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目录 1

绪论——金属材料的过去、现在和将来 1

0.1　金属材料发展简史 1

0.1.1　第一阶段——原始钢铁生产 1

0.1.2　第二阶段——金属材料学科的基础 1

0.1.3　第三阶段——微观组织理论大发展 2

0.1.4　第四阶段——微观理论的深入研究 2

0.2　现代金属材料 2

0.3　金属材料的可持续发展与趋势 4

习题与思考题 6

第1篇　钢铁材料 7

第1章　钢的合金化概论 7

1.1　合金元素和铁的作用 7

1.1.1　钢中的元素 7

1.1.2　铁基二元相图 8

1.1.3 合金元素对Fe-C相图的影响 9

1.2.1　置换固溶体 10

1.2　合金钢中的相组成 10

1.2.2　间隙固溶体 11

1.2.3　碳化物与氮化物 11

1.2.4　金属间化合物 15

1.3　合金元素在钢中的分布及偏聚 15

1.3.1　合金元素在钢中的分布 15

1.3.2　合金元素的偏聚 16

1.4.1　合金钢的加热奥氏体化 17

1.4　合金钢中的相变 17

1.4.2　过冷合金奥氏体的分解 19

1.4.3　合金钢的回火转变 21

1.5　合金元素对钢强韧化的影响 24

1.5.1　钢强化的形式及其机理 24

1.5.2　合金钢强化的有效性 26

1.5.3　合金元素对钢韧度的影响 27

1.6　合金元素对钢工艺性的影响 28

1.6.1　材料的热处理工艺性 28

1.7.1　微量元素的作用 35

1.7　微量元素在钢中的作用 35

1.6.2　材料的成形加工性 35

1.7.2　微合金钢中的合金元素 36

1.8　金属材料的环境协调性设计 38

1.8.1　通用合金与简单合金 38

1.8.2　环境协调性合金的成分设计 40

1.9　合金钢的分类与编号 42

1.9.1　钢的分类 42

1.9.2　合金钢的编号方法 42

本章小结 45

习题与思考题 48

第2章　工程结构钢 49

2.1　工程结构钢的基本要求 49

2.1.1　足够的强度与韧性 49

2.1.2 良好的焊接性和成形工艺性 49

2.1.3 良好的耐腐蚀性 50

2.2　低合金高强度结构钢的合金化 50

2.2.1 合金元素对低合金高强度钢力学性能的影响 50

2.2.2　合金元素对焊接性和耐大气腐蚀性的影响 52

2.3　铁素体-珠光体钢 53

2.4　微珠光体低合金高强度钢 55

2.4.1　强化机理 55

2.4.2　控制轧制和控制冷却技术 55

2.4.3　微合金元素的作用 56

2.5　针状铁素体钢 57

2.6　低碳贝氏体和马氏体钢 58

2.7　双相钢 59

2.8　低合金高强度钢发展趋势 60

本章小结 61

习题与思考题 61

第3章　机器零件用钢 62

3.1　概述 62

3.1.1　机器零件用结构钢的特点与合金化 62

3.1.2　机器零件用结构钢的强度与脆性 63

3.2　整体强化态钢 64

3.2.1　调质钢 64

3.2.2　微合金非调质钢 67

3.2.3　弹簧钢 71

3.2.4　滚动轴承钢 73

3.2.5　低碳马氏体钢 77

3.2.6　超高强度钢 78

3.3　表面强化态钢 82

3.3.1　合金渗碳钢 83

3.3.2　氮化钢 87

3.3.3　低淬透性钢 88

3.4.1　钢的耐磨性及其影响因素 89

3.4　耐磨钢 89

3.4.2　高锰铸钢 90

3.4.3　低合金耐磨钢及石墨钢 91

3.5　零件材料选择基本原则与思路 91

3.5.1　选择材料的基本原则 92

3.5.2　选择材料的基本思路及方法 93

本章小结 95

习题与思考题 97

4.1.1 工具钢成分与性能特点 99

4.1　概述 99

第4章　工模具钢 99

4.1.2　工具钢基本性能及检测方法 100

4.2　碳素钢及低合金工具钢 101

4.2.1　碳素工具钢 101

4.2.2　低合金工具钢 101

4.3　高速钢 103

4.3.1　高速钢的分类 103

4.3.2　高速钢中合金元素的作用 105

