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第三篇 钢铁材料学 329

10 铁碳合金 329

10.1 Fe－Fe3C相图 329

10.1.1 Fe－Fe3C相图中的“点” 330

10.1.2 Fe－C二元合金中的基本相 332

10.2 铁碳合金的平衡凝固与组织 334

10.2.1 凝固初生相为δ-铁素体的合金 334

10.2.2 凝固初生相为奥氏体的合金 336

10.2.3 发生共晶反应的合金 336

10.3 铁碳合金的平衡固态相变与室温平衡组织 337

10.3.1 纯铁 338

10.3.2 钢 338

10.3.3 亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁 341

10.3.4 铁碳二元合金中的组织组成物 343

10.4 Fe－Fe3C与Fe-石墨复线相图 344

总结 345

重要术语 347

练习与思考 348

参考文献 349

11 钢中合金元素 350

11.1 钢中的合金相 351

11.1.1 合金固溶体 351

11.1.2 溶质原子的偏聚 353

11.1.3 钢中碳化物的种类、稳定性与晶体结构 354

11.1.4 氮化物与碳氮化物 356

11.1.5 金属间化合物 357

11.2 合金元素对共析温度和碳含量的影响 358

11.3 合金元素对钢性能的影响 359

11.3.1 对钢力学性能的影响 359

11.3.2 对钢耐腐蚀性能的影响 360

总结 361

重要术语 362

练习与思考 363

参考文献 363

12 钢的力学性能及优化 365

12.1 材料力学性能试验与性能指标 365

12.1.1 拉伸试验 366

12.1.2 缺口冲击试验 369

12.1.3 硬度试验 372

12.1.4 断裂韧度KIC的试验测定 375

12.2 钢铁材料的强度与强化 376

12.2.1 固溶强化 377

12.2.2 位错强化 379

12.2.3 细化组织强化 381

12.2.4 时效强化与弥散强化 382

12.2.5 相变强化 383

12.2.6 高温力学性能与强化 384

12.3 钢铁材料的韧性与韧化 387

12.3.1 断裂韧度及其影响因素 387

12.3.2 韧脆转变温度的影响因素 390

12.4 钢铁材料的塑性与高塑性化 391

12.4.1 TRIP （ transformation induced plasticity）效应 391

12.4.2 TWIP （ twinning induced plasticity）效应 393

12.4.3 超塑性 393

12.5 钢铁材料的机械疲劳性能及其改进 395

总结 396

重要术语 397

练习与思考 397

参考文献 398

13 钢铁热处理原理 399

13.1 钢的加热转变 399

13.1.1 奥氏体形成的热力学条件 399

13.1.2 奥氏体形成的四个阶段 400

13.1.3 奥氏体等温形成动力学 401

13.1.4 奥氏体晶粒长大与晶粒度的评测 402

13.2 钢的过冷奥氏体转变图 405

13.2.1 过冷奥氏体等温转变图（TTT图） 405

13.2.2 过冷奥氏体连续冷却转变图（CCT图） 407

13.3 钢的珠光体转变 409

13.3.1 珠光体的组织形态与性能特点 409

13.3.2 珠光体转变的机理 411

13.3.3 亚（或过）共析钢的珠光体转变 413

13.4 钢的马氏体转变 415

13.4.1 马氏体的晶体结构及转变特征 415

13.4.2 马氏体的组织形态与性能特点 418

13.4.3 马氏体转变的动力学特点 421

13.4.4 马氏体转变的热力学条件 422

13.4.5 马氏体转变模型与晶体学唯象理论 423

13.4.6 奥氏体的稳定化 426

13.5 钢的贝氏体转变 427

13.5.1 贝氏体的组织形态与性能特点 427

13.5.2 贝氏体转变的特点及机理 430

13.6 淬火钢的回火转变 432

13.6.1 淬火钢回火时的组织变化 432

13.6.2 淬火钢回火时力学性能的变化 436

13.7 合金元素对钢中固态相变的影响 439

13.7.1 合金元素对钢加热转变的影响 439

13.7.2 合金元素对过冷奥氏体等温转变图的影响 440

13.7.3 合金元素对钢珠光体转变的影响 441

13.7.4 合金元素对钢贝氏体转变的影响 442

13.7.5 合金元素对钢马氏体转变的影响 443

13.7.6 合金元素对淬火钢回火转变的影响 444

总结 445

重要术语 446

练习与思考 446

参考文献 447

14 钢铁热处理工艺 449

14.1 钢的退火与正火 449

14.1.1 钢的退火 449

