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绪论 1

0.1 材料科学的重要地位与作用 2

0.2 工程材料的分类 3

0.3 金属学与热处理课程的研究对象、内容与任务 4

本章小结 5

重要名词解释 6

习题 7

第一篇 金属学基础 8

第1章 金属的性能 9

1.1 金属的使用性能 10

1.1.1 金属的力学性能 10

1.1.2 金属的物理性能 16

1.1.3 金属的化学性能 18

1.2 金属的工艺性能 18

1.2.1 铸造性能 19

1.2.2 锻造性能 19

1.2.3 切削加工性能 19

1.2.4 焊接性能 19

1.2.5 热处理性能 19

本章小结 20

重要名词解释 20

习题 21

第2章 金属与合金的结构 22

2.1 金属 23

2.1.1 金属及金属特性 23

2.1.2 金属原子的结构特点 23

2.1.3 金属原子的键合方式 24

2.1.4 金属原子间的结合力与结合能 24

2.2 金属的晶体结构 25

2.2.1 晶体及晶体特性 25

2.2.2 空间点阵 26

2.2.3 晶胞、晶系与布拉菲格子 26

2.2.4 晶向指数和晶面指数 28

2.2.5 典型金属的晶体结构 31

2.2.6 其他金属的晶体结构 36

2.3 实际金属的晶体结构 37

2.3.1 点缺陷 37

2.3.2 位错 39

2.3.3 面缺陷 45

2.4 合金相结构 48

2.4.1 固溶体 49

2.4.2 中间相 54

本章小结 59

重要名词解释 61

习题 63

第3章 纯金属的结晶 66

3.1 纯金属结晶的基本条件与过程 67

3.1.1 液态金属的结构与结晶的结构条件 67

3.1.2 金属结晶的过冷现象 68

3.1.3 金属结晶的热力学条件 69

3.1.4 金属结晶的一般过程 70

3.2 形核 70

3.2.1 均匀形核 70

3.2.2 非均匀形核 73

3.3 晶核的长大 76

3.3.1 晶核长大的条件 76

3.3.2 晶核长大的方式 76

3.3.3 晶核长大的形态 78

3.3.4 晶体长大速度 79

3.4 结晶理论的应用 79

3.4.1 细化晶粒的方法 79

3.4.2 定向凝固技术 81

3.4.3 单晶的制取 81

3.4.4 液态急冷凝固技术 82

本章小结 85

重要名词解释 86

习题 87

第4章 二元合金的凝固与相图 88

4.1 概述 89

4.1.1 二元合金相图的表示方法 89

4.1.2 二元合金相图的测定 89

4.1.3 相律 90

4.1.4 杠杆定律 91

4.2 匀晶相图及固溶体结晶 92

4.2.1 匀晶相图分析 92

4.2.2 固溶体合金的平衡结晶过程 92

4.2.3 固溶体合金的非平衡结晶及枝晶偏析 93

4.2.4 固溶体合金的非平衡结晶及宏观偏析 95

4.2.5 固溶体合金结晶时的成分过冷与晶体形态 98

4.3 共晶相图及共晶合金结晶 101

4.3.1 共晶相图分析 101

4.3.2 合金的平衡结晶过程 101

4.3.3 初晶和共晶的组织形态 104

4.3.4 共晶合金的非平衡结晶 105

4.4 包晶相图 107

4.4.1 包晶相图分析 107

4.4.2 合金的平衡结晶过程 107

4.4.3 包晶系合金的非平衡结晶 108

4.4.4 包晶转变在生产中的应用 109

4.5 其他类型的二元合金相图 109

4.5.1 两组元形成化合物的二元相图 109

4.5.2 具有三相平衡恒温转变的其他二元相图 110

4.5.3 具有同素异晶转变的相图 112

4.5.4 具有有序转变和磁性转变的二元相图 112

4.6 二元合金相图基本类型小结 113

4.6.1 二元合金相图基本形式 113

4.6.2 二元合金相图基本单元及其组合规律——相区接触法则 114

4.7 二元合金相图的分析 114

4.7.1 二元合金相图的分析方法 115

4.7.2 二元合金相图分析举例 115

4.8 二元合金相图与性能的关系 116

4.8.1 相图与合金使用性能的关系 116

4.8.2 相图与合金工艺性能的关系 117

4.9 合金铸锭（件）的组织与缺陷 118

4.9.1 铸锭的组织 118

4.9.2 铸锭的缺陷 118

4.10 相图的热力学解释 120

4.10.1 自由能-成分曲线 120

4.10.2 公切线法则 122

4.10.3 用自由能-成分曲线绘制相图 122

本章小结 124

重要名词解释 125

习题 127

第5章 铁碳相图 128

5.1 铁碳合金的组元和基本相 129

