金屬材料學(xué)（第3版）

0　緒論——金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來 001
0.1　金屬材料發(fā)展簡史 001
0.1.1　第一階段——原始金屬材料的生產(chǎn) 001
0.1.2　第二階段——金屬材料學(xué)科的基礎(chǔ) 001
0.1.3　第三階段——微觀組織理論的大發(fā)展 002
0.1.4　第四階段——微觀理論的深入研究 002
0.2　現(xiàn)代金屬材料 003
0.3　金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢 005
0.4　金屬零部件全壽命過程圖 006
0.5　金屬材料學(xué)在金屬材料工程知識體系中的作用 007
思考題 008

第一篇　鋼鐵材料
1　鋼的合金化概論 011
1.1　合金元素和鐵的作用 011
1.1.1　鋼中的元素 011
1.1.2　鐵基二元相圖 012
1.1.3　合金元素對Fe-Fe3C 相圖的影響 013
1.2　合金鋼中的相組成 014
1.2.1　置換固溶體 014
1.2.2　間隙固溶體 015
1.2.3　碳（氮）化物及其形成規(guī)律 016
1.2.4　金屬間化合物 019
1.3　合金元素在鋼中的分布及偏聚 019
1.3.1　合金元素在鋼中的分布 019
1.3.2　合金元素的偏聚 020
1.4　合金鋼中的相變 021
1.4.1　合金鋼的加熱奧氏體化 021
1.4.2　過冷合金奧氏體的分解 023
1.4.3　合金鋼的回火轉(zhuǎn)變 025
1.5　合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 028
1.5.1　鋼強(qiáng)化的形式及其機(jī)理 028
1.5.2　合金鋼強(qiáng)化的有效性 029
1.5.3　合金元素對鋼韌度的影響 030
1.6　合金元素對鋼工藝性的影響 032
1.6.1　鋼的熱處理工藝性 032
1.6.2　鋼的成型加工性 037
1.7　微量元素在鋼中的作用 038
1.7.1　微量元素的作用 038
1.7.2　微合金鋼中的合金元素 039
1.8　金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì) 040
1.8.1　通用合金與簡單合金 041
1.8.2　環(huán)境協(xié)調(diào)性合金的成分設(shè)計(jì) 042
1.9　合金鋼的分類與編號 044
1.9.1　鋼的分類 044
1.9.2　合金鋼的編號方法 045
本章小結(jié) 046
思考題 049

2　工程結(jié)構(gòu)鋼 050
2.1　工程結(jié)構(gòu)鋼的基本要求 050
2.2　低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的合金化 051
2.2.1　合金元素對低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響 051
2.2.2　合金元素對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 053
2.3　常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 054
2.4　微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼 056
2.4.1　強(qiáng)化機(jī)理 056
2.4.2　微合金元素的作用 056
2.5　針狀鐵素體鋼 057
2.6　低碳貝氏體和馬氏體鋼 058
2.7　雙相鋼 058
2.8　低合金高強(qiáng)度鋼發(fā)展趨勢 060
本章小結(jié) 060
思考題 061

3　機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 062
3.1　概述 062
3.1.1　機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)與合金化 062
3.1.2　機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度與脆性 063
3.2　調(diào)質(zhì)鋼 064
3.2.1　淬透性原則 065
3.2.2　合金化及常用鋼 065
3.2.3　調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展 066
3.3　非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 067
3.3.1　微合金元素對強(qiáng)韌化的貢獻(xiàn) 067
3.3.2　獲得最佳強(qiáng)韌化的工藝因素 068
3.3.3　組織因素對強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)的大小 069
3.3.4　低碳貝氏體型和馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼 069
3.3.5　非調(diào)質(zhì)鋼綜合優(yōu)化設(shè)計(jì) 070
3.4　彈簧鋼 071
3.4.1　彈簧的服役條件及性能要求 071
3.4.2　常用彈簧鋼及強(qiáng)化工藝 071
3.5　滾動軸承鋼 073
3.5.1　滾動軸承鋼的工作特點(diǎn)及性能要求 073
3.5.2　軸承鋼的冶金質(zhì)量和合金化 073
3.5.3　高碳鉻軸承鋼的熱處理 075
3.6　低碳馬氏體鋼 076
3.6.1　低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能及影響因素 076
3.6.2　低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼及應(yīng)用 077
3.7　合金滲碳鋼 077
3.7.1　滲碳鋼的合金化 077
3.7.2　常用滲碳鋼及熱處理工藝 078
3.8　氮化鋼 081
3.9　低淬透性鋼 082
3.10　耐磨鋼 083
3.10.1　鋼的耐磨性及其影響因素 083
3.10.2　高錳鑄鋼 084
3.10.3　低合金耐磨鋼及石墨鋼 085
3.11 　零件材料選擇基本原則與思路 085
3.11.1 　選擇材料的基本原則 086
3.11.2 　選擇材料的基本思路及方法 087
3.11.3 　典型零件材料選擇與工藝分析 088
本章小結(jié) 089
思考題 091

