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0 绪论1

1 金属的结构和性能3

1.1 金属及其特性3

1.1.1 金属的定义3

1.1.2 金属原子的结构特点3

1.1.3 金属原子的结合方式3

1.2 金属的晶体结构4

1.2.1 晶体与非晶体4

1.2.2 晶体的特性5

1.2.3 晶格与晶胞5

1.2.4 三种典型的金属晶体结构6

1.2.5 晶向指数和晶面指数9

1.2.6 金属的同素异构转变11

1.3 实际金属的晶体结构11

1.3.1 点缺陷11

1.3.2 线缺陷12

1.3.3 面缺陷13

1.4 金属材料的力学性能14

1.4.1 强度和塑性15

1.4.2 硬度19

1.4.3 冲击性能25

1.4.4 疲劳强度26

1.5 金属材料的物理和化学性能27

1.5.1 金属材料的物理性能27

1.5.2 金属材料的化学性能28

1.6 金属材料的工艺性能29

1.6.1 铸造性能29

1.6.2 压力加工性能29

1.6.3 可焊性能29

1.6.4 切削加工性能29

1.6.5 热处理性能30

习题与思考题30

2 纯金属的结晶31

2.1 金属结晶的现象31

2.1.1 金属结晶的热分析实验和冷却曲线31

2.1.2 结晶过程的宏观现象32

2.1.3 金属结晶的微观过程32

2.2 金属结晶的条件32

2.2.1 金属结晶的热力学条件33

2.2.2 金属结晶的结构条件33

2.2.3 金属结晶的动力学条件34

2.3 晶核的形成及晶粒大小的控制35

2.3.1 晶核的形成35

2.3.2 晶核的长大35

2.3.3 晶粒大小的控制36

2.4 铸锭、铸坯及焊缝的结晶37

2.4.1 铸锭的结晶37

2.4.2 铸坯的结晶40

2.4.3 焊缝的结晶41

习题与思考题42

3 二元合金的相结构和结晶43

3.1 合金中的相43

3.1.1 基本概念43

3.1.2 合金中相的种类43

3.2 合金的相结构45

3.2.1 固溶体的结构和性能45

3.2.2 金属化合物的结构46

3.3 二元合金相图的建立48

3.3.1 二元合金相图的表示方法48

3.3.2 二元合金相图的测定方法49

3.3.3 相律及杠杆定律49

3.4 匀晶相图及固溶体的结晶51

3.4.1 Cu-Ni合金相图分析51

3.4.2 固溶体合金的平衡结晶过程51

3.4.3 固溶体的不平衡结晶53

3.4.4 固溶体结晶时的偏析现象54

3.5 共晶相图及其合金的结晶54

3.5.1 Pb-Sn合金相图分析54

3.5.2 典型合金的平衡结晶及组织55

3.5.3 不平衡结晶及组织58

3.5.4 比重偏析和区域偏析59

3.6 包晶相图及其合金的结晶60

3.6.1 Pt-Ag合金相图分析60

3.6.2 典型合金的平衡结晶过程及组织61

3.6.3 不平衡结晶及组织62

3.7 其他类型的二元合金相图63

3.7.1 组元间形成化合物的相图63

3.7.2 偏晶、熔晶和合晶相图64

3.7.3 具有固态转变的二元合金相图64

3.8 二元相图的分析和使用66

3.8.1 二元合金相图遵循的规律66

3.8.2 二元合金相图的分析步骤66

3.8.3 应用相图时应注意的问题67

3.8.4 二元合金相图的应用67

习题与思考题68

4 铁碳合金相图70

4.1 铁碳合金的组元及基本相70

4.1.1 铁素体70

4.1.2 奥氏体71

4.1.3 渗碳体71

4.2 Fe-Fe3C相图分析71

4.2.1 铁碳合金相图中的特性点72

4.2.2 铁碳合金相图中的特性线73

4.2.3 铁碳合金相图中的相区73

4.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织74

4.3.1 工业纯铁74

4.3.2 共析钢75

4.3.3 亚共析钢76

4.3.4 过共析钢77

4.3.5 共晶白口铁77

4.3.6 亚共晶白口铁78

4.3.7 过共晶白口铁79

4.3.8 按组织分区的铁碳合金相图79

4.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响81

4.4.1 对平衡组织的影响81

4.4.2 对力学性能的影响81

4.4.3 对工艺性能的影响82

4.5 铁碳合金相图的应用83

4.5.1 在选材方面的应用83

4.5.2 在铸造方面的应用83

4.5.3 在压力加工方面的应用83

4.5.4 在热处理方面的应用84

4.5.5 应用铁碳合金相图时应注意的问题84

习题与思考题84

5 金属的塑性变形与再结晶86

5.1 单晶体的塑性变形86

5.1.1 滑移86

5.1.2 孪生89

5.2 多晶体的塑性变形89

5.2.1 多晶体的塑性变形过程90

5.2.2 多晶体的塑性变形机构90

5.3 合金的塑性变形91

5.3.1 单相固溶体的塑性变形92

5.3.2 多相合金的塑性变形92

5.4 冷塑性变形对组织和性能的影响93

5.4.1 冷塑性变形对组织结构的影响93

