示，可形成固溶體，複雜間隙化合物的金屬元素可被置換。（4）鍵型：共價鍵和金屬鍵。65第二章第二節中間相第二節金屬間化合物4拓撲密堆相（1）形成：由大小原子的適當配合而形成的高密排結構。（2）組成：AB2。5金屬化合物的特性（1）力學性能：高硬度、高硬度、低塑性。（2）物化性能：具有電學、磁學、聲學性質等，可用於半導體材料、形狀記憶材料、儲氫材料等。66第二章第二節中間相2h第三節陶瓷晶體相67第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相1陶瓷材料簡介（1）分類按用途可分為：結構陶瓷（利用其力學性能）：強度（葉片、活塞）、韌性（切削刀具）、硬度（研磨材料）。功能陶瓷（利用其物理性能）精細功能陶瓷：導電、氣敏、濕敏、生物、超導陶瓷等。功能轉換陶瓷：壓電、光電、熱電、磁光、聲光陶瓷等。

按結構可分為：氧化物陶瓷矽酸鹽陶瓷68第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相1陶瓷材料簡介（2）特點結合鍵：以離子鍵為主，可含有一定比例的共價鍵。成分：確定，可用分子式表示。性質：具有典型的非金屬性質。69第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相2氧化物結構陶瓷氧化物陶瓷是典型的離子化合物。有AB，AB2，A2B3，ABO3，AB2O4等結構。

（1）AB型結構NaCl型結構，如氯化鈉晶體，其化學式為NaCl，晶體結構為立方晶系。氯化鈉是一種立方面心格子。其中陰離子按立方最緊密方式堆積，陽離子填充於全部的八面體空隙中，陰、陽離子的配位數都為6。閃鋅礦型結構，如立方ZnS，為立方晶系,ZnS是立方面心格子，陰離子位於立方面心格子的節點位置，而陽離子交錯分佈於立方體內的1/8小立方體的中心。陽離子的配位數是4，陰離子的配位數也是4。70第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相2氧化物結構陶瓷（2）AB2型結構螢石結構，CaF2,結構屬於立方晶系，陽離子位於立方面心的節點位置上，陰離子則位於立方體內8個小立方體的中心。陽離子的配位數位8，而陰離子的的配位數為4。金紅石結構，金紅石結構為正方晶系。陽離子位於正方原始格子的節點位置，體中心的陽離子不屬於這個正方原始格子，而自成另一套正方原始格子，因為這兩個陽離子的周圍環境是不相同的，所以，不能成為一個正方體心格子，氧離子在晶胞中處於一些特定的位置上。71第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相2氧化物結構陶瓷

（3）A2B3型結構剛玉型結構，剛玉晶體結構屬於三方晶系。陰離子按六方緊密堆積排列，而陽離子填充於2/3的八面體空隙，因此陽離子的分佈必須有一定的規律，其原則就是在同一層和層與層之間，陽離子之間的距離應保持最遠，這是符合於鮑林規則的。（4）ABO3型結構鈣鈦礦型結構，是一種複合氧化物結構，在高溫時屬於立方晶系，在降溫時，通過某一特定的溫度後將產生結構的畸變使立方晶格的對稱性下降。72第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相3矽酸鹽結構陶瓷

（1）矽酸鹽陶瓷的結構特點a基本結構單元：SiO4。b結合鍵與結構：主要是離子鍵結合，含一定比例的共價鍵。矽位於氧四面體的間隙。c每個氧最多被兩個多面體共有。氧在兩個四面體之間充當橋樑作用，稱為氧橋。73第二章第三節陶瓷第三節陶瓷晶體相3矽酸鹽結構陶瓷

