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绪论 1

1　金属的性能 4

1.1　金属的力学性能 4

1.1.1 强度 5

1.1.2 塑性 11

1.1.3　硬度 12

1.1.4 韧性 21

1.1.5 疲劳强度 24

1.1.6　弯曲性能 26

1.1.7 力学性能 29

1.2　金属的物理性能和化学性能 30

1.2.1 物理性能 30

1.2.2 金属的化学性能 32

1.3　金属的工艺性能 32

1.3.1 铸造性能 33

1.3.2　锻造性能 33

1.3.3 焊接性能 33

1.3.4　切削加工性能 33

思考题 34

2　金属的晶体结构及结晶 36

2.1　金属的晶体结构 36

2.1.1 金属特性与金属键 36

2.1.2 晶体的基本概念 37

2.1.3 金属中常见的晶格类型 37

2.1.4 晶面与晶向 40

2.2　实际金属的晶体结构及其对性能的影响 42

2.2.1 多晶体的几个基本概念 42

2.2.2 晶体缺陷及其对性能的影响 43

2.3　纯金属的结晶及其基本规律 45

2.3.1 热分析实验与冷却曲线 46

2.3.2　金属结晶的过冷现象 46

2.3.3　金属的结晶过程 47

2.3.4 金属结晶的热力学条件 47

2.3.5 金属结晶的结构条件 48

2.3.6 晶核的形成 50

2.3.7 晶核长大 57

思考题 65

3　合金的结构及相图 67

3.1　合金的基本知识 67

3.1.1 合金的基本概念 67

3.1.2　合金的相结构 67

3.2　二元合金相图的建立 69

3.2.1 二元合金相图的表示方法 70

3.2.2 二元合金相图的测绘方法 70

3.3　二元匀晶相图 71

3.3.1 相图分析 71

3.3.2　杠杆定律 72

3.3.3　合金的结晶过程分析 73

3.3.4 固溶体的不平衡结晶 73

3.3.5 成分过冷及其对晶体成长形状的影响 76

3.4　二元共晶相图 78

3.4.1 相图分析 78

3.4.2　合金的结晶过程分析 79

3.4.3 密度偏析（区域偏析） 82

3.4.4 不平衡结晶及组织 82

3.5　其他相图 84

3.5.1 包晶相图 84

3.5.2 形成稳定化合物的相图 85

3.6　二元相图的分析和使用 86

3.6.1 相图分析步骤 86

3.6.2 应用相图时要注意的问题 86

3.6.3 根据相图判断合金的性能 87

3.7　铸锭的组织 89

3.7.1 铸锭三晶区的形成 89

3.7.2　铸锭组织的控制 91

思考题 93

4　铁碳合金 96

4.1　铁碳合金的组元及基本相 96

4.1.1 纯铁 96

4.1.2 渗碳体 98

4.2 Fe-Fe3C相图分析 99

4.2.1 相图中的点、线、区及其意义 99

4.3　铁碳合金的平衡结晶过程及组织 102

4.3.1 工业纯铁 103

4.3.2 共析钢 103

4.3.3 亚共析钢 104

4.3.4 过共析钢 106

4.3.5 共晶白口铁 107

4.3.6 亚共晶白口铁 107

4.3.7 过共晶白口铁 109

4.4　碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响及铁碳相图的应用 109

4.4.1 碳含量对平衡组织的影响 109

4.4.2 碳含量对力学性能的影响 111

4.4.3 碳含量对工艺性能的影响 112

4.4.4 铁碳合金相图的应用 114

4.5　连铸钢坯组织与缺陷 115

4.5.1 铸坯低倍结构特征 115

4.5.2　铸坯结构的控制 115

4.5.3 铸坯及钢材的缺陷 117

思考题 123

5　金属塑性变形与再结晶 125

5.1　金属的塑性变形 125

5.1.1 单晶体的塑性变形 126

5.1.2 多晶体的塑性变形 129

5.2　合金的塑性变形 130

5.2.1 固溶体合金的塑性变形特点 131

5.2.2 复相合金的塑性变形特点 131

5.3　冷塑性变形对金属性能与组织的影响 132

5.3.1 冷塑性变形对金属性能的影响 132

5.3.2 冷塑性变形对金属组织结构的影响 133

5.3.3 产生内应力 135

5.4　冷变形金属在加热时的变化 135

5.4.1 回复 135

5.4.2 再结晶 136

5.4.3 晶粒长大 137

5.5　金属的热塑性变形（热变形加工） 137

5.5.1 热变形加工与冷变形加工的区别 137

5.5.2 热变形加工对金属组织与性能的影响 138

思考题 140

6　三元合金相图 142

6.1 三元合金相图的表示方法 142

6.1.1 成分三角形 142

6.1.2 成分三角形中具有特定意义的直线 142

6.2　三元系平衡相的定量法则 143

6.2.1 直线法则和杠杆定律 144

6.2.2 重心法则 144

6.3　三元匀晶相图 145

6.3.1 相图的空间模型 145

6.3.2 固溶体合金的结晶过程 145

6.3.3 等温截面（水平截面） 146

6.3.4 变温截面（垂直截面） 147

6.3.5 投影图 149

6.4　组元在固态下完全不溶的三元共晶相图 149

6.4.1 相图的空间模型 149

6.4.2 等温截面 152

6.4.3 变温截面 153

6.4.4 投影图 154

6.4.5 合金的结晶过程及组织 155

6.5　三元合金相图实例分析 156