5.1.1 铁碳合金的组元 130

5.1.2 铁碳合金中的基本相 130

5.2 铁碳合金相图分析 131

5.2.1 相图中特性点 131

5.2.2 相图中特性线 132

5.3 铁碳合金的平衡结晶过程 132

5.3.1 工业纯铁的平衡结晶过程 132

5.3.2 共析钢的平衡结晶过程 133

5.3.3 亚共析钢的平衡结晶过程 134

5.3.4 过共析钢的平衡结晶过程 135

5.3.5 共晶合金的平衡结晶过程 136

5.3.6 亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程 136

5.3.7 过共晶白口铸铁的平衡结晶过程 137

5.4 碳对铁碳合金平衡组织与性能的影响 138

5.4.1 碳对铁碳合金平衡组织的影响 138

5.4.2 碳对铁碳合金机械性能的影响 139

5.4.3 碳对铁碳合金工艺性能的影响 140

5.5 Fe-Fe3C相图在材料加工中的应用 141

5.5.1 在钢铁材料选用方面的应用 141

5.5.2 在铸造工艺方面的应用 141

5.5.3 在热锻、热轧工艺方面的应用 141

5.5.4 在热处理工艺方面的应用 141

5.6 钢中杂质对钢组织和性能的影响 142

5.6.1 锰和硅的影响 142

5.6.2 硫和磷的影响 142

5.6.3 氢、氮、氧的影响 143

5.7 钢锭的组织和缺陷 144

5.7.1 镇静钢锭的组织和缺陷 144

5.7.2 沸腾钢锭的组织和缺陷 145

本章小结 146

重要名词解释 147

习题 147

第6章 三元合金相图 149

6.1 三元相图的基本知识 150

6.1.1 概述 150

6.1.2 三元相图的成分表示方法 150

6.1.3 杠杆定律 152

6.1.4 重心定律 152

6.2 三元匀晶相图 153

6.2.1 相图空间模型 153

6.2.2 合金凝固过程及组织 153

6.2.3 等温截面 154

6.2.4 变温截面 155

6.2.5 等温线投影图 156

6.3 固态下互不溶解的三元共晶相图 156

6.3.1 相图空间模型 156

6.3.2 截面图 158

6.3.3 投影图及合金结晶过程 159

6.4 固态下有限互溶的三元共晶相图 160

6.4.1 相图空间模型 160

6.4.2 截面图 162

6.4.3 投影图及合金结晶过程 164

6.5 三元包共晶相图 165

6.6 三元相图中相元平衡与四相平衡 166

6.7 三元相图实例分析 169

6.7.1 Fe-Cr-C三元系相图 169

6.7.2 Fe-C-Si三元系垂直截面 170

6.7.3 Fe-C-N三元系水平截面 171

6.7.4 Al-Cu-Mg三元系投影图 172

6.7.5 Al-Mg-Si系投影图 173

本章小结 174

重要名词解释 175

习题 176

第7章 金属与合金的塑性变形与断裂 178

7.1 应力-应变曲线 179

7.1.1 工程应力-应变曲线 179

7.1.2 真应力-应变曲线 180

7.1.3 弹性变形 181

7.2 单晶体的塑性变形 182

7.2.1 滑移 182

7.2.2 滑移的位错机制 188

7.2.3 孪生 189

7.3 位错在塑性变形中的行为 191

7.3.1 位错的交截 191

7.3.2 位错的增殖 193

7.3.3 位错的塞积 194

7.4 多晶体的塑性变形 195

7.4.1 多晶体塑性变形的特点 195

7.4.2 晶粒大小对力学性能的影响 196

7.5 合金的塑性变形 197

7.5.1 单相固溶体合金的塑性变形 197

7.5.2 多相合金的塑性变形 199

7.6 塑性变形对金属组织与性能的影响 200

7.6.1 组织结构的变化 200

7.6.2 性能变化 201

7.6.3 残留应力 202

7.6.4 变形织构 203

7.7 金属的断裂 203

7.7.1 断口形态 204

7.7.2 影响金属材料断裂性质的基本因素 206

7.7.3 断裂韧性 207

本章小结 209

重要名词解释 210

习题 211

第8章 金属与合金的回复再结晶 213

8.1 变形金属在加热时的变化 214

8.1.1 显微组织和性能的变化 214

8.1.2 加热过程中能量释放的情况 215

8.2 回复 215

8.2.1 回复动力学 216

8.2.2 回复的机理 216

8.2.3 回复以后金属性能的变化 217

8.3 再结晶 218

8.3.1 再结晶晶核的形成与长大 218

8.3.2 再结晶温度及其影响因素 219

