新型材料与科学技术 金属材料卷PDF电子书下载

第一篇 材料成形与加工技术篇 3

1 先进的材料成形技术 3

1.1 引言 3

1.1.1 概述 3

1.1.2 材料成形工艺类型与特点 3

1.1.3 发展历史和现状 3

1.1.4 材料成形技术的发展趋势 4

1.1.5 主要内容 4

1.2 快速凝固非平衡材料制备技术 5

1.2.1 概述 5

1.2.2 金属材料快速凝固技术的原理 5

1.2.3 快速凝固工艺 8

1.2.4 典型的快速凝固材料 13

1.2.5 快速凝固技术的应用 13

1.3 电磁铸造 14

1.3.1 概述 14

1.3.2 电磁铸造原理和特点 15

1.3.3 电磁铸造基本理论 16

1.3.4 电磁铸造工艺 18

1.3.5 铸件的组织和性能 19

1.3.6 电磁铸造装置 20

1.4 金属半固态加工技术 21

1.4.1 概述 21

1.4.2 半固态金属组织形成机理与影响因素 23

1.4.3 半固态金属的制备方法 24

1.4.4 半固态金属触变成形 27

1.4.5 半固态金属流变成形 31

1.5 等通道转角挤压 36

1.5.1 概述 36

1.5.2 等通道转角挤压的工艺特点和原理 36

1.5.3 等通道转角挤压的工艺过程 38

1.5.4 等通道转角挤压材料的显微组织特征及其力学性能 40

1.5.5 等通道转角挤压材料与应用 42

1.6 超塑性成形 43

1.6.1 概述 44

1.6.2 超塑性变形理论 45

1.6.3 超塑性材料 47

1.6.4 超塑性成形工艺 50

1.6.5 超塑性成形的应用 51

参考文献 53

2 粉末冶金技术 60

2.1 引言 60

2.2 金属雾化制粉技术 60

2.2.1 概述 60

2.2.2 雾化金属粉末的主要特征 61

2.2.3 水雾化法 63

2.2.4 气体雾化法 67

2.2.5 离心雾化法 74

2.2.6 其他新型雾化方法 77

2.2.7 雾化制粉的发展趋势 80

2.3 粉末冶金成形新技术 82

2.3.1 温压技术 82

2.3.2 流动温压技术 86

2.3.3 注射成形技术 90

2.3.4 模壁润滑技术 93

2.3.5 动磁压制技术 95

2.3.6 高速压制技术 98

参考文献 103

3 激光材料加工技术 107

3.1 引言 107

3.2 激光切割 108

3.2.1 激光切割的原理及特点 108

3.2.2 激光切割设备 109

3.2.3 激光切割工艺 109

3.2.4 激光切割的应用 113

3.3 激光焊接 113

3.3.1 激光焊接的原理及特点 113

3.3.2 激光焊接设备 114

3.3.3 激光焊接工艺 115

3.3.4 激光焊接的应用 117

3.4 激光表面改性技术及应用 119

3.4.1 国内外激光表面改性技术发展概况 119

3.4.2 几种主要的激光表面改性技术简介 120

3.4.3 其他激光表面改性技术 127

3.5 激光快速成形 132

3.5.1 概述 132

3.5.2 立体光刻快速成形 134

3.5.3 选区激光烧结快速成形技术 143

3.5.4 送粉激光熔覆快速成形技术 148

3.5.5 选区激光熔化快速成形技术 151

参考文献 159

第二篇 结构材料篇 165

4 新一代高性能结构钢 165

4.1 引言 165

4.1.1 概述 165

4.1.2 钢铁材料的发展 165

4.1.3 本章的主要内容 166

4.2 高性能钢的物理冶金基础 167

4.2.1 晶粒细化 167

4.2.2 贝氏体组织控制与细化 173

4.2.3 微合金化原理 179

4.3 高性能钢的工艺技术与性能 183

4.3.1 低碳贝氏体钢 183

4.3.2 高性能管线钢 190

4.3.3 先进高强度汽车用钢板 197

4.3.4 现代铁素体不锈钢 203

参考文献 208

5 新型钛合金 213

5.1 引言 213

5.1.1 钛合金的发展历史和现状 213

5.1.2 钛的基本性质 213

5.1.3 钛合金中的其他元素 215

5.1.4 钛合金的分类 217

5.2 钛合金的相变与合金组织 218

