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绪论1

第1章 金属材料的性能4

1.1金属材料的物理性能和化学性能4

1.1.1金属材料的物理性能4

1.1.2金属材料的化学性能5

1.2金属材料的力学性能6

1.2.1金属材料所受载荷与力学性能6

1.2.2强度7

1.2.3塑性10

1.2.4硬度10

1.2.5金属材料的韧性15

1.2.6疲劳强度18

1.3金属材料的工艺性能19

1.3.1铸造性能19

1.3.2压力加工性能20

1.3.3焊接性能20

1.3.4切削加工性20

1.3.5热处理性能21

本章小结21

习题22

知识拓展阅读：工程材料性能比较23

第2章 纯金属与合金的晶体结构26

2.1纯金属的晶体结构26

2.1.1晶体结构26

2.1.2常见的晶格类型27

2.1.3金属晶体结构的缺陷30

2.2合金的晶体结构33

2.2.1合金的基本概念33

2.2.2合金的结构33

本章小结36

习题36

知识拓展阅读：钢铁是如何炼成的38

第3章 纯金属与合金的结晶42

3.1纯金属的结晶42

3.1.1纯金属的冷却曲线及过冷度42

3.1.2纯金属的结晶过程43

3.1.3晶粒大小对金属力学性能的影响45

3.2合金的结晶45

3.2.1二元相图的建立46

3.2.2二元相图的基本类型与分析47

本章小结53

习题54

知识拓展阅读：古代的“宝刀”是如何炼成的56

第4章 铁碳合金相图58

4.1铁碳合金的组织58

4.1.1纯铁的同素异构转变58

4.1.2铁碳合金的基本相58

4.2铁碳合金相图60

4.2.1铁碳合金相图的分析61

4.2.2铁碳合金的分类62

4.2.3典型铁碳合金的平衡结晶过程62

4.2.4含碳量对铁碳合金组织和性能的影响68

4.2.5铁碳合金相图的应用69

4.3凝固组织及其控制70

4.3.1金属及合金结晶后的晶粒大小及其控制70

4.3.2铸锭的组织及其控制71

本章小结73

习题73

知识拓展阅读：钢材的火花鉴别75

第5章 金属的塑性变形与再结晶78

5.1金属的塑性变形78

5.1.1单晶体的塑性变形78

5.1.2多晶体的塑性变形82

5.2冷塑性变形对金属组织与性能的影响83

5.2.1塑性变形对显微组织和结构的影响83

5.2.2塑性变形对性能的影响84

5.2.3残余应力85

5.3回复与再结晶86

5.3.1回复86

5.3.2再结晶86

5.3.3晶粒长大88

5.4金属的热塑性变形89

5.4.1热加工与冷加工的区别89

5.4.2热加工对组织和性能的影响90

本章小结91

习题92

知识拓展阅读：纳米材料93

第6章 钢的热处理95

6.1概述95

6.2钢在加热时的转变96

6.2.1钢在加热时的组织转变96

6.2.2奥氏体晶粒长大98

6.3钢在冷却时的转变99

6.3.1过冷奥氏体的等温转变100

6.3.2过冷奥氏体的连续冷却转变102

6.3.3过冷奥氏体冷却转变后的组织及性能103

6.4退火与正火109

6.4.1退火的目的和工艺109

6.4.2正火的目的及工艺112

6.4.3退火与正火工艺的选择113

6.5淬火113

6.5.1淬火工艺113

6.5.2淬火冷却介质114

6.5.3淬火方法115

6.5.4钢的淬透性与淬硬性117

6.5.5淬火缺陷120

6.6回火121

6.6.1回火目的121

6.6.2回火对钢性能的影响122

6.6.3回火时钢的组织变化122

6.6.4回火温度123

6.7表面淬火123

6.7.1火焰淬火123

6.7.2感应淬火124

6.8化学热处理126

6.8.1渗碳127

6.8.2渗氮（氮化）129

6.8.3碳氮共渗131

本章小结132

习题132

知识拓展阅读：超细晶粒钢134

第7章 工业用钢138

7.1钢的分类与编号138

7.1.1钢的分类138

7.1.2钢的编号139

7.2钢中杂质与合金元素144

7.2.1钢中常存杂质元素对性能的影响144

7.2.2合金元素在钢中的主要作用145

7.3结构钢148

7.3.1碳素结构钢148

7.3.2低合金高强度结构钢149

7.3.3优质碳素结构钢152

7.3.4渗碳钢152

7.3.5调质钢155

7.3.6弹簧钢158

7.3.7滚动轴承钢161

7.4工具钢163

7.4.1刃具钢163

7.4.2模具钢168

7.4.3量具用钢172

7.5特殊性能钢174

7.5.1不锈钢174

7.5.2耐热钢177

7.5.3耐磨钢178

本章小结180

习题180

知识拓展阅读：硬币用金属及合金182

第8章 铸铁186

8.1概述186

8.1.1铸铁的成分及性能特点186

8.1.2铸铁的石墨化及其影响因素187

8.1.3铸铁的分类189

8.2灰铸铁190