4.3.3　高速钢中的碳化物 106

4.3.4　高速钢的热处理 108

4.4　冷作模具钢 113

4.4.1　碳素工具钢和低合金工具钢 114

4.4.2　高铬和中铬模具钢 114

4.4.3　基体钢 117

4.5　热作模具钢 117

4.5.1　热锤锻模钢 118

4.5.2　热挤压模钢 120

4.6.1　耐冲击用钢 122

4.6　其他类型工具用钢 122

4.5.3　压铸模钢 122

4.6.2　冷轧辊用钢 123

4.6.3　量具用钢 124

4.6.4　塑料模具用钢 125

4.6.5　硬质合金 128

本章小结 129

习题与思考题 130

第5章　不锈钢 131

5.1　概述 131

5.1.1 金属腐蚀类型与提高耐腐蚀性的途径 131

5.1.2　不锈钢的组织与分类 132

5.2　影响不锈钢组织和性能的因素 134

5.2.1 合金元素对钢组织和性能的影响 134

5.2.2　腐蚀介质对钢耐蚀性的影响 138

5.3　铁素体不锈钢 138

5.3.2　铁素体不锈钢的脆性 139

5.3.3　铁素体不锈钢的热处理 139

5.3.1　常用铁索体不锈钢及特点 139

5.4 马氏体不锈钢 140

5.4.1　马氏体不锈钢的成分和组织特点 141

5.4.2　马氏体不锈钢的热处理特点 142

5.5　奥氏体不锈钢 142

5.5.1　奥氏体不锈钢的成分特点 143

5.5.2　奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 144

5.5.3　奥氏体不锈钢的热处理 145

5.5.4　铬锰氮奥氏体不锈钢 146

5.6.1　奥氏体-铁素体双相不锈钢 147

5.6　双相不锈钢 147

5.6.2　奥氏体-马氏体双相不锈钢 148

本章小结 148

习题与思考题 149

第6章　耐热钢 150

6.1　基本概念 150

6.1.1　金属的抗氧化性 150

6.1.2　钢的热强性 152

6.2.1　珠光体热强钢 155

6.2　热强钢 155

6.1.3　耐热钢的合金化 155

6.2.2　马氏体热强钢 158

6.2.3　奥氏体型高温合金 160

6.3　抗氧化钢 161

本章小结 163

习题与思考题 163

7.1　铸铁的石墨化及影响因素 164

7.1.1　铸铁的石墨化过程 164

第7章　铸铁 164

7.1.2　影响铸态组织的因素 166

7.2　石墨的形成及生长机理 168

7.2.1　灰口铸铁中片状石墨的生长方式 168

7.2.2　球状石墨的形成过程 169

7.2.3　蠕状石墨的形成过程 170

7.3　灰铸铁 171

7.3.1　灰铸铁组织特点 171

7.3.2　灰铸铁性能及热处理 173

7.4.1　球墨铸铁组织与性能 174

7.4　球墨铸铁 174

7.4.2　球墨铸铁的热处理 176

7.5　蠕墨铸铁 178

7.5.1　蠕墨铸铁的金相组织 178

7.5.2　蠕墨铸铁性能特点及应用 179

7.6　可锻铸铁 181

7.7　特种性能铸铁 182

7.7.1　耐热铸铁 182

7.7.2　耐磨铸铁 183

7.7.3　耐蚀铸铁 184

本章小结 185

习题与思考题 185

第2篇　有色金属合金 186

第8章　铝合金 186

8.1　铝合金的热处理及时效强化 186

8.1.1　铝合金的分类 186

8.1.2　铝合金热处理强化特点 187

8.1.3　影响时效强化的主要因素 188

8.2.1 变形铝及铝合金牌号和表示方法 189

8.2　变形铝合金 189

8.2.2　防锈铝合金 191

8.2.3　硬铝合金 192

8.2.4　超硬铝合金 193

8.2.5　锻铝合金 194

8.2.6 变形铝合金的热处理及金相检验 194

8.3　铸造铝合金 195

8.3.1　铝硅及铝硅镁铸造合金 195

8.3.2　其他铸造铝合金 197

本章小结 199

8.3.3　铸造铝合金的热处理 199

习题与思考题 200

第9章　铜合金 201

9.1　黄铜 201

9.1.1　黄铜的牌号及表示方法 201