（2）矽酸鹽陶瓷的結構分類a含有限Si-O團的矽酸鹽，包括含孤立Si-O團和含成對或環狀Si-O團兩類。又稱島狀矽酸鹽。b鏈狀矽酸鹽：Si-O團共頂連接成一維結構，又含單鏈和雙鏈兩類。c層狀矽酸鹽：Si-O團底面共頂連接成二維結構。d骨架狀矽酸鹽：Si-O團共頂連接成三維結構。74第二章第三節陶瓷第四節高分子相1基本概念（1）高分子化合物：由一種或多種化合物聚合而成的相對分子品質很大的化合物。又稱聚合物或高聚物。（2）分類按相對分子品質：分為低分子聚合物（<5000）和高分子聚合物（>5000）。按組成物質：分為有機聚合物和無機聚合物。75第二章第四節分子相第四節分子相2化學組成（以氯乙烯聚合成聚氯乙烯為例）（1）單體：組成高分子化合物的低分子化合物。（2）鏈節：組成大分子的結構單元。（3）聚合度n：大分子鏈中鏈節的重複次數。76第二章第四節分子相第四節分子相3高分子化合物的合成（1）加聚反應a概念：由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應。（其產物為聚合物）b組成：與單體相同。反應過程中沒有副產物。c分類均加聚反應：由一種單體參與的加聚反應。生成均聚物。共加聚反應：由兩種或兩種以上單體參與的加聚反應，生成共聚物。77第二章第四節分子相第四節分子相3高分子化合物的合成

（2）縮聚反應a概念：由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時析出某種低分子化合物的反應。b分類均縮聚反應：由一種單體參加的縮聚反應。生成均縮聚物。共縮聚反應：由兩種或兩種以上單體參加的縮聚反應。生成共縮聚物。78第二章第四節分子相第四節分子相4高分子化合物的分類（1）按性能與用途：塑膠、橡膠、纖維、膠黏劑、塗料等。（2）按生成反應類型：加聚物、縮聚物。（3）按物質的熱行為：熱塑性塑膠和熱固性塑膠。79第二章第四節分子相第四節分子相5高分子化合物的結構（1）高分子鏈結構（鏈內結構，分子內結構）a化學組成b單體的連接方式均聚物中單體的連接方式：頭－尾連接、頭－頭或尾－尾相連、無軌連接。共聚物中單體的連接方式：無軌共聚：ABBABBABA

交替共聚：ABABABAB

嵌段共聚：AAAABBAAAABB

接枝共聚：AAAAAAAAAAABBBBBB80第二章第四節分子相第四節分子相c高分子鏈的構型（按取代基的位置與排列規律）全同立構：取代基R全部處於主鏈一側。間同立構：取代基R相間分佈在主鏈兩側。無軌立構：取代基R在主鏈兩側不規則分佈。d高分子鏈的幾何形狀：線型、支化型、體型。（2）高分子的聚集態結構（鏈間結構、分子間結構）無定形結構、部分結晶結構、結晶型結構（示意圖）81第二章第四節分子相第四節分子相6高分子材料的結構與性能特點（1）易呈非晶態。（2）彈性模量和強度低。（3）容易老化。（4）密度小。（5）化學穩定性好。82第二章第四節分子相第三章凝固83

煉鋼澆注煉銅4h第三章凝固凝固：物質從液態到固態的轉變過程。若凝固後的物質為晶體，則稱之為結晶。凝固過程影響後續工藝性能、使用性能和壽命。凝固是相變過程，可為其他相變的研究提供基礎。84第一節材料結晶的基本規律85第三章第一節結晶規律1液態材料的結構結構：長程無序而短程有序。特點（與固態相比）：原子間距較大、原子配位數較小、原子排列較混亂。第一節材料結晶的基本規律86第三章第一節結晶規律2過冷現象

supercooling

（1）過冷：液態材料在理論結晶溫度以下仍保持液態的現象。（2）過冷度：液體材料的理論結晶溫度(Tm)與其實際溫度之差。△T=Tm-T(見冷卻曲線)