5.2.1 钛合金的相变 218

5.2.2 钛合金组织对合金性能的影响 223

5.3 钛合金的熔炼、铸造及其后处理 225

5.3.1 钛合金的真空熔炼理论 225

5.3.2 钛合金的真空熔炼技术 226

5.3.3 钛合金的铸造成形 228

5.3.4 钛合金铸件的后处理 230

5.3.5 塑性成形技术 230

5.4 阻燃钛合金 233

5.4.1 阻燃钛合金的基础理论 233

5.4.2 Ti-V-Cr系阻燃钛合金 234

5.4.3 Ti-Al-Cu系阻燃钛合金 239

5.4.4 Ti-45Nb合金 241

5.5 高温钛合金 241

5.5.1 高温钛合金的基础理论 241

5.5.2 TC4合金 243

5.5.3 TC11合金 244

5.5.4 IMI829合金 245

5.5.5 Ti55合金 246

5.5.6 Ti633G合金、Ti53311S合金和Ti60合金 247

5.5.7 Ti600合金 248

5.5.8 7715D合金 249

5.5.9 Ti1100合金和IMI834合金 251

5.5.10 BT36合金 252

5.5.11 BT25合金 253

5.5.12 BT25Y合金 256

5.5.13 Ti18合金 257

5.6 耐蚀钛合金 260

5.6.1 耐蚀钛合金的基础理论 260

5.6.2 Ti31合金 263

5.6.3 Ti-2Al-2.5 Zr合金和Ti631合金 264

5.6.4 β-CTM合金 265

5.6.5 TB19合金 268

5.6.6 CII15合金 268

5.6.7 Ti500合金 271

5.6.8 Ti12合金 273

5.6.9 新型耐蚀钛合金 273

5.7 医用钛合金 278

5.7.1 医用钛合金的基础理论 278

5.7.2 TMZF合金 280

5.7.3 Ti-5Al-2.5 Fe合金 281

5.7.4 Ti-6Al-7Nb合金 282

5.7.5 Ti-15Zr-4Nb-4Ta合金和Ti-29Nb-13Ta-4.6 Zr合金 284

5.7.6 Ti-Nb-X合金和Ti-15Mo-5Zr-3Al合金 285

5.7.7 Ti75合金 287

5.7.8 TLM合金 288

5.7.9 TLE合金 290

5.7.10 TZNT合金 291

5.7.11 TAMZ合金、Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金 292

5.8 强韧钛合金 293

5.8.1 Ti-15-3合金 293

5.8.2 β3-21S合金 298

5.8.3 TB2合金 300

5.8.4 Ti-44528S合金 301

5.8.5 Ti-10-2-3合金 303

5.8.6 Ti-5523合金 304

5.8.7 Ti-6-22-22S合金 307

5.8.8 BT22合金 308

5.8.9 TC21合金 310

5.8.10 SP-700合金 313

5.9 钛合金的应用 313

5.9.1 钛合金在航空航天及军事上的应用 313

5.9.2 钛合金在化工、汽车及能源等工业上的应用 314

5.9.3 钛合金在日常生活领域中的应用 315

参考文献 316

附录 钛合金的生产厂家 321

6 高性能镁合金 322

6.1 引言 322

6.1.1 镁合金的发展历史与现状 322

6.1.2 镁合金的物理性能和加工性能 323

6.1.3 镁的合金化及组织设计 325

6.1.4 镁合金系列 330

6.1.5 镁合金的研究与发展方向 332

6.2 阻燃镁合金 333

6.2.1 镁的合金化阻燃机理 333

6.2.2 阻燃镁合金的主要合金系 337

6.3 耐热镁合金 339

6.3.1 提高镁合金耐热性能的机理 339

6.3.2 合金元素对镁合金耐热性能的影响 340

6.3.3 耐热镁合金的主要合金系 342

6.4 高强镁合金 349

6.4.1 镁合金的强化机理 349

6.4.2 高强镁合金的主要合金系 349

6.4.3 高强镁合金的制备工艺 351

6.5 变形镁合金 351

6.5.1 镁合金的塑性变形机理 352

