金属学与热处理PDF电子书下载

1 金属的晶体结构 1

1.1 金属 1

1.1.1 金属键 1

1.1.2 金属的特性 1

1.1.3 金属原子的排列规则 2

1.2 金属的晶体结构 3

1.2.1 晶体与非晶体 3

1.2.2 空间点阵 3

1.2.3 常见的金属晶体结构 5

1.3 晶体学概念 7

1.3.1 晶胞中的原子数 7

1.3.2 原子半径 7

1.3.3 配位数和致密度 7

1.3.4 晶体中原子的堆垛方式 8

1.3.5 晶体结构中的间隙 9

1.3.6 同素异晶转变 11

1.3.7 晶面指数和晶向指数 11

1.4 合金的相结构 14

1.4.1 主要名词概念 14

1.4.2 合金的相结构 15

1.5 实际金属的结构 20

1.5.1 点缺陷 20

1.5.2 线缺陷 22

1.5.3 面缺陷 25

习题 27

2 纯金属的结晶 29

2.1 金属结晶的规律 29

2.1.1 过冷现象及过冷度 29

2.1.2 结晶的热力学条件 30

2.2 纯金属的结晶过程 31

2.2.1 液态金属的结构 31

2.2.2 金属的结晶过程 31

2.2.3 形核规律 31

2.3 晶核长大 36

2.3.1 液-固界面的微观结构 36

2.3.2 晶核的长大 37

2.3.3 固-液界面前沿液体中的温度梯度 38

2.3.4 纯金属的生长形态 38

2.4 晶粒大小的控制 39

2.4.1 晶粒大小对金属力学性能的影响 39

2.4.2 过冷度对晶粒大小的影响 40

2.4.3 变质处理对晶粒大小的影响 40

2.4.4 振动、搅拌对晶粒大小的影响 41

2.5 结晶理论的应用 41

2.5.1 定向凝固技术 41

2.5.2 单晶体的制备 42

2.5.3 急冷凝固技术 43

习题 44

3 二元合金相图 45

3.1 二元合金相图 45

3.1.1 二元合金相图的建立 45

3.1.2 相律及杠杆定律 47

3.2 二元匀晶相图 48

3.2.1 Cu-Ni相图分析 48

3.2.2 固溶体合金的结晶过程及组织 48

3.3 二元共晶相图 50

3.3.1 Pb-Sn相图分析 50

3.3.2 典型合金的平衡结晶过程及组织 51

3.4 包晶相图及其合金的结晶 57

3.4.1 Pt-Ag合金相图分析 57

3.4.2 典型合金的平衡结晶过程及组织 58

3.4.3 具有包晶转变的合金的不平衡凝固 59

3.5 其他类型的二元合金相图 59

3.5.1 形成稳定化合物的相图 59

3.5.2 具有固态相变的相图 60

3.6 合金的性能与相图之间的关系 61

3.6.1 力学、物理性能与相图的关系 61

3.6.2 合金工艺性能与相图的关系 61

3.7 金属铸锭的组织与缺陷 62

3.7.1 铸锭三晶区的形成 62

3.7.2 铸锭缺陷 64

习题 65

4 铁碳合金相图 66

4.1 铁碳合金的基本相 66

4.1.1 纯铁 66

4.1.2 铁素体与奥氏体 67

4.1.3 渗碳体 68

4.2 Fe-Fe3C相图分析 68

4.2.1 相图中的点、线、区 68

4.2.2 三条水平线相变 69

4.2.3 四条重要的特性曲线 70

4.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 70

4.3.1 工业纯铁 71

4.3.2 共析钢 72

4.3.3 亚共析钢 72

4.3.4 过共析钢 74

4.3.5 共晶白口铁 74

4.3.6 亚共晶白口铁 75

4.3.7 过共晶白口铁 76

4.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 77

4.4.1 对平衡组织的影响 77

4.4.2 对力学性能的影响 78

4.4.3 对工艺性能的影响 79

4.5 钢中的杂质元素对组织性能的影响 80

4.5.1 锰的影响 80

4.5.2 硅的影响 81

4.5.3 硫的影响 81

4.5.4 磷的影响 81

4.5.5 氮的影响 82

4.5.6 氢的影响 82

4.5.7 氧及其他非金属夹杂物的影响 82

习题 83

5 三元合金相图 84

5.1 概述 84

5.2 三元系统基本原理 85

5.2.1 三元合金相图的表示方法 85

5.2.2 三元系平衡相的定量法则 87

5.2.3 三元系统相图的构成要素 89

5.3 三元相图的基本类型 90

5.3.1 三元匀晶相图 90

5.3.2 三元共晶相图（三元低共熔点相图） 92

5.3.3 具有包晶转变的三元相图 97

5.3.4 生成化合物的三元相图 98

习题 100

6 金属及合金的塑性变形与再结晶 102

6.1 金属的变形特性 102

6.1.1 应力-应变曲线 102

6.1.2 真应力-真应变曲线 103

6.1.3 金属与合金的弹性变形 104

6.2 单晶体的塑性变形 106

6.2.1 滑移 106

6.2.2 孪生 114

6.3 多晶体的塑性变形 115

6.3.1 多晶体的塑性变形过程 116

6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响 117

6.4 合金的塑性变形 117

6.4.1 单相固溶体的塑性变形 118