注：過冷是凝固的必要條件(凝固過程總是在一定的過冷度下進行)。

第一節材料結晶的基本規律87第三章第一節結晶規律3結晶過程（1）結晶的基本過程：形核－長大。（見示意圖）（2）描述結晶進程的兩個參數形核率：單位時間、單位體積液體中形成的晶核數量。用N表示。長大速度：晶核生長過程中，液固介面在垂直介面方向上單位時間內遷移的距離。用G表示。第二節材料結晶的基本條件88第三章第二節結晶條件1熱力學條件（1）G-T曲線（圖3－4）

a是下降曲線：由G-T函數的一次導數（負）確定。

dG/dT=-Sb是上凸曲線：由二次導數（負）確定。

d2G/d2T=-Cp/Tc液相曲線斜率大於固相：由一次導數大小確定。二曲線相交於一點，即材料的熔點。第二節材料結晶的基本條件89第三章第二節結晶條件1熱力學條件（2）熱力學條件△Gv=－Lm△T/Tma△T>0,△Gv<0－過冷是結晶的必要條件（之一）。

b△T越大,△Gv越小－過冷度越大，越有利於結晶。

c△Gv的絕對值為凝固過程的驅動力。第二節材料結晶的基本條件90第三章第二節結晶條件2結構條件（1）液態結構模型

微晶無序模型

拓撲無序模型

（2）結構起伏（相起伏）：液態材料中出現的短程有序原子集團的時隱時現現象。是結晶的必要條件（之二）。出現幾率結構起伏大小第三節晶核的形成91第三章第二節結晶條件均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個體積內無軌則均勻形成。非均勻形核：新相晶核依附於其他物質擇優形成。1均勻形核

（1）晶胚形成時的能量變化

△G＝V△Gv+σS

＝(4/3)πr3△Gv+4πr2σ第三節晶核的形成92第三章第二節結晶條件1均勻形核

〔2〕臨界晶核

d△G/dr=0rk=-2σ/△Gv

臨界晶核：半徑為rk的晶胚。（3〕

臨界過冷度

rk=-2σTm/Lm△T

臨界過冷度：形成臨界晶核時的過冷度。△Tk.△T≥△Tk是結晶的必要條件。第三節晶核的形成93第三章第二節結晶條件1均勻形核（4）形核功與能量起伏△Gk＝Skσ/3臨界形核功：形成臨界晶核時需額外對形核所做的功。能量起伏：系統中微小區域的能量偏離平均能量水準而高低不一的現象。（是結晶的必要條件之三）。第三節晶核的形成94第三章第二節結晶條件1均勻形核（5）形核率與過冷度的關係

N=N1.N2

由於N受N1.N2兩個因素控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關係。2h第三節晶核的形成95第三章第二節結晶條件2非均勻形核（1）模型：外來物質為一平面，固相晶胚為一球冠。（2）自由能變化：運算式與均勻形核類似。第三節晶核的形成96第三章第二節結晶條件2非均勻形核（3）臨界形核功計算時利用球冠體積、表面積運算式，結合平衡關係σlw=σsw+σslcosθ計算能量變化和臨界形核功。△Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4aθ=0時，△Gk非＝0，雜質本身即為晶核；