8.4 晶粒长大 221

8.4.1 晶粒的正常长大 221

8.4.2 晶粒的异常长大——二次再结晶 223

8.5 再结晶退火后的组织与性能 224

8.5.1 再结晶全图 224

8.5.2 再结晶织构 225

8.5.3 退火孪晶 225

8.6 金属的热加工 226

8.6.1 动态回复与动态再结晶 227

8.6.2 热加工后的组织与性能 228

8.7 超塑性加工 229

8.7.1 超塑性的表示 229

8.7.2 影响超塑性的因素 229

8.7.3 超塑性变形后的组织变化 230

8.7.4 超塑性变形的机制 231

本章小结 231

重要名词解释 232

习题 233

第9章 扩散 235

9.1 概述 236

9.1.1 扩散的驱动力 236

9.1.2 扩散的微观机制及扩散激活能 236

9.1.3 扩散系数 237

9.1.4 固态扩散的分类 238

9.2 扩散定理 239

9.2.1 扩散第一定律 239

9.2.2 扩散第二定律 240

9.3 影响扩散的因素 241

9.3.1 温度的影响 241

9.3.2 晶体结构的影响 241

9.3.3 固溶体类型对扩散的影响 241

9.3.4 固溶体浓度对扩散的影响 242

9.3.5 晶体缺陷的影响 242

9.3.6 化学成分对扩散的影响 242

本章小结 243

重要名词解释 243

习题 244

第二篇 钢的热处理原理与工艺 245

第10章 钢的热处理原理与工艺 246

10.1 固态相变的特点 247

10.1.1 相变阻力大 247

10.1.2 界面上原子排列的匹配 248

10.1.3 晶体学位向相似 249

10.1.4 惯习现象 249

10.1.5 晶体缺陷的促进作用 250

10.1.6 过渡相 250

10.2 固态相变的基本类型 250

10.2.1 扩散型相变 251

10.2.2 非扩散型相变 252

10.2.3 半扩散型相变 252

10.3 固态相变时的形核与长大 252

10.3.1 均匀形核 252

10.3.2 非均匀形核 252

10.3.3 晶核长大 253

10.4 钢在加热时的转变 257

10.4.1 奥氏体的形成过程 258

10.4.2 奥氏体晶粒大小及其控制 259

10.5 过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线 260

10.5.1 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线 261

10.5.2 影响过冷奥氏体等温转变的因素 262

10.5.3 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 263

10.6 珠光体转变 265

10.6.1 珠光体组织形态与性能 265

10.6.2 珠光体的形成 266

10.6.3 非共析钢先共析相的析出 268

10.7 马氏体转变 268

10.7.1 马氏体的晶体结构、组织与性能 269

10.7.2 马氏体转变的主要特点 272

10.7.3 奥氏体的稳定化 274

10.8 贝氏体转变 274

10.8.1 贝氏体的组织形态与性能 274

10.8.2 贝氏体的形成过程 275

10.9 钢在回火时的转变 276

10.9.1 淬火钢的回火转变及组织 276

10.9.2 淬火钢回火时力学性能的变化 278

10.9.3 回火脆性 279

10.10 钢的退火与正火 280

10.10.1 钢的退火 280

10.10.2 钢的正火 282

10.11 钢的淬火与回火 282

10.11.1 钢的淬火 282

10.11.2 钢的回火 285

10.12 钢的表面热处理 286

10.12.1 感应加热表面热处理 286

10.12.2 火焰加热表面热处理 287

10.12.3 激光热处理 287

10.12.4 电子束热处理 288

10.13 钢的化学热处理 289

10.13.1 化学热处理概述 289

10.13.2 钢的渗碳 289

10.13.3 钢的氮化 293

10.13.4 钢的碳氮共渗 294

10.13.5 钢的渗硼 295

10.13.6 钢的渗铝 296

10.14 表面热处理新技术 297

10.14.1 热喷涂技术 297

10.14.2 气相沉积技术 298

10.14.3 离子注入 300

10.14.4 化学镀 301

本章小结 302

重要名词解释 303

习题 306

第三篇 金属材料学 308

第11章 工业用钢 309

11.1 概述 310

