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绪论 1

1 金属的机械性能 4

1.1 强度指标 4

1.1.1 比例极限 4

1.1.2 弹性极限 5

1.1.3 屈服强度 5

1.1.4 抗拉强度 5

1.1.5 弹性模量 6

1.1.6 疲劳强度 6

1.2 塑性指标 7

1.2.1 延伸率 7

1.2.2 断面收缩率 7

1.3 硬度指标 7

1.3.1 布氏硬度 7

1.3.2 洛氏硬度 9

1.4 韧性指标 10

1.4.2 温度对冲击韧性值的影响 11

1.4.1 冲击试验原理 11

1.5 断裂韧性 12

2 金属的晶体结构 14

2.1 金属 14

2.1.1 金属的特性 14

2.1.2 金属原子的结构特点 14

2.1.3 金属原子间的结合方式(金属键) 14

2.2.1 晶体结构的基本知识 16

2.2 金属的晶体结构 16

2.2.2 金属中常见的三种晶体结构 17

2.2.3 表示晶体结构特征的几个参数 18

2.2.4 晶面指数和晶向指数 21

2.2.5 晶体的各向异性 26

2.3 金属的实际晶体结构 27

2.3.1 多晶体结构和亚结构 27

2.3.2 晶体的缺陷 28

2.4 金属中的扩散 32

2.4.1 固态金属中原子扩散的实质 32

2.4.2 固态金属中原子扩散的方式 33

2.4.3 影响扩散速度的主要因素 34

3 纯金属的结晶 35

3.1 结晶的热力学条件 35

3.2 液态金属的性质和结构 36

3.2.1 液态金属的一些性质 36

3.2.2 液态金属的结构 37

3.3 金属结晶的现象 38

3.3.1 金属结晶的过冷现象 38

3.3.2 金属结晶的一般过程 38

3.4 晶核的形成 39

3.4.1 均匀形核(自发形核) 39

3.4.2 非均匀形核(非自发形核) 42

3.4.3 形核率与过冷度的关系 44

3.5 晶核的长大 46

3.5.1 晶体长大的驱动力 46

3.5.2 液-固界面的微观结构 47

3.5.4 晶体生长机制和生长速率 48

3.5.3 液-固界面前沿液体中的温度梯度 48

3.5.5 晶体的形貌 51

3.5.6 过冷度对晶体长大的影响 53

3.5.7 结晶过程中结构缺陷的形成 53

3.6 金属结晶后的晶粒大小 55

3.6.1 晶粒度对金属性能的影响 55

3.6.2 决定晶粒度的因素 56

3.6.3 控制晶粒度的方法 56

3.7.1 铸锭的宏观组织 57

3.7 铸锭的结晶及组织 57

3.7.2 三晶带的形成 58

3.7.3 结晶时的体积变化 60

3.7.4 气泡的形成 61

3.7.5 夹杂物的形成 62

3.8 金属的同素异晶转变 62

4 金属的塑性变形与再结晶 64

4.1 金属的塑性变形 64

4.1.1 单晶体的塑性变形 64

4.1.2 多晶体的塑性变形 70

4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 71

4.2.1 对性能的影响 71

4.2.2 对组织结构的影响 72

4.2.3 产生残余应力 73

4.3 冷变形金属在加热时的变化 75

4.3.1 回复 75

4.3.2 再结晶 75

4.3.4 影响再结晶后晶粒大小的因素 77

4.3.3 晶粒长大 77

4.3.5 冷塑性变形金属的热处理 78

4.4 金属的热塑性变形 79

4.4.1 金属的热加工与冷加工的本质区别 79

4.4.2 热加工对钢组织和性能的影响 80

5 二元合金的相结构与结晶 83

5.1 基本概念 83

5.2 固态合金中的相结构 83

5.2.1 固溶体 84

5.2.2 金属化合物 92

5.3 二元合金相图的基本知识 96

5.3.1 二元合金相图的表示方法 97

5.3.2 二元合金相图的测定方法 98

5.3.3 相律 99

5.3.4 平衡相的定量法则——杠杆定律 100

5.4 匀晶相图 101

5.4.1 匀晶相图分析 102

5.4.2 合金的平衡结晶及其组织 102

5.4.3 结晶过程中溶质组元间的重分配和分配系数 104