b180>θ>0時,△Gk非<△Gk,雜質促進形核；

cθ=180時，△Gk非＝△Gk，雜質不起作用。第三節晶核的形成97第三章第二節結晶條件2非均勻形核

（4）影響非均勻形核的因素

a過冷度：（N-△T曲線有一下降過程）。（圖3－16）

b外來物質表面結構：θ越小越有利。點陣匹配原理：結構相似，點陣常數相近。

c外來物質表面形貌：表面下凹有利。（圖3－17）第四節晶核的長大98第三章第四節晶核長大1晶核長大的條件（1）動態過冷動態過冷度：晶核長大所需的介面過冷度。（是材料凝固的必要條件）（2）足夠的溫度（3）合適的晶核表面結構第四節晶核的長大99第三章第四節晶核長大2液固介面微結構與晶體長大機制粗糙介面（微觀粗糙、宏觀平整－金屬或合金材料的介面）：垂直長大。光滑介面（微觀光滑、宏觀粗糙－無機化合物或亞金屬材料的介面）：橫向長大：二維晶核長大、依靠缺陷長大。第四節晶核的長大100第三章第四節晶核長大2液固介面微結構與晶體長大機制粗糙介面（微觀粗糙、宏觀平整－金屬或合金從來可的介面）：垂直長大。光滑介面（微觀光滑、宏觀粗糙－無機化合物或亞金屬材料的介面）：橫向長大：二維晶核長大、依靠缺陷長大。第四節晶核的長大101第三章第四節晶核長大3液體中溫度梯度與晶體的長大形態（1）正溫度梯度（液體中距液固介面越遠，溫度越高）粗糙介面：平面狀。光滑介面：臺階狀（小平面狀）。第四節晶核的長大102第三章第四節晶核長大3液體中溫度梯度與晶體的長大形態（2）負溫度梯度（液體中距液固介面越遠，溫度越低）粗糙介面：樹枝狀。光滑介面：樹枝狀－多面體—臺階狀。第五節高分子材料的結晶103第三章第五節高分子結晶特點：結晶不完全性、不完善性、結晶速度慢一與低分子結晶的相似性

1結晶速度和晶粒尺寸受過冷度的影響隨過冷度增加，形核率增加，晶粒尺寸減小。

2結晶過程：形核與長大均勻形核：高分子鏈靠熱運動組成有序排列形成晶核。非均勻形核：以殘餘結晶高分子、分散顆粒、容器壁為中心形核。

3非均勻形核所需過冷度小。第五節高分子材料的結晶104第三章第五節高分子結晶特點：結晶不完全性、不完善性、結晶速度慢二與低分子結晶的差異性結晶的不完全性。一般50%，最高約95%。（1）鏈的對稱性。對稱性越高，越容易結晶。（2）鏈的規整性。規則的構型，有利於結晶，有利於共聚結晶。（3）鏈的柔順性。柔順性越好，結晶能力越強。（4）共聚效應。第六節凝固理論的應用105第三章第六節凝固的應用1材料鑄態晶粒度的控制Zv=0.9(N/G)3/4

（1）提高過冷度。降低澆鑄溫度，提高散熱導熱能力，適用於小件。（2）化學變質處理。促進異質形核，阻礙晶粒長大。（3）振動和攪拌。輸入能量提高形核率；破碎枝晶增加核心。第六節凝固理論的應用106第三章第六節凝固的應用2單晶體的製備（1）基本原理：保證一個晶核形成並長大。（2）製備方法：尖端形核法和垂直提拉法。第六節凝固理論的應用107第三章第六節凝固的應用3定向凝固技術（1）原理：單一方向散熱獲得柱狀晶。（2）製備方法。第四章二元相圖

根據相圖可確定不同成分的材料在不同溫度下組成相的種類、各相的相對量、成分及溫度變化時可能發生的變化。僅在熱力學平衡條件下成立，不能確定結構、分佈狀態和具體形貌。

108第一節相圖的基本知識1相律（1）相律：熱力學平衡條件下，系統的組元數、相數和自由度數之間的關係。（2）運算式：f=c-p+2;壓力一定時，f=c-p+1。

（3）應用可確定系統中可能存在的最多平衡相數。如單元系2個，二元系3個。可以解釋純金屬與二元合金的結晶差別。純金屬結晶恒溫進行，二元合金變溫進行。109第四章相圖第一節基本知識第一節相圖的基本知識

2相圖的表示與建立（1）狀態與成分表示法狀態表示：溫度－成分坐標系。坐標系中的點－表像點。成分表示：品質分數或摩爾分數。110第四章相圖第一節基本知識第一節相圖的基本知識

2相圖的表示與建立（2）相圖的建立方法：實驗法和計算法。過程：配製合金－測冷卻曲線－確定轉變溫度－填入座標－繪出曲線。相圖結構：兩點、兩線、三區。111第四章相圖第一節基本知識第一節相圖的基本知識3杠杆定律（1）平衡相成分的確定（根據相律，若溫度一定，則自由度為0，平衡相成分隨之確定。）（2）數值確定：直接測量計算或投影到成分軸測量計算。（3）注意：只適用於兩相區；三點（支點和端點）要選准。112第四章相圖第一節基本知識第二節二元勻晶相圖