5.4.2 冷塑性变形对金属性能的影响94

5.4.3 冷塑性变形产生的残余内应力95

5.5 回复与再结晶96

5.5.1 回复96

5.5.2 再结晶97

5.5.3 晶粒长大99

5.6 金属的热加工100

5.6.1 热加工与冷加工的区别100

5.6.2 动态回复与动态再结晶100

5.6.3 热加工对组织和性能的影响100

5.7 金属的断裂102

5.7.1 按断裂前产生的塑性变形大小分类103

5.7.2 按裂纹扩展路径分类103

5.7.3 按断裂机制分类103

习题与思考题103

6 钢的热处理105

6.1 概述105

6.1.1 热处理的作用105

6.1.2 热处理与相图105

6.1.3 固态相变的类型106

6.1.4 热处理的分类106

6.2 钢在加热时的转变106

6.2.1 共析钢的奥氏体化107

6.2.2 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化108

6.2.3 影响奥氏体化的因素108

6.2.4 奥氏体晶粒大小及其影响因素108

6.2.5 钢的加热及加热缺陷111

6.3 钢在冷却时的转变113

6.3.1 概述113

6.3.2 过冷奥氏体的等温转变113

6.3.3 过冷奥氏体的连续冷却转变117

6.3.4 过冷奥氏体的转变119

6.4 钢的退火与正火124

6.4.1 钢的退火124

6.4.2 钢的正火126

6.4.3 退火和正火的选用127

6.5 钢的淬火与回火127

6.5.1 钢的淬火128

6.5.2 钢的回火132

6.6 钢的表面热处理134

6.6.1 表面淬火135

6.6.2 化学热处理136

6.7 热处理新工艺简介139

6.7.1 形变热处理139

6.7.2 可控气氛热处理140

6.7.3 真空热处理140

6.7.4 强韧化热处理141

6.7.5 流动化热处理141

6.7.6 循环热处理142

习题与思考题142

7 工业用钢材料144

7.1 钢的分类和牌号144

7.1.1 钢的分类144

7.1.2 钢的牌号146

7.2 钢中各种元素对钢的影响156

7.2.1 钢中的杂质元素及其影响156

7.2.2 钢中的合金元素及其作用158

7.3 结构钢163

7.3.1 建筑及工程结构用钢163

7.3.2 机械制造用钢169

7.4 工具钢177

7.4.1 刃具钢177

7.4.2 模具钢183

7.4.3 量具钢187

7.5 特殊性能钢188

7.5.1 不锈钢188

7.5.2 耐热钢190

7.5.3 耐磨钢194

习题与思考题194

8 铸铁材料196

8.1 概述196

8.1.1 铸铁的分类196

8.1.2 铸铁的石墨化过程197

8.2 普通灰口铸铁199

8.2.1 灰口铸铁的化学成分、组织、性能和用途199

8.2.2 灰口铸铁的孕育处理202

8.2.3 灰口铸铁的热处理202

8.3 球墨铸铁203

8.3.1 球墨铸铁的化学成分、组织、性能及用途203

8.3.2 球墨铸铁的球化处理和孕育处理205

8.3.3 球墨铸铁的热处理206

8.4 可锻铸铁和蠕墨铸铁208

8.4.1 可锻铸铁208

8.4.2 蠕墨铸铁210

8.5 合金铸铁211

8.5.1 耐磨铸铁211

8.5.2 耐热铸铁211

8.5.3 耐蚀铸铁211

习题与思考题212

9 有色金属及合金材料213

9.1 有色金属及合金简介213

9.1.1 有色金属213

9.1.2 有色金属合金215

9.2 铝及铝合金215

9.2.1 铝及铝合金的分类和牌号215

9.2.2 铝及铝合金的强化218

9.2.3 纯铝218

9.2.4 变形铝合金219

9.2.5 铸造铝合金219

9.3 铜及铜合金222

9.3.1 纯铜222

9.3.2 铜合金224

9.4 钛及钛合金228

9.4.1 纯钛228

9.4.2 钛合金229

习题与思考题230

10 非金属材料简介231

10.1 高分子材料231

10.1.1 概述231

10.1.2 工程塑料232

10.1.3 橡胶235

10.1.4 合成纤维236

10.1.5 合成胶黏剂和涂料237

10.2 陶瓷材料238

10.2.1 概述238

10.2.2 普通陶瓷239

10.2.3 特种陶瓷239

10.2.4 金属陶瓷240

10.3 复合材料240

10.3.1 概述240

10.3.2 常用复合材料241

10.4 功能材料242

10.4.1 功能材料的特点242

10.4.2 功能材料的分类243

10.4.3 常用功能材料244

10.5 纳米材料247

10.5.1 概述247

10.5.2 纳米材料的性能特点248

10.5.3 纳米材料的应用249

习题与思考题251

附录253

附录1 黑色金属材料的强度与硬度换算表253

附录2 无孪晶晶粒度标准系列评级示意图256

附录3 钢铁产品牌号统一数字代号与细分类257

附录4 中外常用钢铁材料牌号对照表259

参考文献263