金属物理-余宗森.pdf

随着我国生产的发展,对金属村料的品种要求归益璐多,其使用条件地愈趋严苛,因
画对其质逼的要求也愈来愈高。这一趋勢要求工程技术人员对金属和合会的物理本质有
基本的了解大体知遺如何运用金属物理的理沦与研究方法去分析和解夫在生产中所遇到
的问题,因此有愈来愈多的高等工科院校的系和专业要求开设“企属物理”课程。本书就
是根据这一要求,参照冶金工业高等院校一些专业的教学大纲写的。本ポ也做为工程
被术人员学习金属钠理参考。
在编本书时,考虑到不同专业对金属物课程的要求不尽相同:有的专业可能只需
要学习其中部分章节的内容,因此本书每綿都係持有一定的独立性,以便学生学习。为了
兼威各方面的需要,所以本书涉及的内容较为广泛,各专业在教学时可以根据自己的要求
当取含
由于学习本课程的工科专业学生已经具有一定的金属学及X射线晶学的基础,恒快
乏论物理以及与之相脑的徽学基础,因此本书在内容上侧重于对金属懰翌论的定性论
述,尽量避免过多的毅学推导和定量计算。但是,本书カ图不忽略金属物理学发展的较新
方面、以便使学生学习本课程后能对近代会属物理学的全統有一个基本的和概括的了解
作为教材,本将不列出有关的原始文献,只是在每篇之后列出学河本篇的主要参考
书,以便学生进一步钻研有关内容。
本书第一、三編由田坤享挑笔,第二篇由治纲执笔,第四由余宗森执笔。全书由
余宗森、田中卓担任主編。
中南矿治学院、东北工学、童庆大学、马山钢铁学院、江西会学院、西安治金
建学院、昆明工学院和武汉朝铁学院的一些同志审阗了本原稿,并提出不少宝责的意
死,特此致谢。
由于水平及时间所限,本书琔漏谬误之处必不少。选材也未尽合道,欢迎读者提出
批评意见。
编者
九八一年
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国录
第一金屬和合金的结构和性能
第一章纯金属的结构…
第二章金属电子理论初阶………………………………“…
第三章合金熱力学基础…………40
第四谭圃溶体……
…………………?……………………………60
笃二篇晶棓缺陷
第五章点帙陷……
第六章位错的实验基础
第七章位错的结构
104
第八章位错的应力场……
第九章位錯的运动……………………………………
第十章位错与晶体缺陷之间的相互作用い………いは…t…12
第十一章位错的来源、增殖和消除
128
第十二章特殊晶体中的位错…
第十三章晶体界面
147
第三扩散和变
第十西章金属和合金中的扩散…………15
第十五章相变……………………………………………177
第四篇金属及合金的力学性质
第十六章金属的性与内耗
第十七章晶体的范鹾变形和居服…………………………………に………226
第十八章加工硬化
第十九章合金强化
第二十章回复与再结晶……
282
第二十一章断裂
rいァ299
第二十二章端变?……
319
第二十三章疲劳…………………
や中P中
,.wa.ra.n 338
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第一篇金属和合金的结构和性能
第一章纯金属的结构
电子结和周期表
金属元素与其它元素在物理、化学性质上的区别是和其原子的电子结构有关,所以元
素的电子结构是金属物理的基础之一。按卢瑟福( Rutherford)模型,自由原子是由带正
电荷的核和包围它的电子云所树成,元素的原子序数Z等ず原子的电子数。住表1-1中,元
素是按原子序数排列的,由HI=1到Lr=103。
电子带负电荷(-e),电子电荷的单位为4,8029X10-静电单位,电子的质量是
10-2克。原子核是由多种基本粒子組成,它帯正电荷,在一个原子序数为Z的原子中,核
的正电荷等千+Ze,正好和Ze个电子电荷电量相等,但符号相反:所以孤立的原子是
电中性的。原子核的质量比电子大得多,但核的直径大约只有10-厘米,和整个原子的直
径10-°厘米数量级相比较是很小的。原子楼的2e电荷是由Z个质子携帯,每个质子带+e
电荷,质子的质量和氢原子核相同是电子质量的1836倍。原子核还包含不带电的粒子
如中子,亡的质量是电子质量的1839倍,和质子儿平稻同。原子量的度量是以C2的原子
量12,000为标准。多数元素是由原子序数相同但原子量不同的原子所组成,也就是说在
这些原子中,质子的数量相同(都等于原子序数),但中子的数量不同。这种在周期表中位
置相同但原子量不同的原子称为同位素。核内质子数和中子数之和称为质量数。它用来区
分同位素,例如U5和U23,都有92个质子,但它倌分别有143和146个中子。表1-1中所示
的原子量是自然界存在的同位素混合物的原子量的加权平均数,核内其他粒子,如介子、中
微子等,因为选今没有发现它们对元素的化学性质有什么影响,所以,这里就不再讨论了
量子理论指出,电子可以运行到离核较远的地方,但在多数时间内,可以在一系列确
定的轨道上找到它们。这些轨道的层次,按离核距离增大的顺序,用主量子数=1、2、
7或字母K、L、M、…Q来表示。这些主壳层又分为s、、d和「支売层,它钔
分别具有1、3、5、7个轨道,每个轨道可以容纳两个电子(表1-2)
按照量子理论,确定原子中的电子态需要四个量子数。主量子数ァ是和处于主売层
的电子的总能有关,可以证明,电子总能的负值和加2成反比。第二个量子数是电子的角动
景的量度,可取由0到(れー1)的任一整数值,=0,1,2和3分别与字母5,2,d和∫描
述的支売层相联系,因而K主売层只能有。型支壳层,工主壳层只能有S和型支売层,以
此类推。第三个量子数』是角动量在某一方向(通常是所加弱磁场方向)的分量的度量,
一量子数可取由ー到+!(包括の)的任一整数,因而限制了8,,d和f支売层的轨
道数(分判为1,3,5和7个)。第四个量了子数m。和电子自旋方向有关。自旋量子数可取为
生2值,因而由量子数2,和m,确定的每一轨道可以容纳自旋反平行的两个电子,它由
量子数m=+2和m。=ー2表示
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