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绪论 1

1 材料的性能与机械零件的失效分析 3

1.1 材料的物理、化学性能 3

1.1.1 材料的物理性能 3

1.1.2 材料的化学性能 5

1.2 机械零件的失效分析与材料的力学性能 8

1.2.1 常温静载下的过量变形、断裂及力学性能指标 8

1.2.2 冲击载荷下的断裂及力学性能指标 12

1.2.3 疲劳断裂及力学性能指标 14

1.2.4 磨损失效及力学性能指标 16

1.2.5 高温蠕变变形和断裂及力学性能指标 19

1.3 材料的工艺性能 20

1.3.1 铸造性能 20

1.3.2 压力加工性能 20

1.3.3 焊接性能 21

1.3.4 切削加工性能 22

1.3.5 热处理性能 22

实验 金属材料的力学性能实验 22

练习题与思考题 28

2 金属的晶体结构与结晶 29

2.1 金属的晶体结构 29

2.1.1 金属的原子结构 29

2.1.2 金属键与金属特性 29

2.1.3 金属的晶体结构 30

2.2 实际金属的晶体结构 33

2.2.1 点缺陷 33

2.2.2 线缺陷 34

2.2.3 面缺陷 35

2.3 纯金属的结晶 36

2.3.1 纯金属结晶的宏观现象 37

2.3.2 金属结晶的条件 38

2.3.3 纯金属的结晶过程 38

2.3.4 晶粒大小的控制 40

2.4 金属铸锭结构和缺陷 41

2.4.1 金属铸锭结构和形成 41

2.4.2 金属铸锭结构的控制 41

2.4.3 铸锭的缺陷 42

练习题与思考题 43

3 铁碳合金相图 44

3.1 合金相结构 44

3.1.1 基本概念 44

3.1.2 合金相的基本结构 45

3.2 二元合金相图 46

3.2.1 二元合金相图的构成与建立 46

3.2.2 匀晶相图 47

3.2.3 共晶相图 48

3.2.4 共析相图 51

3.2.5 具有稳定化合物的相图 51

3.3 二元合金相图与合金性能的关系 52

3.3.1 二元合金相图与力学性能的关系 52

3.3.2 二元合金相图与工艺性能的关系 53

3.4 铁碳合金相图 54

3.4.1 纯铁及同素异晶转变 54

3.4.2 铁碳合金基本相 55

3.4.3 铁碳合金相图分析 56

3.4.4 铁碳合金相图的应用 60

实验 铁碳合金平衡组织观察 63

练习题与思考题 64

4 金属的塑性变形和再结晶 65

4.1 金属的塑性变形 65

4.1.1 弹性变形与塑性变形的微观机理 65

4.1.2 单晶体的塑性变形方式 66

4.1.3 多晶体塑性变形 67

4.1.4 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 68

4.2 金属的再结晶 71

4.2.1 回复 72

4.2.2 再结晶 72

4.2.3 晶粒长大 73

4.2.4 影响再结晶晶粒大小的因素 73

4.3 金属的热塑性变形 74

4.3.1 金属热变形加工与冷变形加工的比较 74

4.3.2 热塑性变形对金属组织和性能的影响 75

练习题与思考题 76

5 钢的热处理 78

5.1 热处理概述 78

5.1.1 热处理的作用 78

5.1.2 热处理的基本类型 78

5.1.3 钢的固态转变及转变临界温度 78

5.2 钢在加热时的转变 79

5.2.1 奥氏体的形成过程 79

5.2.2 影响奥氏体形成速度的因素 80

5.2.3 奥氏体晶粒的大小及其影响因素 82

5.3 钢在冷却时的转变 83

5.3.1 过冷奥氏体的等温冷却转变 84

5.3.2 过冷奥氏体的连续冷却转变 89

5.3.3 连续冷却转变图与等温冷却转变图的比较和应用 90

5.4 钢的退火和正火 90

5.4.1 钢的退火目的及工艺 90

5.4.2 钢的正火目的及工艺 93

5.4.3 退火工艺与正火工艺选择 93

5.5 钢的淬火 94

5.5.1 淬火工艺的选择 94

5.5.2 常用的淬火方法 95

5.5.3 钢的淬透性与淬硬性 96

5.5.4 常见的淬火缺陷及预防 98

5.6 钢的回火 99

5.6.1 回火时的组织转变 99

5.6.2 回火工艺 99

5.6.3 回火脆性 100

5.7 钢的冷处理和时效处理 101

5.7.1 钢的冷处理 101

5.7.2 时效处理 101

5.8 钢的表面热处理 102

5.8.1 钢的表面淬火 102

5.8.2 化学热处理 104

5.9 钢的形变热处理 105

5.9.1 高温形变正火 106

5.9.2 高温形变淬火 106

5.9.3 低温形变淬火 106

5.10 热处理设备简介 107

5.10.1 加热设备 107

5.10.2 冷却设备及其他设备 108

5.10.3 质量检测设备 109

实验 钢的热处理 109

练习题与思考题 111

6 铸铁 112