5.4.4 合金的非平衡结晶及显微偏析 105

5.4.5 区域熔炼(提纯) 108

5.4.6 成分过冷在固溶体结晶中的作用 109

5.4.7 合金的性能与成分的关系 113

5.5 共晶相图 114

5.5.1 相图分析 114

5.5.2 合金的平衡结晶及其组织 115

5.5.3 合金的非平衡结晶及其组织 122

5.5.4 比重偏析与区域偏析 124

5.5.5 合金性能与成分的关系 125

5.6 包晶相图 126

5.6.1 相图分析 126

5.6.2 合金的平衡结晶及其组织 127

5.6.3 合金的非平衡结晶及其组织 129

5.6.4 包晶转变的细化晶粒作用 130

5.7 形成金属化合物的相图 130

5.7.1 形成稳定化合物的相图 130

5.7.2 形成不稳定化合物的相图 132

5.8 具有固态相变的相图 132

5.8.1 具有同素异晶转变的相图 133

5.8.2 具有共析转变的相图 134

5.8.3 具有包析转变的相图 135

6 铁碳合金相图 137

6.1 铁碳合金的基本相 137

6.1.1 铁素体 137

6.1.3 渗碳体 138

6.1.2 奥氏体 138

6.2 相图分析 139

6.2.1 包晶转变线 140

6.2.2 共晶转变线 140

6.2.3 共析转变线 141

6.2.4 其它重要曲线 141

6.3 典型合金的结晶及其组织 142

6.3.1 工业纯铁的结晶过程及组织转变 143

6.3.2 共析钢(含碳0.77%)的结晶过程及组织转变 144

6.3.3 亚共析钢的结晶过程及组织转变 145

6.3.4 过共析钢的结晶过程及组织转变 145

6.3.5 共晶白口铸铁(含4.3％C)的结晶过程及组织转变 146

6.3.6 亚共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变 148

6.3.7 过共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变 149

6.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 149

6.4.1 含碳量对平衡组织的影响 149

6.4.2 含碳量对机械性能的影响 149

6.5.1 在钢铁选材方面的应用 151

6.5 铁碳相图的应用 151

6.5.2 在制订热加工工艺方面的应用 152

7 三元合金相图 154

7.1 三元合金成分的表示方法 154

7.1.1 用直角坐标表示成分 154

7.1.2 用等边三角形表示成分 154

7.2 三元系中的杠杆定律 156

7.2.1 直线定律 156

7.2.2 重心定律 158

7.3 三元匀晶相图 158

7.3.1 相图分析 158

7.3.2 等温截面 160

7.3.3 变温截面 161

7.4 三元共晶相图 162

7.4.1 相图分析 162

7.4.2 等温截面 165

7.4.3 变温截面 167

7.4.4 结晶过程分析 168

7.4.5 锡-铅-铋三元共晶相图的铋角 170

8 钢的热处理 172

8.1 概述 172

8.2 钢在加热时的转变 172

8.2.1 共析钢的奥氏体化 173

8.2.2 影响奥氏体化的因素 175

8.2.3 奥氏体晶粒的长大 176

8.3 钢在冷却时的转变 178

8.3.1 过冷奥氏体的等温转变 179

8.3.2 影响奥氏体等温转变的因素 187

8.3.3 过冷奥氏体的连续冷却转变 188

8.3.4 马氏体转变 191

8.4 钢的退火与正火 196

8.4.1 退火 196

8.4.2 正火 198

8.5 钢的淬火 200

8.5.1 淬火工艺 200

8.5.2 淬火方法 204

8.5.3 淬火缺陷及防止方法 205

8.6 钢的回火 207

8.6.1 回火的目的 207

8.6.2 淬火钢的回火转变 207

8.6.3 回火转变产物的组织与性能 209

8.6.4 回火的种类及应用 212

8.6.5 回火脆性 213

8.7.1 淬透性的概念 214

8.7 钢的淬透性 214