4　工模具鋼 093
4.1　概述 093
4.1.1　工具鋼成分與性能特點(diǎn) 093
4.1.2　工具鋼基本性能及檢測方法 094
4.2　刃具用碳素鋼及低合金工具鋼 095
4.2.1　碳素工具鋼 095
4.2.2　低合金工具鋼 095
4.3　高速鋼 097
4.3.1　高速鋼的分類 097
4.3.2　高速鋼中合金元素的作用 098
4.3.3　高速鋼中的碳化物 099
4.3.4　高速鋼的熱處理 101
4.4　冷作模具鋼 106
4.4.1　碳素工具鋼和低合金工具鋼 106
4.4.2　高鉻和中鉻模具鋼 107
4.4.3　基體鋼 109
4.5　熱作模具鋼 109
4.5.1　熱錘鍛模鋼 110
4.5.2　熱擠壓模鋼 112
4.5.3　壓鑄模鋼 113
4.6　其他類型工具鋼 114
4.6.1　耐沖擊用鋼 114
4.6.2　軋輥用鋼 114
4.6.3　量具用鋼 115
4.6.4　塑料模具用鋼 116
本章小結(jié) 117
思考題 119

5　不銹鋼 120
5.1　概述 120
5.1.1　金屬腐蝕類型與提高耐腐蝕性的途徑 120
5.1.2　不銹鋼的組織與分類 121
5.2　影響不銹鋼組織和性能的因素 123
5.2.1　常用合金元素的作用 123
5.2.2　腐蝕介質(zhì)對鋼耐蝕性的影響 125
5.3　鐵素體不銹鋼 126
5.3.1　常用鐵素體不銹鋼及特點(diǎn) 126
5.3.2　鐵素體不銹鋼的脆性 127
5.3.3　鐵素體不銹鋼的熱處理 127
5.4　馬氏體不銹鋼 128
5.4.1　馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn) 128
5.4.2　馬氏體不銹鋼的熱處理特點(diǎn) 129
5.5　奧氏體不銹鋼 130
5.5.1　奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn) 130
5.5.2　奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕 132
5.5.3　奧氏體不銹鋼的熱處理 133
5.5.4　鉻錳氮奧氏體不銹鋼 134
5.6　奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼 135
本章小結(jié) 135
思考題 136

6　耐熱鋼 138
6.1　概述 138
6.1.1　金屬的抗氧化性 138
6.1.2　鋼的熱強(qiáng)性 140
6.1.3　耐熱鋼的合金化 142
6.2　熱強(qiáng)鋼 143
6.2.1　珠光體熱強(qiáng)鋼 143
6.2.2　馬氏體熱強(qiáng)鋼 146
6.2.3　奧氏體型高溫合金 147
6.3　抗氧化鋼 149
本章小結(jié) 150
思考題 151

7　超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 152
7.1　低合金超高強(qiáng)度鋼 152
7.1.1　低合金超高強(qiáng)度鋼的成分設(shè)計(jì) 152
7.1.2　常用低合金超高強(qiáng)度鋼 153
7.2　二次硬化型超高強(qiáng)度鋼 155
7.2.1　二次硬化型超高強(qiáng)度鋼的成分設(shè)計(jì) 155
7.2.2　二次硬化型超高強(qiáng)度鋼的性能特點(diǎn) 155
7.3　馬氏體時(shí)效鋼 156
7.3.1　馬氏體時(shí)效鋼的成分設(shè)計(jì) 156
7.3.2　馬氏體時(shí)效鋼的組織性能 157
7.3.3　馬氏體時(shí)效鋼的發(fā)展 158
7.4　沉淀硬化超高強(qiáng)度不銹鋼 159
本章小結(jié) 160
思考題 161

8　鑄鐵 162
8.1　概述 162
8.1.1　鑄鐵的分類與牌號表示方法 162
8.1.2　鑄鐵石墨化及影響因素 163
8.2　普通灰鑄鐵 167
8.2.1　灰鑄鐵中片狀石墨的生長方式 167
8.2.2　灰鑄鐵組織特點(diǎn) 168
8.2.3　灰鑄鐵性能及熱處理 169
8.3　球墨鑄鐵 170
8.3.1　球狀石墨的形成過程 171
8.3.2　球墨鑄鐵組織與性能 172
8.3.3　球墨鑄鐵的熱處理 174
8.4　蠕墨鑄鐵 176
8.4.1　蠕狀石墨的形成過程 176
8.4.2　蠕墨鑄鐵的金相組織 177
8.4.3　蠕墨鑄鐵性能特點(diǎn)及應(yīng)用 178
8.5　可鍛鑄鐵 179
8.6　特種性能鑄鐵 180
8.6.1　耐熱鑄鐵 180
8.6.2　耐磨鑄鐵 181
8.6.3　耐蝕鑄鐵 181
本章小結(jié) 182
思考題 183