1勻晶相同及其分析（1）勻晶轉變：由液相直接結晶出單相固溶體的轉變。（2）勻晶相圖：具有勻晶轉變特徵的相圖。

113第四章相圖第二節勻晶相圖

（3）相圖分析兩點：純組元的熔點；兩線：L,S相線；三區：L,α,L+α。第二節二元勻晶相圖

2固溶體合金的平衡結晶（1）平衡結晶：每個時刻都能達到平衡的結晶過程。（2）平衡結晶過程分析①冷卻曲線：溫度－時間曲線；②相（組織）與相變（各溫區相的類型、相變反應式，杠杆定律應用。）；③組織示意圖；④成分均勻化：每時刻結晶出的固溶體的成分不同。

114第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖2固溶體合金的平衡結晶

（3）與純金屬結晶的比較①

相同點：基本過程：形核－長大；熱力學條件：⊿T>0；能量條件：能量起伏；結構條件：結構起伏。②不同點：合金在一個溫度範圍內結晶（可能性：相律分析；必要性：成分均勻化。）合金結晶是選分結晶：需成分起伏。115第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖

3固溶體的不平衡結晶（1）原因：冷速快（假設液相成分均勻、固相成分不均勻）。（2）結晶過程特點：固相成分按平均成分線變化（但每一時刻符合相圖）；結晶的溫度範圍增大；組織多為樹枝狀。

116第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖

3固溶體的不平衡結晶

（3）成分偏析：晶內偏析：一個晶粒內部化學成分不均勻現象。枝晶偏析：樹枝晶的枝幹和枝間化學成分不均勻的現象。（消除：擴散退火，在低於固相線溫度長時間保溫。）

117第四章相圖第二節勻晶相圖2h載人航太的效益

原蘇聯宇航員加加林1961年首次進入太空，美國“阿波羅”飛船1969年成功登月，這兩個轟動世界的壯舉發掘和吸引了數以十萬計的精英人才，促進了天文學、高能物理、材料學、自動控制、資訊、製造工藝學等科學技術門類的發展，催生了航天器結構力學、航太動力學、空間電子學、航太醫學等新學科，形成了大批高科技工業群體，豐富了人類對近地空間和月球的認識，產生了顯著的社會和經濟效益。太空梭、空間站的出現，使人類得以利用微重力、超低溫、強太陽輻射、真空等太空中的獨特條件開展多項研究。在空間站內，宇航員已製作出了雜質少、表面缺陷小、質地精良的半導體、金屬材料、玻璃、陶瓷和光學元件；在生物材料加工方面，已可以在空間生產抗血栓製劑—尿激酶、純度比地面高100倍的抗流感製劑和抗病毒干擾素、可治療糖尿病的胰腺β-細胞和用於治療燒傷的表皮生長素等30多種品質、療效較高的藥物，太空人還可設法使蛋白質分子按預定的立體結構排列起來，形成純度比地面高10倍、性能超群的蛋白質晶體，促進新藥開發、疾病研究和防治；載人航天器搭載的農作物種子在宇宙射線的作用下，其遺傳基因會發生變化，有可能誕生高產、營養成分增加或抗病毒的作物新品種。

1182h第二節二元勻晶相圖

4穩態凝固時的溶質分佈（1）穩態凝固：從液固介面輸出溶質速度等於溶質從邊界層擴散出去速度的凝固過程。（2）平衡分配係數：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質濃度的比值。k0=Cs/Cl

119第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖

4穩態凝固時的溶質分佈（3）溶質分佈：液、固相內溶質完全混合（平衡凝固）－a;

固相不混合、液相完全混合－b;

