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绪论 1

第1篇 金属材料基础 5

1 金属学基础 5

1.1 金属的晶体结构和缺陷 5

1.1.1 纯金属的晶体结构 5

1.1.2 金属的晶体缺陷 10

1.2 金属的结晶 13

1.2.1 纯金属的结晶过程 13

1.2.2 金属铸锭的组织和结构 15

1.2.3 细晶强化与变质处理 16

1.3.1 金属塑性变形对金属组织和性能的影响 17

1.3 金属的塑性变形与再结晶 17

1.3.2 塑性变形金属的加热回复与再结晶 19

1.3.3 金属的热加工 20

1.4 二元合金的相结构和相图 21

1.4.1 合金的相结构 21

1.4.2 二元合金相图的类型和分析 23

习题和思考题 28

2 铁碳合金的结构和相图 29

2.1 Fe-Fe3C 合金相图分析 29

2.1.1 铁碳合金相图中的基本相 29

2.1.2 Fe-Fe3C 合金相图 30

2.2.1 共析钢 32

2.2 典型铁碳合金的结晶过程及组织 32

2.2.2 亚共析钢 33

2.2.3 过共析钢 34

2.3 铁碳合金性能与成分、组织的关系 35

2.3.1 合金性能与相图的关系 35

2.3.2 Fe-Fe3C 合金相图的应用 36

习题和思考题 37

3 钢的热处理和表面改性 38

3.1 钢在热处理时的组织转变 38

3.1.1 钢在加热时的组织转变 39

3.1.2 钢在冷却时的组织转变 41

3.2.1 钢的退火和正火 45

3.2 钢的热处理工艺对组织和性能的影响 45

3.2.2 钢的淬火 46

3.2.3 钢的回火 49

3.3 钢的表面处理强化 50

3.3.1 钢的表面热处理强化 51

3.3.2 钢的化学热处理强化 52

3.3.3 钢的表面处理改性 54

习题和思考题 61

4 钢的合金化对组织和性能的影响 62

4.1 合金元素在钢中的存在形式和作用 62

4.2.1 合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响 63

4.2 合金元素对钢热处理的影响 63

4.2.2 合金元素对加热和冷却转变的影响 64

4.2.3 合金元素对回火转变的影响 64

4.3 合金元素对钢加工性能的影响 65

4.4 钢中杂质对性能的影响 66

4.5 钢的分类简介 66

4.5.1 碳钢的分类与牌号 66

4.5.2 合金钢的分类 67

习题和思考题 68

5.1.1 力学性能 71

5.1 金属材料的力学性能 71

5 金属材料的主要性能 71

第2篇 过程装备用金属材料 71

5.1.2 服役条件对力学性能的影响 81

5.2 金属材料的加工工艺性能 82

5.2.1 焊接性能 83

5.2.2 铸造性能 85

5.2.3 压力加工性能 85

5.2.4 机加工性能 86

5.2.5 热处理性能 86

5.3 金属材料的物理性能与耐腐蚀性能 86

5.3.1 物理性能 86

5.3.2 耐腐蚀性能 87

习题和思考题 88

6.1 金属材料常见失效形式及其判断 89

6 过程装备失效与材料的关系 89

6.1.1 变形失效 90

6.1.2 断裂失效 91

6.1.3 表面损伤 104

6.2 过程装备及其构件失效的原因和失效分析 108

6.2.1 过程装备及其构件失效的原因 108

6.2.2 失效分析方法简介 110

习题和思考题 112

7.1.1 压力容器的工况分析 113

7.1.2 压力容器对材料性能的要求 113

7.1 压力容器用钢 113

7 黑色金属及其选用 113

7.1.3 压力容器材料焊接性能的保证 114

7.1.4 压力容器用钢 117

7.2 高温及低温构件用钢 124

7.2.1 高温用钢 124

7.2.2 低温用钢 133

7.3 耐腐蚀构件用钢 139

7.3.1 耐蚀低合金钢 140

7.3.2 耐蚀高合金钢 150

7.3.3 耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢 156

7.4 零部件用钢 160