9.1.2　普通黄铜 202

9.1.3　特殊黄铜 204

9.1.4　黄铜的热处理 206

9.2.1　青铜的牌号及表示方法 207

9.2　青铜 207

9.2.2　锡青铜 208

9.2.3　铝青铜 211

9.2.4　铍青铜 213

本章小结 214

习题与思考题 214

第10章　钛合金 215

10.1　钛合金的合金化原理 215

10.1.1　钛的基本性质与合金化 215

10.1.2　钛合金的相变特点 216

10.1.3　钛合金的分类 218

10.2　α钛合金 219

10.3 α+β钛合金 220

10.3.1　α+β钛合金合金化特点 220

10.3.2　Ti-Al-V系合金（TC3、TC4、TC10） 221

10.3.3　其他α+β钛合金 222

10.4　β钛合金 222

10.5.2 钛及钛合金的新发展和新应用 223

10.5　钛及钛合金的发展与应用 223

10.5.1　钛合金生产工艺的改善 223

本章小结 225

习题与思考题 225

第11章　其他有色金属合金 226

11.1　镁合金 226

11.1.1　镁及镁合金的特性 226

11.1.2　镁合金的成分、组织和性能 227

11.1.3　变形镁合金组织和性能 230

11.1.4　铸造镁合金的组织和性能 232

11.1.5　镁合金的热处理 234

11.1.6　镁合金的应用 235

11.2　锌合金 236

11.2.1　锌及锌合金的特性 236

11.2.2　锌合金的组织和性能 237

本章小结 238

习题与思考题 239

12.1.1　软磁合金 240

12.1　磁性合金 240

第3篇　新型金属材料 240

第12章　金属功能材料 240

12.1.2　硬磁合金 243

12.2 电性合金 245

12.2.1 电热合金 245

12.2.2　超导材料 247

12.3　形状记忆合金 248

12.3.1　形状记忆原理 248

12.3.2　常用形状记忆合金 250

12.4　其他功能材料 253

12.4.1　热膨胀合金 253

12.4.2　减振合金 254

12.4.3　储氢合金 256

本章小结 258

习题与思考题 258

13.1　金属间化合物材料概述 259

13.1.1　金属间化合物材料的性能特点 259

第13章　金属间化合物结构材料 259

13.1.2　金属间化合物结构材料发展历史 260

13.2　金属间化合物的晶体结构 261

13.2.1　面心立方有序衍生结构 261

13.2.2　体心立方有序衍生结构 261

13.2.3　密排六方有序衍生结构 262

13.2.4　具有复杂晶体结构的金属间化合物 263

13.3　常用金属间化合物材料及应用 263

13.3.1 Ni-Al系金属间化合物合金 263

13.3.2 Fe-Al系金属间化合物合金 266

13.3.3 Ti-Al系金属间化合物合金 267

本章小结 270

习题与思考题 270

第14章　金属基复合材料 271

14.1　概述 271

14.1.1　金属基复合材料的种类 271

14.1.2 金属基复合材料的性能特点 273

14.1.3 金属基复合材料的研究和应用 274

14.2.1　金属基复合材料的强度 275

14.2 金属基复合材料的强度和体系选择 275

14.2.2　金属基复合材料的体系选择 277

14.3　金属基复合材料的界面与控制 279

14.3.1 金属基复合材料界面结合与界面类型 280

14.3.2　金属基复合材料界面稳定性 281

14.3.3 金属基复合材料界面浸润与界面反应控制 282

14.4　金属基复合材料的制造工艺 284

14.4.1　固态法 284

14.4.2　液态法 285

14.4.3　喷涂与喷射沉积法 286

14.4.4　原位自生复合法 287

14.5　金属基复合材料的性能 288

14.5.1　纤维增强金属基复合材料 288

14.5.2　短纤维及颗粒增强金属基复合材料 290

本章小结 291

习题与思考题 292

符号说明 293

参考文献 294