6.1 概述 112

6.1.1 铸铁的石墨化及影响因素 112

6.1.2 铸铁的组织与性能 112

6.1.3 铸铁的分类 112

6.2 普通灰铸铁 113

6.2.1 灰铸铁的化学成分、组织、性能及用途 114

6.2.2 灰铸铁的孕育处理及孕育铸铁 116

6.2.3 灰铸铁的热处理 116

6.3 球墨铸铁 117

6.3.1 球墨铸铁的化学成分、组织、性能及用途 118

6.3.2 球墨铸铁的热处理 120

6.4 可锻铸铁及蠕墨铸铁 122

6.4.1 可锻铸铁 122

6.4.2 蠕墨铸铁 123

6.5 合金铸铁 125

6.5.1 耐热铸铁 125

6.5.2 耐磨铸铁 126

6.5.3 耐蚀铸铁 126

练习题与思考题 127

7 钢的分类 128

7.1 钢的分类 128

7.1.1 按化学成分分类 128

7.1.2 按冶金质量分类 128

7.1.3 按用途分类 129

7.2 钢的牌号表示方法 129

7.2.1 结构钢 129

7.2.2 工具钢 129

7.2.3 特殊性能钢 130

7.3 钢中的杂质及合金元素的作用 130

7.3.1 杂质元素对钢性能的影响 130

7.3.2 钢中气体的影响 131

7.3.3 合金元素的作用 131

练习题与思考题 134

8 结构钢 135

8.1 碳素结构钢 135

8.1.1 普通碳素结构钢 135

8.1.2 优质碳素结构钢 135

8.2 低合金结构钢 137

8.2.1 低合金结构钢的成分特点 138

8.2.2 低合金结构钢的性能特点 138

8.2.3 常用低合金结构钢 138

8.3 机械制造结构钢 140

8.3.1 渗碳钢 140

8.3.2 调质钢 141

8.3.3 易切削钢 143

8.3.4 弹簧钢 147

8.3.5 滚动轴承钢 149

8.3.6 超高强度钢 151

练习题与思考题 153

9 工具钢 154

9.1 碳素工具钢 154

9.2 合金工具钢 155

9.2.1 刃具钢 155

9.2.2 模具钢 156

9.2.3 量具钢 158

9.3 高速工具钢 158

9.3.1 高速钢的成分特点 158

9.3.2 高速钢的热加工 159

9.3.3 高速钢的类型及应用 160

练习题与思考题 160

10 特殊性能钢 161

10.1 不锈钢 161

10.1.1 马氏体不锈钢 161

10.1.2 铁素体不锈钢 163

10.1.3 奥氏体不锈钢 163

10.1.4 其他类型不锈钢 163

10.2 耐热钢 164

10.2.1 抗氧化钢 164

10.2.2 热强钢 165

10.3 耐磨钢 167

练习题与思考题 167

11 有色金属及其合金 168

11.1 铝及铝合金 168

11.1.1 工业纯铝 169

11.1.2 铝合金的分类及热处理 169

11.1.3 变形铝合金 171

11.1.4 铸造铝合金 173

11.2 铜及铜合金 176

11.2.1 工业纯铜 176

11.2.2 铜合金 177

11.3 其他有色金属及其合金 181

11.3.1 镁及镁合金 181

11.3.2 钦及钦合金 182

11.3.3 钨及钨合金 183

11.3.4 镍、铅、锡、金、银 184

11.4 轴承合金 185

11.4.1 轴承合金的性能要求 185

11.4.2 轴承合金的组织特征 186

11.4.3 常用轴承合金 186

11.5 硬质合金 188

11.5.1 硬质合金的性能特点 188

11.5.2 硬质合金的分类和应用 189

练习题与思考题 190

12 非金属材料 191

12.1 高分子材料 191

12.1.1 高分子材料概述 191

12.1.2 高分子材料的性能特点 192

12.1.3 常用高分子材料 193

12.2 陶瓷材料 197

12.2.1 陶瓷材料概述 197

12.2.2 常用陶瓷材料 199

12.3 复合材料 201

12.3.1 复合材料概述 201

12.3.2 常用复合材料 204

练习题与思考题 210

13 典型零件的选材及热处理工艺分析 211

13.1 常用力学性能指标在选材中的意义 211

13.1.1 刚度和弹性指标 211

13.1.2 硬度和强度指标 212

13.1.3 塑性和冲击韧性指标 212

13.1.4 材料强度、塑性与韧性的合理配合 213

13.2 选材方法 213

13.2.1 根据材料的使用性能选材 213

13.2.2 根据材料的工艺性能选材 215

13.2.3 根据材料的经济性选材 216

13.3 典型零件的选材与热处理工艺分析 216

13.3.1 齿轮 217

13.3.2 轴 218

练习题与思考题 219

附表 221

附表1 压痕直径与布氏硬度对照表 221

附表2 常用结构钢退火及正火工艺规范 226

附表3 常用工具钢退火及正火工艺规范 227

参考文献 228