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绪论 1

第1章 金属材料的性能 4

1.1金属材料的物理性能和化学性能 4

1.1.1金属材料的物理性能 4

1.1.2金属材料的化学性能 5

1.2金属材料的力学性能 6

1.2.1金属材料所受载荷与力学性能 6

1.2.2强度 7

1.2.3塑性 10

1.2.4硬度 10

1.2.5金属材料的韧性 15

1.2.6疲劳强度 18

1.3金属材料的工艺性能 19

1.3.1铸造性能 19

1.3.2压力加工性能 20

1.3.3焊接性能 20

1.3.4切削加工性 20

1.3.5热处理性能 21

本章小结 21

习题 22

知识拓展阅读：工程材料性能比较 23

第2章 纯金属与合金的晶体结构 26

2.1纯金属的晶体结构 26

2.1.1晶体结构 26

2.1.2常见的晶格类型 27

2.1.3金属晶体结构的缺陷 30

2.2合金的晶体结构 33

2.2.1合金的基本概念 33

2.2.2合金的结构 33

本章小结 36

习题 36

知识拓展阅读：钢铁是如何炼成的 38

第3章 纯金属与合金的结晶 42

3.1纯金属的结晶 42

3.1.1纯金属的冷却曲线及过冷度 42

3.1.2纯金属的结晶过程 43

3.1.3晶粒大小对金属力学性能的影响 45

3.2合金的结晶 45

3.2.1二元相图的建立 46

3.2.2二元相图的基本类型与分析 47

本章小结 53

习题 54

知识拓展阅读：古代的“宝刀”是如何炼成的 56

第4章 铁碳合金相图 58

4.1铁碳合金的组织 58

4.1.1纯铁的同素异构转变 58

4.1.2铁碳合金的基本相 58

4.2铁碳合金相图 60

4.2.1铁碳合金相图的分析 61

4.2.2铁碳合金的分类 62

4.2.3典型铁碳合金的平衡结晶过程 62

4.2.4含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 68

4.2.5铁碳合金相图的应用 69

4.3凝固组织及其控制 70

4.3.1金属及合金结晶后的晶粒大小及其控制 70

4.3.2铸锭的组织及其控制 71

本章小结 73

习题 73

知识拓展阅读：钢材的火花鉴别 75

第5章 金属的塑性变形与再结晶 78

5.1金属的塑性变形 78

5.1.1单晶体的塑性变形 78

5.1.2多晶体的塑性变形 82

5.2冷塑性变形对金属组织与性能的影响 83

5.2.1塑性变形对显微组织和结构的影响 83

5.2.2塑性变形对性能的影响 84

5.2.3残余应力 85

5.3回复与再结晶 86

5.3.1回复 86

5.3.2再结晶 86

5.3.3晶粒长大 88

5.4金属的热塑性变形 89

5.4.1热加工与冷加工的区别 89

5.4.2热加工对组织和性能的影响 90

本章小结 91

习题 92

知识拓展阅读：纳米材料 93

第6章 钢的热处理 95

6.1概述 95

6.2钢在加热时的转变 96

6.2.1钢在加热时的组织转变 96

6.2.2奥氏体晶粒长大 98

6.3钢在冷却时的转变 99

6.3.1过冷奥氏体的等温转变 100

6.3.2过冷奥氏体的连续冷却转变 102

6.3.3过冷奥氏体冷却转变后的组织及性能 103

6.4退火与正火 109

6.4.1退火的目的和工艺 109

6.4.2正火的目的及工艺 112

6.4.3退火与正火工艺的选择 113

6.5淬火 113

6.5.1淬火工艺 113

6.5.2淬火冷却介质 114

6.5.3淬火方法 115

6.5.4钢的淬透性与淬硬性 117

6.5.5淬火缺陷 120

6.6回火 121

6.6.1回火目的 121

6.6.2回火对钢性能的影响 122

6.6.3回火时钢的组织变化 122

6.6.4回火温度 123

6.7表面淬火 123

6.7.1火焰淬火 123

6.7.2感应淬火 124

6.8化学热处理 126

6.8.1渗碳 127

6.8.2渗氮（氮化） 129

6.8.3碳氮共渗 131

本章小结 132

习题 132

知识拓展阅读：超细晶粒钢 134

第7章 工业用钢 138

7.1钢的分类与编号 138

7.1.1钢的分类 138

7.1.2钢的编号 139

7.2钢中杂质与合金元素 144

7.2.1钢中常存杂质元素对性能的影响 144

7.2.2合金元素在钢中的主要作用 145

7.3结构钢 148

7.3.1碳素结构钢 148

7.3.2低合金高强度结构钢 149

7.3.3优质碳素结构钢 152

7.3.4渗碳钢 152

7.3.5调质钢 155

7.3.6弹簧钢 158

7.3.7滚动轴承钢 161

7.4工具钢 163

7.4.1刃具钢 163

7.4.2模具钢 168

7.4.3量具用钢 172

7.5特殊性能钢 174

7.5.1不锈钢 174

7.5.2耐热钢 177

7.5.3耐磨钢 178

本章小结 180

习题 180

知识拓展阅读：硬币用金属及合金 182

第8章 铸铁 186

8.1概述 186

8.1.1铸铁的成分及性能特点 186

8.1.2铸铁的石墨化及其影响因素 187