8.7.2 影响淬透性的因素 215

8.7.3 影响淬透层深度的因素 215

8.7.4 淬透性的测定与表示方法 216

8.7.5 淬透性的实际意义 217

8.8 钢的表面热处理 218

8.8.1 表面淬火 218

8.8.2 化学热处理 220

9.1.3 硫的影响 228

9.1.2 硅的影响 228

9.1 钢中杂质对碳钢性能的影响 228

9.1.1 锰的影响 228

9 碳素钢 228

9.1.4 磷的影响 229

9.1.5 氮的影响 229

9.1.6 氢的影响 230

9.1.7 氧的影响 230

9.2 碳钢的钢锭结构和缺陷 230

9.2.1 镇静钢 230

9.2.2 沸腾钢 232

9.3 碳钢的分类、编号、性能和用途 233

9.3.1 钢的分类 234

9.3.2 钢的编号、性能和用途 234

10 合金钢 239

10.1 合金元素在钢中的作用 239

10.1.1 合金元素与铁和碳的作用 239

10.1.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 242

10.1.3 合金元素对热处理组织转变的影响 243

10.1.4 合金元素对退火、正火状态下钢的机械性能的影响 246

10.2 合金钢的分类 247

10.2.1 按钢的化学成分分类 247

10.2.2 按金相组织分类 247

10.2.3 按用途分类 248

10.2.4 按钢的质量分类 248

10.3 合金结构钢 248

10.3.1 合金结构钢的分类及编号 249

10.3.2 普通低合金钢 249

10.3.3 渗碳钢 251

10.3.4 调质钢 255

10.3.5 弹簧钢 259

10.3.6 滚动轴承钢 261

10.3.7 易切削钢 263

10.3.8 超高强度钢 264

10.4.1 工具钢的分类及编号 267

10.4.2 合金刃具钢 267

10.4 合金工具钢 267

10.4.3 模具钢 274

10.4.4 量具用钢 277

10.5 特殊性能钢 278

10.5.1 不锈耐酸钢 278

10.5.2 耐热钢 281

10.5.3 耐磨钢 284

11 铸铁 286

11.1.1 铁碳双重相图 287

11.1 铸铁的石墨化 287

11.1.2 石墨化过程 288

11.1.3 影响石墨化的因素 289

11.1.4 石墨形态的控制 290

11.2 灰口铸铁 291

11.2.1 灰口铸铁的化学成分、组织和性能 291

11.2.2 灰口铸铁的牌号及应用 294

11.2.3 灰口铸铁的孕育处理 295

11.3.1 球墨铸铁的球化处理和孕育处理 296

11.3 球墨铸铁 296

11.3.2 球墨铸铁的化学成分、组织和性能 297

11.4 可锻铸铁 298

11.4.1 可锻铸铁的组织、性能及用途 299

11.4.2 可锻铸铁的生产 300

11.5 特殊性能铸铁 301

11.5.1 耐磨铸铁 301

11.5.2 耐热铸铁 303

11.5.3 耐蚀铸铁 303

11.6 铸铁的热处理 304

11.6.1 铸铁热处理的特点 304

11.6.2 灰口铸铁的热处理 305

11.6.3 球墨铸铁的热处理 306

12 有色金属及其合金 308

12.1 铝及其合金 308

12.1.1 纯铝的特性、用途与工业用铝的牌号 308

12.1.3 铝合金的热处理原理 309

12.1.2 铝合金的分类 309

12.1.4 形变铝合金及其热处理 312

12.1.5 铸造铝合金及其热处理 316

12.2 铜及其合金 322

12.2.1 纯铜 322

12.2.2 黄铜 322

12.2.3 青铜 327

12.3.1 滑动轴承合金的工作条件与要求 334

12.3 滑动轴承合金 334

12.3.2 锡基轴承合金 335

12.3.3 铅基轴承合金 336

12.3.4 铝基轴承合金 337

12.3.5 铜基轴承合金 338

12.3.6 铁基轴承合金 338

12.4 钛及其合金 338

12.4.1 纯钛 338

12.4.2 钛合金 339

参考文献 341