14.1.2 钢的正火 451

14.2 钢的淬火与回火 452

14.2.1 钢的淬火 452

14.2.2 钢的回火 457

14.3 钢的表面淬火 457

14.3.1 感应加热基本原理 458

14.3.2 感应加热表面淬火的特点 458

14.3.3 感应加热表面淬火的应用 458

14.4 钢的化学热处理 459

14.4.1 渗碳 459

14.4.2 氮化 460

14.4.3 其他化学热处理 461

14.5 热处理设备简介 462

总结 463

重要术语 464

练习与思考 464

参考文献 467

15 常用钢铁材料 468

15.1 工程结构钢 468

15.1.1 工程结构钢 468

15.1.2 铁素体－珠光体钢 471

15.1.3 低碳贝氏体钢、针状铁素体钢及低碳马氏体钢 483

15.1.4 双相钢与TRIP钢 486

15.1.5 工程构件用钢的发展趋势 489

15.2 机械制造用结构钢 490

15.2.1 结构钢的淬透性 490

15.2.2 调质钢 492

15.2.3 低碳马氏体结构钢 494

15.2.4 低合金超高强度结构钢 494

15.2.5 高合金超高强度结构钢 496

15.2.6 滚动轴承钢 497

15.2.7 渗碳钢和氮化钢 499

15.2.8 弹簧钢、耐磨钢、冷镦钢、易切削钢 500

15.3 工具钢 502

15.3.1 碳素及低合金工具钢 502

15.3.2 高速工具钢 502

15.3.3 冷作模具钢 506

15.3.4 热作模具钢 508

15.4 不锈耐酸钢 509

15.4.1 不锈钢的耐蚀性 509

15.4.2 不锈钢的组织结构 511

15.4.3 不锈钢的腐蚀特性 514

15.4.4 不锈钢钢种与应用 516

15.5 耐热钢和耐热合金 520

15.5.1 铁素体型耐热钢 521

15.5.2 奥氏体型耐热钢 523

15.5.3 镍基耐热合金（高温合金） 525

15.5.4 新型耐热合金 528

15.6 铸铁 529

15.6.1 铸铁概论 529

15.6.2 铸铁中的石墨形态与基体组织调控 530

15.6.3 常用铸铁材料 534

总结 537

重要术语 538

练习与思考 539

参考文献 540

16 钢铁制备加工与应用技术 541

16.1 材料的全生命周期 541

16.2 钢铁生产工艺技术 542

16.2.1 炼铁 543

16.2.2 炼钢 544

16.2.3 浇铸 547

16.2.4 轧钢与钢材品种 550

16.2.5 钢材铸轧新技术 552

16.3 钢铁生产中的物理冶金学 553

16.3.1 铸轧物理冶金学基础 553

16.3.2 轧后冷却过程 555

16.3.3 控轧控冷与在线热处理 555

16.4 钢材质量 556

16.5 制件成形 556

16.5.1 铸件成形 557

16.5.2 塑性成形 559

16.6 焊接 563

16.6.1 焊接方法 563

16.6.2 焊接性能 565

16.6.3 焊接物理冶金学 568

16.7 机械加工 572

16.7.1 传统机械加工 572

16.7.2 特种加工 573

16.7.3 材料的机械加工性能与改善途径 574

总结 575

重要术语 576

练习与思考 577

参考文献 579

第四篇 其他金属材料 583

17 有色金属材料 583

17.1 铝及铝合金 583

17.1.1 铝的基本特性 583

17.1.2 主要的铝合金体系 584

17.1.3 铝基工程材料 589

17.1.4 铝合金的广泛应用 595

17.2 铜及铜合金 596

17.2.1 铜的基本特性 596

17.2.2 纯铜中常见的合金元素与杂质 597

17.2.3 主要的铜合金体系 598

17.2.4 铜基工程材料 603

17.3 钛及钛合金 610

17.3.1 钛的基本特性 611

17.3.2 纯钛的相转变及钛基固溶体 611

17.3.3 不扩大β相区的代位元素 613

17.3.4 β同晶型和β共析型元素 614

17.3.5 钛基工程材料 617

17.4 镁及镁合金 622

17.4.1 镁的基本特性 622

17.4.2 主要的镁合金体系 623

17.4.3 镁基工程材料 625

总结 632

重要术语 632

练习与思考 633

参考文献 634

18 金属功能材料 635

18.1 电性合金 635

18.1.1 金属材料导电性的影响因素 635

18.1.2 常用导电材料 636

18.1.3 精密电阻合金 639

18.1.4 电热合金 643

18.1.5 电触头合金 644

18.1.6 热电偶合金 645

18.2 磁性合金 649

18.2.1 材料磁性概述 649