固相不混合、液相完全不混合－c；固相不混合、液相部分混合－d。

120第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖

4穩態凝固時的溶質分佈

(4)區域熔煉（上述溶質分佈規律的應用）121第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖5成分過冷及其對晶體生長形態的影響（1）成分過冷：由成分變化與實際溫度分佈共同決定的過冷。（2）形成：介面溶質濃度從高到低－液相線溫度從低到高。（圖示：溶質分佈曲線－勻晶相圖－液相線溫度分佈曲線－實際溫度分佈曲線－成分過冷區。）122第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖5成分過冷及其對晶體生長形態的影響（3）成分過冷形成的條件和影響因素條件：G/R<mC0(1-k0)/Dk0

合金固有參數：m,k0;

實驗可控參數：G,R。123第四章相圖第二節勻晶相圖第二節二元勻晶相圖5成分過冷及其對晶體生長形態的影響

（4）成分過冷對生長形態的影響（正溫度梯度下）G越小，成分過冷越大－生長形態：平面狀－胞狀－樹枝狀。124第四章相圖第二節勻晶相圖1h第三節二元共晶相圖及合金凝固

共晶轉變：由一定成分的液相同時結晶出兩個一定成分固相的轉變。共晶相圖：具有共晶轉變特徵的相圖。（液態無限互溶、固態有限互溶或完全不溶，且發生共晶反應。共晶組織：共晶轉變產物。（是兩相混合物）125第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固1相圖分析（相圖三要素）（1）點：純組元熔點；最大溶解度點；共晶點（是亞共晶、過共晶合金成分分界點）等。（2）線：結晶開始、結束線；溶解度曲線；共晶線等。（3）區：3個單相區；3個兩相區；1個三相區。126第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固2合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（1）Wsn<19％的合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②二次相（次生相）的生成：脫溶轉變（二次析出或二次再結晶）。③室溫組織（α＋βⅡ）及其相對量計算。127第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固2合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（2）共晶合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②共晶線上兩相的相對量計算。③室溫組織（α＋β＋αⅡ＋βⅡ）及其相對量計算。128第四章相圖第三節共晶相圖2h第三節二元共晶相圖及合金凝固2合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（3）亞共晶合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②共晶線上兩相的相對量計算。③室溫組織（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相對量計算。

129第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固2合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（4）組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料的中各個不同本質和形態的部分。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。組織組成物相對量的計算：杠杆定律。

130第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固3不平衡結晶及其組織（1）偽共晶①偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。②形成原因：不平衡結晶；成分位於共晶點附近。③不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織。（偽共晶區偏移）

131第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固3不平衡結晶及其組織

（2）不平衡共晶①

不平衡共晶：位於共晶線以外成分的合金發生共晶反應而形成的組織。②原因：不平衡結晶。成分位於共晶線以外端點附件。132第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固3不平衡結晶及其組織

（3）離異共晶①

離異共晶：兩相分離的共晶組織。②

形成原因平衡條件下，成分位於共晶線上兩端點附近。不平衡條件下，成分位於共晶線外兩端點附。③

消除：擴散退火。133第四章相圖第三節共晶相圖2h第三節二元共晶相圖及合金凝固4共晶組織的形成（1）共晶體的形成成分互惠－交替形核片間搭橋－促進生長

兩相交替分佈（共晶組織）134第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固4共晶組織的形成

（2）共晶體的形態粗糙－粗糙介面：層片狀（一般情況）、棒狀、纖維狀（一相數量明顯少於另一相）粗糙－平滑介面：具有不規則或複雜組織形態（由於兩相微觀結構不同）所需動態過冷度不同，金屬相任意長大，另一相在其間隙長大。可得到球狀、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過冷，率先長大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網狀的共晶體。135第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固4共晶組織的形成

（2）共晶體的形態

136第四章相圖第三節共晶相圖第三節二元共晶相圖及合金凝固4共晶組織的形成

（3）初生晶的形態：金屬固溶體：粗糙介面－樹枝狀；非金屬相：平滑介面－規則多面體。137第四章相圖第三節共晶相圖2h第四節二元包晶相圖及合金凝固

138第四章相圖第四節包晶相圖

包晶轉變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點成分固相的轉變。包晶相圖：具有包晶轉變特徵的相圖。1相圖分析點、線、區。第四節二元包晶相圖及合金凝固