8.1.3铸铁的分类 189

8.2灰铸铁 190

8.2.1灰铸铁的化学成分、组织和性能 190

8.2.2灰铸铁的孕育处理 191

8.2.3灰铸铁的牌号及应用 192

8.2.4灰铸铁的热处理 193

8.3球墨铸铁 193

8.3.1球墨铸铁的牌号和化学成分 194

8.3.2球墨铸铁的组织、性能和用途 194

8.3.3球墨铸铁的热处理 196

8.4蠕墨铸铁 198

8.4.1蠕墨铸铁的牌号和化学成分 198

8.4.2蠕墨铸铁的组织、性能及应用 198

8.5可锻铸铁 199

8.5.1可锻铸铁的化学成分和组织 199

8.5.2可锻铸铁的牌号、性能及用途 199

8.6合金铸铁 200

8.6.1耐磨铸铁 200

8.6.2耐热铸铁 201

8.6.3耐蚀铸铁 201

本章小结 202

习题 202

知识拓展阅读：高温结构材料 204

第9章 有色金属及合金 208

9.1铝及铝合金 208

9.1.1工业纯铝 208

9.1.2铝合金分类及时效强化 209

9.1.3变形铝合金 210

9.1.4铸造铝合金 212

9.2铜及铜合金 215

9.2.1工业纯铜 215

9.2.2铜合金的分类及牌号表示方法 215

9.2.3黄铜 216

9.2.4青铜 218

9.3镁及镁合金 220

9.3.1变形镁合金 220

9.3.2铸造镁合金 221

9.4滑动轴承合金 222

9.4.1对轴承合金性能的要求 222

9.4.2轴承合金的组织特征 222

9.4.3常用的轴承合金 223

9.5其他有色金属及合金 224

9.5.1钛及钛合金 224

9.5.2锌基合金 225

本章小结 226

习题 226

知识拓展阅读：铝的冶炼 228

第10章 其他常用工程材料 231

10.1高分子材料 231

10.1.1高分子材料的基本概念 231

10.1.2高分子材料的构象 233

10.1.3高聚物的聚集态和物理状态 234

10.1.4高分子材料的性能 236

10.1.5常用高分子材料 236

10.2陶瓷材料 239

10.2.1陶瓷材料概述 239

10.2.2陶瓷材料的结构特点 239

10.2.3陶瓷材料的性能特点 240

10.2.4常用工程陶瓷材料 241

10.3复合材料 242

10.3.1复合材料概述 242

10.3.2纤维增强复合材料 245

10.3.3层状复合材料 248

10.3.4颗粒增强复合材料 248

本章小结 250

习题 251

知识拓展阅读：碳纤维材料 252

第11章 机械制造中零件材料的选择 255

11.1机械零件的失效概述 255

11.1.1失效的概念 255

11.1.2零件的失效形式 255

11.1.3零件的失效原因 256

11.1.4零件失效分析的一般方法 257

11.2机械零件的材料选择 257

11.2.1选材的一般原则 257

11.2.2选材的步骤和方法 260

11.3典型零部件选材及工艺分析 262

11.3.1齿轮选材 262

11.3.2轴类零件选材 267

11.3.3弹簧选材 271

11.3.4箱体支承类零件材料选择 274

11.3.5常用刃具选材 275

本章小结 278

习题 279

知识拓展阅读：绿色材料与可持续发展 281

第12章 工程材料的应用 285

12.1工程材料在机床上的应用 285

12.1.1床身、机床底座、齿轮箱体、轴承座、导轨用材 285

12.1.2齿轮用材 286

12.1.3轴类零件用材 286

12.1.4螺纹联接件用材 287

12.1.5螺旋传动件用材 287

12.1.6蜗轮与蜗杆用材 287

12.1.7滑动轴承用材 288

12.2汽车用材 288

12.2.1汽车用金属材料 289

12.2.2汽车用塑料 293

12.2.3汽车用橡胶 295

12.2.4汽车用陶瓷材料 295

12.2.5汽车新材料发展趋势 296

12.3热能设备用材 296

12.3.1锅炉主要设备用钢 296

12.3.2汽轮机主要零件用钢 297

12.3.3发电机转子用材 299

12.4化工设备用材 299

12.4.1化工设备用钢 300

12.4.2有色金属与合金 302

12.4.3非金属材料 303

12.4.4复合材料 304

12.5航空航天器用材 304

12.5.1机翼、机体和防热层用材 304

12.5.2航空发动机和火箭发动机典型零件用材 305

12.6石油工程材料 307

12.6.1管线钢 307

12.6.2油井管材 308

12.6.3海洋平台及船舶用材 310

本章小结 315

习题 315

第13章 实验指导书 316

实验1金属材料硬度测试 316

实验2铁碳合金平衡组织的观察与分析 318

实验3钢的非平衡显微组织观察与分析 321

实验4铸铁的显微组织观察与分析 324

附录 328

附录A黑色金属硬度及强度换算表 328

附录B国内外部分钢号对照表 329

附录C金属热处理工艺的分类及代号（摘自GT/T 12603—2005） 331

附录D常用钢种的临界温度 334

附录E钢铁及合金牌号统一数字代号体系（摘自GT/T 17616—1998） 335

附录F常用材料力学性能指标名称和符号对照 336

参考文献 338