8.2.1灰铸铁的化学成分、组织和性能190

8.2.2灰铸铁的孕育处理191

8.2.3灰铸铁的牌号及应用192

8.2.4灰铸铁的热处理193

8.3球墨铸铁193

8.3.1球墨铸铁的牌号和化学成分194

8.3.2球墨铸铁的组织、性能和用途194

8.3.3球墨铸铁的热处理196

8.4蠕墨铸铁198

8.4.1蠕墨铸铁的牌号和化学成分198

8.4.2蠕墨铸铁的组织、性能及应用198

8.5可锻铸铁199

8.5.1可锻铸铁的化学成分和组织199

8.5.2可锻铸铁的牌号、性能及用途199

8.6合金铸铁200

8.6.1耐磨铸铁200

8.6.2耐热铸铁201

8.6.3耐蚀铸铁201

本章小结202

习题202

知识拓展阅读：高温结构材料204

第9章 有色金属及合金208

9.1铝及铝合金208

9.1.1工业纯铝208

9.1.2铝合金分类及时效强化209

9.1.3变形铝合金210

9.1.4铸造铝合金212

9.2铜及铜合金215

9.2.1工业纯铜215

9.2.2铜合金的分类及牌号表示方法215

9.2.3黄铜216

9.2.4青铜218

9.3镁及镁合金220

9.3.1变形镁合金220

9.3.2铸造镁合金221

9.4滑动轴承合金222

9.4.1对轴承合金性能的要求222

9.4.2轴承合金的组织特征222

9.4.3常用的轴承合金223

9.5其他有色金属及合金224

9.5.1钛及钛合金224

9.5.2锌基合金225

本章小结226

习题226

知识拓展阅读：铝的冶炼228

第10章 其他常用工程材料231

10.1高分子材料231

10.1.1高分子材料的基本概念231

10.1.2高分子材料的构象233

10.1.3高聚物的聚集态和物理状态234

10.1.4高分子材料的性能236

10.1.5常用高分子材料236

10.2陶瓷材料239

10.2.1陶瓷材料概述239

10.2.2陶瓷材料的结构特点239

10.2.3陶瓷材料的性能特点240

10.2.4常用工程陶瓷材料241

10.3复合材料242

10.3.1复合材料概述242

10.3.2纤维增强复合材料245

10.3.3层状复合材料248

10.3.4颗粒增强复合材料248

本章小结250

习题251

知识拓展阅读：碳纤维材料252

第11章 机械制造中零件材料的选择255

11.1机械零件的失效概述255

11.1.1失效的概念255

11.1.2零件的失效形式255

11.1.3零件的失效原因256

11.1.4零件失效分析的一般方法257

11.2机械零件的材料选择257

11.2.1选材的一般原则257

11.2.2选材的步骤和方法260

11.3典型零部件选材及工艺分析262

11.3.1齿轮选材262

11.3.2轴类零件选材267

11.3.3弹簧选材271

11.3.4箱体支承类零件材料选择274

11.3.5常用刃具选材275

本章小结278

习题279

知识拓展阅读：绿色材料与可持续发展281

第12章 工程材料的应用285

12.1工程材料在机床上的应用285

12.1.1床身、机床底座、齿轮箱体、轴承座、导轨用材285

12.1.2齿轮用材286

12.1.3轴类零件用材286

12.1.4螺纹联接件用材287

12.1.5螺旋传动件用材287

12.1.6蜗轮与蜗杆用材287

12.1.7滑动轴承用材288

12.2汽车用材288

12.2.1汽车用金属材料289

12.2.2汽车用塑料293

12.2.3汽车用橡胶295

12.2.4汽车用陶瓷材料295

12.2.5汽车新材料发展趋势296

12.3热能设备用材296

12.3.1锅炉主要设备用钢296

12.3.2汽轮机主要零件用钢297

12.3.3发电机转子用材299

12.4化工设备用材299

12.4.1化工设备用钢300

12.4.2有色金属与合金302

12.4.3非金属材料303

12.4.4复合材料304

12.5航空航天器用材304

12.5.1机翼、机体和防热层用材304

12.5.2航空发动机和火箭发动机典型零件用材305

12.6石油工程材料307

12.6.1管线钢307

12.6.2油井管材308

12.6.3海洋平台及船舶用材310

本章小结315

习题315

第13章 实验指导书316

实验1金属材料硬度测试316

实验2铁碳合金平衡组织的观察与分析318

实验3钢的非平衡显微组织观察与分析321

实验4铸铁的显微组织观察与分析324

附录328

附录A黑色金属硬度及强度换算表328

附录B国内外部分钢号对照表329

附录C金属热处理工艺的分类及代号（摘自GT/T 12603—2005）331

附录D常用钢种的临界温度334

附录E钢铁及合金牌号统一数字代号体系（摘自GT/T 17616—1998）335

附录F常用材料力学性能指标名称和符号对照336

参考文献338