6.4.2 多相合金的塑性变形 118

6.5 塑性变形对金属组织和性能的影响 120

6.5.1 塑性变形对组织结构的影响 120

6.5.2 塑性变形对金属性能的影响 123

6.6 金属及合金的回复与再结晶 125

6.6.1 形变金属与合金在退火过程中的变化 125

6.6.2 回复 127

6.6.3 再结晶 130

6.6.4 晶粒长大 134

6.7 金属的加工 139

6.7.1 金属的热加工与冷加工 139

6.7.2 动态回复与动态再结晶 140

6.7.3 热加工后的组织与性能 141

习题 143

7 金属与合金中的扩散 144

7.1 概述 144

7.1.1 扩散现象和本质 144

7.1.2 扩散机理 145

7.1.3 固态金属扩散的条件 147

7.1.4 固态扩散的分类 148

7.2 扩散定律 149

7.2.1 菲克第一定律 149

7.2.2 菲克第二定律 150

7.2.3 扩散应用举例 151

7.3 影响扩散的因素 154

7.3.1 温度 154

7.3.2 晶体结构 154

7.3.3 固溶体类型 155

7.3.4 晶体缺陷 155

7.3.5 化学成分 156

习题 157

8 钢的热处理原理 158

8.1 概述 158

8.1.1 热处理的作用 158

8.1.2 热处理与相图 158

8.2 钢在加热时的组织转变 159

8.2.1 奥氏体的特性 159

8.2.2 奥氏体形成的热力学条件 160

8.2.3 奥氏体的形成过程 160

8.2.4 奥氏体等温形成动力学 162

8.2.5 奥氏体晶体长大及控制 164

8.3 钢在冷却时的组织转变 168

8.3.1 概述 168

8.3.2 过冷奥氏体等温转变图 168

8.3.3 珠光体转变 171

8.3.4 马氏体转变 176

8.3.5 贝氏体转变 183

8.4 过冷奥氏体连续冷却转变图及其应用 190

8.4.1 过冷奥氏体连续冷却转变图的建立 190

8.4.2 CCT图与TTT图的比较 191

8.4.3 过冷奥氏体连续冷却转变图的应用 192

8.5 钢在回火时的转变 193

8.5.1 淬火碳钢回火时转变的分类 193

8.5.2 碳钢回火时的组织转变过程 193

8.5.3 回火的各种组织及其力学性能的变化 195

8.6 钢的热处理工艺 199

8.6.1 钢的退火与正火 199

8.6.2 钢的淬火 202

8.6.3 钢的回火 208

8.6.4 钢的化学热处理 210

8.6.5 钢的特种热处理技术 213

习题 218

9 工业用钢 219

9.1 钢中的合金元素及作用 219

9.1.1 合金元素在钢中存在的形式 219

9.1.2 合金元素对铁碳相图的影响 223

9.2 钢的分类及牌号 227

9.2.1 钢的分类 228

9.2.2 钢的牌号 228

9.3 工程结构用钢 230

9.3.1 碳素结构钢 231

9.3.2 普通低合金结构钢 231

9.4 机械零件用钢 232

9.4.1 调质钢 233

9.4.2 渗碳钢 235

9.4.3 弹簧钢 237

9.4.4 滚动轴承钢 239

9.5 工具钢 242

9.5.1 刃具钢 242

9.5.2 模具钢 248

9.5.3 量具钢 250

9.6 特殊性能钢 251

9.6.1 不锈钢 251

9.6.2 耐热钢 256

9.6.3 耐磨钢 257

习题 258

10 铸铁 259

10.1 铸铁的石墨化过程及分类 259

10.1.1 铸铁的石墨化过程 259

10.1.2 铸铁的分类 260

10.2 灰口铸铁 261

10.2.1 灰口铸铁的化学成分、组织和性能 261

10.2.2 灰口铸铁的牌号和用途 262

10.2.3 影响灰口铸铁组织与性能的因素 262

10.2.4 灰口铸铁的孕育处理 263

10.2.5 灰口铸铁的热处理 264

10.3 球墨铸铁 264

10.3.1 球墨铸铁的化学成分、组织和性能 264

10.3.2 球墨铸铁的牌号和用途 265

10.3.3 球墨铸铁的热处理 266

10.4 蠕墨铸铁 267

10.4.1 蠕墨铸铁的化学成分与金相组织 267

10.4.2 蠕墨铸铁的牌号、性能与用途 267

10.5 可锻铸铁 268

10.5.1 可锻铸铁的化学成分、组织及石墨化退火 268

10.5.2 可锻铸铁的牌号、性能及用途 268

10.6 特殊性能铸铁 269

10.6.1 耐磨铸铁 269

10.6.2 耐热铸铁 269

10.6.3 耐蚀铸铁 270

习题 270

11 有色金属合金 272

11.1 铝及铝合金 272

11.1.1 纯铝 272

11.1.2 铝合金的分类 272

11.1.3 铝及铝合金的强化 273

11.1.4 变形铝合金 276

11.1.5 铸造铝合金 280

11.1.6 耐热铝合金 283

11.2 铜及铜合金 285

11.2.1 纯铜（紫铜） 285

11.2.2 黄铜 286

11.2.3 青铜 288

11.3 钦及钦合金 289

11.3.1 纯铁 290

11.3.2 铁的合金化 290

11.3.3 工业用钦合金 291

11.3.4 铁合金的热处理 294

习题 296

附录 297

参考文献 303