7.4.1 回转件用钢 161

7.4.2 支撑件用钢及铸铁 165

7.5 管道用钢及铸铁 171

7.5.1 压力管道的工况分析及对材料性能的要求 171

7.5.2 管道用钢及铸铁 172

习题和思考题 173

8 有色金属及其选用 175

8.1 钛及钛合金 175

8.1.1 钛和钛合金的基本性能 175

8.1.2 钛及钛合金的耐蚀性 179

8.1.3 钛在过程装备中的选用 180

8.2 铝及铝合金 182

8.2.1 铝和铝合金的性能 182

8.2.2 铝及铝合金的耐腐蚀性能 185

8.2.3 铝及铝合金在过程装备中的选用 186

8.3 铜及铜合金 187

8.3.1 纯铜的性能 187

8.3.2 铜合金的性能 188

8.3.3 铜和铜合金在过程装备中的选用 193

8.4 镍和镍合金 196

8.4.1 纯镍的基本性能 196

8.4.2 镍基合金的基本性能 197

8.4.3 镍及其合金在过程装备中的选用 199

8.5 轴承合金 201

8.5.1 轴承合金的性能要求及组织特征 201

8.5.2 锡基和铅基轴承合金 202

8.5.3 铜基轴承合金 204

8.5.4 铝基轴承合金 207

8.5.5 轴承合金在过程装备上的选用 209

习题和思考题 210

9.1 过程装备材料选用的一般原则 212

9.1.1 材料选用的一般原则 212

9 选材原则和材料数据库、专家系统简介 212

9.1.2 过程装备选材的特点分析 215

9.2 金属材料数据库简介 218

9.2.1 材料数据库的数据与功能 218

9.2.2 国内外材料数据库简介 218

9.2.3 查询材料及性能数据的网址 221

9.3 材料选用的专家系统简介 222

9.3.1 专家系统的建立及功能 222

9.3.2 材料选用专家系统简介 224

习题和思考题 224

10.1 高分子材料概述 226

10.1.1 高分子材料的分类和应用 226

第3篇 过程装备用非金属材料 226

10 高分子材料基础 226

10.1.2 新型高分子材料 228

10.2 高分子材料的结构与性能 229

10.2.1 高分子结构与性能的关系 229

10.2.2 高分子材料性能的主要特点 233

10.3 高分子材料的加工及选择 234

10.3.1 高分子材料的加工和成型 234

10.3.2 过程装备对高分子材料的选择原则 240

习题和思考题 243

11.1.1 热塑性塑料的性能及选用 244

11 工程常用塑料和橡胶及其选用 244

11.1 常用工程塑料 244

11.1.2 热固性塑料的性能及选用 249

11.2 橡胶及热塑性弹性体 251

11.2.1 常用橡胶的性能及选用 251

11.2.2 热塑性弹性体(TPE) 256

11.3 高分子材料的改性和高分子合金 258

11.3.1 高分子材料的改性 258

11.3.2 高分子合金 260

习题和思考题 263

12.1.2 陶瓷材料的物质结构与显微结构 264

12.1.1 陶瓷材料的分类 264

12.1 陶瓷材料的基本特性 264

12 陶瓷材料 264

12.1.3 陶瓷的基本性能 268

12.2 过程装备用陶瓷材料的性能特点及应用 270

12.2.1 化工陶瓷 270

12.2.2 特种陶瓷 271

12.2.3 玻璃 276

习题和思考题 278

13 复合材料 279

13.1 复合增强理论及增强体材料 280

13.1.1 复合增强理论简介 280

13.1.2 增强体材料 281

13.1.3 复合材料的性能特点 282

13.2 树脂基复合材料(玻璃钢) 284

13.2.1 玻璃钢的组成材料 284

13.2.2 玻璃钢的制备方法 286

13.2.3 玻璃钢的性能特点和应用 288

13.3 金属基复合材料 291

13.3.1 金属基复合材料制备方法 291

13.3.2 金属基复合材料的特性 292

13.4 陶瓷基复合材料 294

13.4.1 陶瓷基复合材料制备方法 294

13.4.2 陶瓷基复合材料的特性 294

习题和思考题 297

参考文献 298