18.2.2 软磁合金材料 652

18.2.3 硬（永）磁合金 659

18.2.4 新型磁性功能合金 665

18.3 膨胀、弹性与减振合金 669

18.3.1 金属的热膨胀特性与膨胀合金 669

18.3.2 合金的弹性与弹性合金 671

18.3.3 合金内耗现象与减振合金 673

18.4 其他金属功能材料简介 674

18.4.1 形状记忆合金 674

18.4.2 生物医用合金 675

18.4.3 储氢合金 676

总结 677

重要术语 678

练习与思考 678

参考文献 681

19 新型金属材料 682

19.1 金属基复合材料 682

19.1.1 金属基复合材料体系 682

19.1.2 金属基复合材料的界面 685

19.1.3 金属基复合材料的制造工艺 687

19.1.4 金属基复合材料的加工 688

19.1.5 金属基复合材料的应用 689

19.2 金属间化合物结构材料 692

19.2.1 概述 692

19.2.2 金属间化合物的结构与力学性能特点 693

19.2.3 典型的金属间化合物结构材料 695

19.3 金属玻璃——非晶合金 699

19.3.1 非晶态金属材料的制备方法 700

19.3.2 非晶合金的理论基础 700

19.3.3 非晶合金的性能特点 704

19.3.4 典型非晶合金 707

总结 709

重要术语 710

练习与思考 711

参考文献 713

第五篇 非金属材料学 717

20 无机非金属材料学基础 717

20.1 无机非金属材料的基本组织与结构 717

20.1.1 基本相组织 717

20.1.2 晶体相的结构 718

20.1.3 晶体相的缺陷 719

20.1.4 非晶相 720

20.2 无机非金属材料的性能特点 721

20.2.1 基本力学性能 721

20.2.2 高温与热学性能 723

20.2.3 常规物理性能与一般化学特性 725

总结 726

重要术语 727

练习与思考 727

参考文献 728

21 无机非金属工程材料 729

21.1 水泥 729

21.1.1 水泥的成分 729

21.1.2 水泥的煅烧 730

21.1.3 水泥的水化 731

21.1.4 水泥的强度 732

21.2 普通陶瓷 732

21.2.1 普通陶瓷的基本特征 732

21.2.2 瓷器材料 732

21.2.3 炻瓷器材料 734

21.2.4 陶器材料 734

21.3 耐火材料 735

21.3.1 耐火材料的基本特征 735

21.3.2 耐火材料的制备 736

21.3.3 耐火材料的应用 737

21.4 玻璃 739

21.4.1 玻璃的生成 739

21.4.2 玻璃的光学特性 739

21.4.3 玻璃的制造 740

21.5 特种结构陶瓷 741

21.5.1 特种陶瓷的特征及其发展 741

21.5.2 特种陶瓷的特殊制备方法 742

21.5.3 特种结构陶瓷简介 743

21.6 无机非金属功能材料概要 744

21.6.1 特种功能陶瓷特性简述 744

21.6.2 半导体及大规模集成电路材料 745

21.6.3 超导材料 746

21.6.4 光纤材料 746

总结 747

重要术语 747

练习与思考 748

参考文献 749

22 高分子材料学基础 750

22.1 高分子材料结构的基本特点 750

22.1.1 高分子材料的基本特征 750

22.1.2 化学主链和近程结构 752

22.1.3 远程结构 754

22.2 高分子材料的聚集态组织 756

22.2.1 结晶度 756

22.2.2 微观组织 757

22.2.3 非晶转变温度 759

22.3 高分子材料的性能特征 759

22.3.1 力学性能 759

22.3.2 常规物理性能 761

22.3.3 常规化学性能 763

22.3.4 自降解特性 764

总结 764

重要术语 765

练习与思考 766

参考文献 766

23 合成高分子材料 767

23.1 塑料 767

23.1.1 塑料的特点与成型 767

23.1.2 通用塑料 768

23.1.3 工程塑料 772

23.1.4 热固性塑料 774

23.2 橡胶 776

23.2.1 天然橡胶 776

23.2.2 合成橡胶 777

23.2.3 特种橡胶 777

23.3 有机纤维 779

23.3.1 纤维的分类 779

2 3.3.2 人造纤维 779

23.3.3 合成纤维 780

23.4 功能高分子材料 782

23.4.1 导电高分子材料 782

23.4.2 生物医用高分子材料 783

23.4.3 液晶高分子材料 786

总结 787

重要术语 787

练习与思考 789

参考文献 789

结束语 791

索引 793