第二篇　有色金屬合金
9　鋁合金 187
9.1　概述 187
9.1.1　鋁合金的分類 187
9.1.2　鋁合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn) 187
9.1.3　影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素 189
9.2　變形鋁合金 190
9.2.1　變形鋁及鋁合金牌號和表示方法 190
9.2.2　防銹鋁合金 190
9.2.3　硬鋁合金 191
9.2.4　超硬鋁合金 192
9.2.5　鍛鋁合金 193
9.2.6　變形鋁合金的熱處理及金相檢驗(yàn) 193
9.3　鑄造鋁合金 194
9.3.1　Al-Si及Al-Si-Mg鑄造合金 194
9.3.2　其他鑄造鋁合金 196
9.3.3　鑄造鋁合金的熱處理 197
本章小結(jié) 198
思考題 199

10　銅合金 200
10.1　黃銅 200
10.1.1　黃銅的牌號及表示方法 200
10.1.2　普通黃銅 201
10.1.3　特殊黃銅 203
10.1.4　黃銅的熱處理 205
10.2　青銅 205
10.2.1　青銅的牌號及表示方法 205
10.2.2　錫青銅 206
10.2.3　鋁青銅 208
10.2.4　鈹青銅 209
本章小結(jié) 210
思考題 211

11　鈦合金 212
11.1 　概述 212
11.1.1 　鈦的基本性質(zhì)與合金化 212
11.1.2 　鈦合金的相變特點(diǎn) 213
11.2 　常用鈦合金 215
11.2.1 　鈦合金的分類 215
11.2.2 　α鈦合金 216
11.2.3 　α+β鈦合金 217
11.2.4 　β鈦合金 218
11.3 　鈦合金的熱處理 219
11.4 　鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用 220
11.4.1 　鈦合金生產(chǎn)工藝的改善 220
11.4.2 　鈦合金的新發(fā)展和新應(yīng)用 220
本章小結(jié) 221
思考題 222

12　鎂合金 223
12.1　概述 223
12.1.1　鎂的基本性質(zhì) 223
12.1.2　鎂合金的特點(diǎn) 223
12.1.3　鎂合金的分類 224
12.2　鎂合金的合金化原理 225
12.2.1　合金元素對組織和性能的影響 225
12.2.2　鎂合金的強(qiáng)韌化 226
12.3　變形鎂合金的組織和性能 227
12.4　鑄造鎂合金的組織和性能 229
12.5　鎂合金的熱處理 230
12.6　鎂合金的應(yīng)用 231
本章小結(jié) 231
思考題 232

第三篇　新型金屬材料
13　金屬功能材料 235
13.1　磁性合金 235
13.1.1　軟磁合金 235
13.1.2　硬磁合金 238
13.2　電熱合金 240
13.2.1　Ni-Cr系合金 240
13.2.2　Fe-Cr-Al系合金 240
13.2.3　Fe-Mn-Al系合金 241
13.3　形狀記憶合金 241
13.3.1　形狀記憶原理 241
13.3.2　常用形狀記憶合金 242
13.4　其他功能材料 245
13.4.1　熱膨脹合金 245
13.4.2　減振合金 247
13.4.3　儲氫合金 248
13.4.4　濺射靶材合金 249
本章小結(jié) 250
思考題 250

14　金屬基復(fù)合材料 251
14.1　概述 251
14.1.1　金屬基復(fù)合材料的種類 251
14.1.2　金屬基復(fù)合材料的性能特點(diǎn) 252
14.1.3　金屬基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用 254
14.2　金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度和體系選擇 255
14.2.1　金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度 255
14.2.2　金屬基復(fù)合材料的體系選擇 256
14.3　金屬基復(fù)合材料的界面與控制 258
14.3.1　金屬基復(fù)合材料界面結(jié)合與界面類型 258
14.3.2　金屬基復(fù)合材料界面穩(wěn)定性 260
14.3.3　金屬基復(fù)合材料界面浸潤與界面反應(yīng)控制 261
14.4　金屬基復(fù)合材料的性能 262
14.4.1　纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 262
14.4.2　短纖維及顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 264
本章小結(jié) 265
思考題 266

15　金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料 267
15.1　概述 267
15.1.1　金屬間化合物材料的性能特點(diǎn) 267
15.1.2　金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料發(fā)展歷史 268
15.2　常用金屬間化合物材料及應(yīng)用 269
15.2.1　Ni-Al系金屬間化合物合金 269
15.2.2　Fe-Al系金屬間化合物合金 271
15.2.3　Ti-Al系金屬間化合物合金 272
本章小結(jié) 275
思考題 275

附錄 276
附錄A　課程總結(jié)提要 276
附錄B　課堂討論題 279
附錄C　關(guān)于金屬材料部分力學(xué)性能符號的說明 282

參考文獻(xiàn) 283