11.2 钢的分类及编号 311

11.2.1 钢的分类 311

11.2.2 钢的编号 312

11.3 合金元素在钢中的作用 314

11.3.1 合金元素与铁和碳的相互作用 314

11.3.2 合金元素在钢中的分布 317

11.3.3 合金元素对钢的相变的影响 320

11.4 工程构件用钢 322

11.4.1 工程构件用钢的性能要求 322

11.4.2 工程构件用钢的合金化 323

11.4.3 常用工程构件用钢 324

11.5 机器零件用钢 328

11.5.1 机器零件用钢的性能及合金化特点 328

11.5.2 常用机器零件用钢 329

11.6 工具钢 336

11.6.1 刃具钢 336

11.6.2 量具钢 342

11.6.3 模具钢 343

11.7 特殊钢 346

11.7.1 不锈钢 347

11.7.2 耐热钢 351

11.7.3 耐磨钢 356

本章小结 358

重要名词解释 359

习题 360

第12章 铸铁 361

12.1 概述 362

12.1.1 铸铁组织与性能特点 362

12.1.2 铸铁的石墨化 363

12.1.3 铸铁的分类 365

12.2 常用铸铁 366

12.2.1 灰口铸铁 366

12.2.2 可锻铸铁 369

12.2.3 球墨铸铁 371

12.2.4 蠕墨铸铁 375

12.3 合金铸铁 376

12.3.1 耐磨铸铁 376

12.3.2 耐蚀铸铁 377

本章小结 378

重要名词解释 379

习题 379

第13章 有色金属与合金 381

13.1 铝及铝合金 382

13.1.1 纯铝 383

13.1.2 铝的合金化及强化途径 383

13.1.3 铝合金的分类 386

13.1.4 变形铝合金 387

13.1.5 铸造铝合金 389

13.2 铜及铜合金 392

13.2.1 纯铜 392

13.2.2 铜的合金化及强化方法 393

13.2.3 黄铜 394

13.2.4 青铜 397

13.2.5 白铜 399

13.3 钛及钛合金 400

13.3.1 纯钛 400

13.3.2 钛的合金化 401

13.3.3 工业钛合金 402

13.3.4 钛合金的热处理 404

13.4 滑动轴承合金 404

13.4.1 轴承合金性能要求 405

13.4.2 锡基轴承合金 406

13.4.3 铅基轴承合金 407

13.4.4 铜基轴承合金 407

13.4.5 铝基轴承合金 408

本章小结 408

重要名词解释 409

习题 409

第14章 粉末冶金材料 411

14.1 粉末冶金原理和生产过程 412

14.1.1 粉末的制取 413

14.1.2 压制成形 415

14.1.3 烧结 416

14.1.4 烧结后处理 417

14.2 结构材料 418

14.2.1 制造零件的结构材料 418

14.2.2 减摩擦材料 419

14.2.3 多孔材料 421

14.3 工具材料 423

14.3.1 硬质合金 423

14.3.2 超硬材料 425

14.3.3 粉末高速钢 427

14.4 其他粉末冶金材料 428

14.4.1 耐热材料 428

14.4.2 电磁材料 429

14.4.3 原子能材料 431

本章小结 432

重要名词解释 432

习题 433

第15章 金属基复合材料 434

15.1 金属基复合材料的种类与性能 435

15.1.1 金属基复合材料的种类 435

15.1.2 金属基复合材料的性能特点 436

15.1.3 金属基复合材料中增强体的性质 438

15.1.4 金属基复合材料的强度 439

15.1.5 复合材料组分的相容性 442

15.2 铝基复合材料 443

15.2.1 铝基复合材料的特点 443

15.2.2 硼-铝复合材料 444

15.2.3 铝基复合材料的制造 445

15.2.4 铝基复合材料的二次加工 447

15.3 镍基复合材料 453

15.3.1 蓝宝石晶须和蓝宝石杆 453

15.3.2 镍-蓝宝石反应的性质和影响 454

15.3.3 镍基复合材料的制造和性能 456

15.4 钛基复合材料 456

15.4.1 相容性问题 457

15.4.2 钛基复合材料的研制 458

15.4.3 钛基复合材料的发展前景 459

15.5 石墨纤维增强金属基复合材料 460

15.5.1 石墨纤维 460

15.5.2 石墨-铝复合材料 461

15.5.3 石墨-镍复合材料 462

15.5.4 其他石墨增强复合材料 463

本章小结 464

重要名词解释 465

习题 465