6.5.1 Fe-C-Si三元系的变温截面 156

6.5.2 Fe-C-Cr三元系的等温截面 158

6.5.3 Fe-C-Cr三元系的变温截面图 159

6.5.4 Fe-Cr-Ni投影图 160

6.5.5 CaO-SiO2-Al2O3三元系投影图 160

思考题 161

7　钢的热处理 163

7.1　钢在加热时的转变 163

7.1.1 相变点 163

7.1.2　钢的奥氏体化 164

7.1.3 奥氏体化的影响因素 164

7.1.4 奥氏体晶粒长大 165

7.2　钢在冷却时的转变 166

7.2.1 过冷奥氏体的等温转变 167

7.2.2 等温转变图的应用 172

7.3 钢的退火与正火 172

7.3.1 退火 173

7.3.2 正火 175

7.4　钢的淬火 176

7.4.1 淬火加热温度 176

7.4.2 冷却介质 176

7.4.3 淬火方法 177

7.4.4 钢的淬透性与淬硬性 178

7.4.5 淬火缺陷及防止措施 179

7.5　钢的回火 184

7.5.1 淬火钢在回火时组织与性能的变化 184

7.5.2 回火的分类及应用 185

7.6　钢的表面热处理 185

7.6.1 表面淬火 185

7.6.2　钢的化学热处理 186

7.7　钢的形变热处理及其他方法 187

7.7.1 形变热处理 187

7.7.2 时效处理 188

7.7.3 强韧化处理 189

7.7.4 控制轧制、控制冷却技术 189

思考题 195

8　钢 197

8.1　钢及其分类 197

8.1.1 按化学成分分类 197

8.1.2 按主要质量等级和主要性能及使用特性分类 198

8.2　钢号表示方法 202

8.2.1 非合金钢 203

8.2.2　合金钢 204

8.2.3　低合金钢 205

8.2.4　普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号 205

8.2.5 我国及日本硅钢片牌号表示方法 206

8.3　常存及残余元素对钢性能的影响 207

8.3.1 锰和硅的影响 207

8.3.2　硫的影响 207

8.3.3　磷的影响 209

8.3.4 氮的影响 210

8.3.5 氢的影响 210

8.3.6 氧及其他非金属夹杂物的影响 211

8.4　合金元素在钢中的作用 212

8.4.1 合金元素在钢中存在形式 212

8.4.2 合金元素对铁-渗碳体相图的影响 213

8.4.3 合金元素对钢热处理的影响 215

8.4.4 合金元素对钢力学性能的影响 217

8.5　非合金钢 219

8.5.1 以规定最低强度为主要特性的非合金钢 219

8.5.2 以限制碳的质量分数为主要特性的非合金钢 220

8.5.3 非合金工具钢 224

8.5.4 以规定最高强度（或硬度）为主要特性的非合金钢 225

8.6　合金钢 226

8.6.1 机械结构用合金钢 226

8.6.2　不锈钢、耐蚀钢 230

8.6.3 耐热钢和高温合金 242

8.6.4　高温合金 246

8.6.5　耐磨钢 249

8.6.6 工具钢 251

8.6.7 轴承钢 257

8.7　工程结构用合金钢与低合金钢 259

8.7.1 低合金高强度结构钢 259

8.7.2　低合金耐候钢 263

8.7.3 汽车用低合金钢 263

8.7.4　管线钢 268

8.7.5　低温和中温压力容器用钢 272

8.7.6　锅炉用耐热钢 272

8.7.7　铁道用低合金钢 273

8.7.8　混凝土钢筋钢 273

8.7.9 电工硅钢 273

8.7.10 中厚钢板 275

思考题 280

9　铸铁 283

9.1　铸铁的石墨化过程 283

9.1.1 铁碳合金双重相图及石墨化过程 283

9.1.2　铸铁的分类 285

9.2　灰铸铁 286

9.2.1 灰铸铁的化学成分、组织和性能 286

9.2.2 影响灰铸铁组织与性能的因素 287

9.2.3 金相组织的分类与评级 289

9.2.4　灰铸铁的孕育处理 289

9.3　球墨铸铁 289

9.3.1 球墨铸铁金相组织的评级 289

9.3.2　球铁的成分、组织、性能及用途 290

9.4　蠕墨铸铁 291

9.4.1 蠕墨铸铁的组织特点 291

9.4.2　蠕墨铸铁的性能特点 292

9.5　可锻铸铁 293

9.6　合金铸铁 294

9.6.1 耐磨铸铁 294

9.6.2 耐热铸铁 295

9.6.3 耐蚀铸铁 295

思考题 296

附录 298

附录1 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备（GB/T 2975—1998） 298

附录2　数值修约规则（GB8170—87） 307

附录3　平均布氏硬度值计算表 310

附录4　黑色金属硬度及强度换算表（GB/T 1172—1999） 315

附录5 国内外常用钢钢号对照表 321

附录6　钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T 17616—1998） 325

附录7　钢的牌号总结 329

附录8　周期表中各元素的晶体结构 333

附录9　产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 221—2000） 334

附录10　钢板的命名方法 336

附录11　实验 342

参考文献 368