139第四章相圖第四節包晶相圖

2平衡結晶過程及其組織（1）包晶合金的結晶結晶過程：包晶線以下，L,α對β過飽和－介面生成β－三相間存在濃度梯度－擴散－β長大－全部轉變為β。室溫組織：β或β＋αⅡ。第四節二元包晶相圖及合金凝固

140第四章相圖第四節包晶相圖

2平衡結晶過程及其組織（1）包晶合金的結晶結晶過程：包晶線以下，L,α對β過飽和－介面生成β－三相間存在濃度梯度－擴散－β長大－全部轉變為β。室溫組織：β或β＋αⅡ。第四節二元包晶相圖及合金凝固

141第四章相圖第四節包晶相圖

2平衡結晶過程及其組織

（2）成分在C-D之間合金的結晶結晶過程：α剩餘；室溫組織：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。第四節二元包晶相圖及合金凝固

142第四章相圖第四節包晶相圖

2平衡結晶過程及其組織

第四節二元包晶相圖及合金凝固

143第四章相圖第四節包晶相圖

3不平衡結晶及其組織

異常α相導致包晶偏析〔包晶轉變要經β擴散。包晶偏析：因包晶轉變不能充分進行而導致的成分不均勻現象。〕

異常β相由不平衡包晶轉變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點附近。

第四節二元包晶相圖及合金凝固

144第四章相圖第四節包晶相圖

4包晶轉變的應用（1）組織設計：如軸承合金需要的軟基體上分佈硬質點的組織。（2）晶粒細化。

第五節二元相圖的分析和使用

145第四章相圖第五節相圖分析

一、二元相圖中的幾何規律①相鄰相區的相數差1（點接觸除外）－相區接觸法則.；②三相區的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點。③若兩個三相區中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區。④單相區邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區。第五節二元相圖的分析和使用

146第四章相圖第五節相圖分析

二、相圖分析步驟①以穩定的化合物分割相圖；②確定各點、線、區的意義；③分析具體合金的結晶過程及其組織變化。注：虛線、點劃線的意義－尚未準確確定的數據、磁學轉變線、有序－無序轉變線。第五節二元相圖的分析和使用

147第四章相圖第五節相圖分析

三、相圖與合金性能的關係①根據相圖判斷材料的力學和物理性能

第五節二元相圖的分析和使用

148第四章相圖第五節相圖分析

三、相圖與合金性能的關係②根據相圖判斷材料的工藝性能

鑄造性能：根據液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差別大）；

X越大，流動性越差（因為枝晶發達）；

X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區大）。

第五節二元相圖的分析和使用

149第四章相圖第五節相圖分析

三、相圖與合金性能的關係塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區的合金。熱處理性能：選擇具有固態相變或固溶度變化的合金。2h第六節鐵碳合金相圖

150第四章相圖第五節相圖分析第六節鐵碳合金相圖

151第四章相圖第五節相圖分析

1組元和相（1）組元：鐵－石墨相圖：Fe,C;

鐵－滲碳體相圖：Fe-Fe3C。（2）相：L,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）第六節鐵碳合金相圖

152第四章相圖第五節相圖分析

2相圖分析

點：16個。線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其餘三條線：

GS,ES,PQ。區：5個單相區，7個兩相區，3個三相區。相圖示注：相組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。第六節鐵碳合金相圖

153第四章相圖第五節相圖分析

2相圖分析

點：16個。

第六節鐵碳合金相圖

154第四章相圖第五節相圖分析

2相圖分析

線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其餘三條線：

GS,ES,PQ。

區：5個單相區，7個兩相區，3個三相區。相圖示注：相組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。第六節鐵碳合金相圖

155第四章相圖第五節相圖分析

3合金分類：工業純鈦（C%<0.0218%）碳鋼（0.0218<C%<2.11%）鑄鐵（C%>2.11%）第六節鐵碳合金相圖

156第四章相圖第五節相圖分析

4平衡結晶