6.5.2 变形镁合金的主要合金系 352

6.5.3 变形镁合金的加工性能 354

6.5.4 镁合金的塑性加工技术 355

6.6 快速凝固镁合金 361

6.6.1 快速凝固镁合金的强化机制 361

6.6.2 快速凝固镁合金的组织及性能特征 362

6.6.3 镁合金的快速凝固工艺及快速凝固镁合金产品 364

6.7 镁合金的熔炼与铸造 368

6.7.1 镁熔体与周围介质的作用 368

6.7.2 镁合金的熔炼 369

6.7.3 镁合金的铸造成形工艺 372

6.7.4 镁合金压铸设备 376

6.8 镁合金的应用 376

6.8.1 镁合金在汽车上的应用 376

6.8.2 镁合金在电子工业中的应用 377

6.8.3 镁合金在国防军事工业的应用 378

6.8.4 镁合金在其他行业的应用 379

6.8.5 我国的镁合金发展战略 379

参考文献 379

7 高性能铝合金 386

7.1 引言 386

7.1.1 铝合金的发展历史与现状 386

7.1.2 铝合金的分类及其特点 387

7.1.3 铝合金的合金化与合金相 390

7.1.4 铝合金的强化及其应用 395

7.1.5 铝合金的研究与发展方向 397

7.2 超高强度铝合金 399

7.2.1 超高强度铝合金研究概况 399

7.2.2 超高强度铝合金的强化机理 402

7.2.3 超高强度铝合金热处理新技术 405

7.2.4 主要的超高强度铝合金 407

7.3 耐损伤铝合金 413

7.3.1 耐损伤铝合金研究概况 413

7.3.2 耐损伤铝合金的合金化机理与微观结构特征 414

7.3.3 微观结构对航空铝合金疲劳损伤行为的影响 419

7.3.4 主要的耐损伤铝合金 420

7.4 耐热铝合金 426

7.4.1 耐热铝合金研究概况 426

7.4.2 耐热铝合金的合金化 428

7.4.3 耐热铝合金的耐热机理 429

7.4.4 主要的耐热铝合金 430

7.5 铝锂合金 437

7.5.1 铝锂合金研究概况 437

7.5.2 铝锂合金的合金化与微合金化机理 439

7.5.3 改善铝锂合金性能的主要途径 441

7.5.4 主要的铝锂合金 443

7.6 铝钪合金 450

7.6.1 铝钪合金研究概况 450

7.6.2 钪与铝合金中合金元素的相互作用 451

7.6.3 钪对铝合金组织与性能的影响 453

7.6.4 主要的铝钪合金 454

7.7 高性能铝合金制备新技术 470

7.7.1 喷射成形技术 470

7.7.2 机械合金化技术 473

7.7.3 挤压铸造技术 474

7.8 铝合金的主要应用 475

7.8.1 在航空航天领域中的应用 475

7.8.2 在交通运输领域中的应用 476

7.8.3 在建筑与桥梁结构上的应用 476

7.8.4 在机械制造工业中的应用 476

7.8.5 在电力电子和电器工业中的应用 477

7.8.6 在包装和容器工业中的应用 477

参考文献 478

8 耐磨钢铁材料 484

8.1 引言 484

8.1.1 概述 484

8.1.2 耐磨钢铁材料基本原理 484

8.1.3 耐磨白口铸铁的基本特点 486

8.2 耐磨钢铁材料制备技术 488

8.2.1 铸造 488

8.2.2 热处理 489

8.2.3 耐磨白口铸铁焊接与机加工 497

8.3 耐磨钢铁材料分类 497

8.3.1 耐磨白口铸铁分类 497

8.3.2 耐磨球墨铸铁分类 514

8.3.3 耐磨铸钢分类 516

8.4 耐磨钢铁材料应用和我国耐磨钢铁件企业 520

8.4.1 耐磨白口铸铁的应用 520

8.4.2 耐磨球墨铸铁的应用 521

8.4.3 耐磨铸钢的应用 521

8.4.4 我国部分耐磨钢铁材料生产企业 522

参考文献 523

9 耐磨锌合金 525

9.1 引言 525

9.1.1 概述 525

9.1.2 发展历史和现状 525

9.1.3 本章的主要内容 526

9.2 锌合金基本知识 526

9.2.1 锌的结构及其物理与化学性质 526

9.2.2 锌合金中常用元素的基本性能及其对合金性能的影响 528

9.2.3 锌铝合金的类型及特性 530

9.3 主要的耐磨锌合金 533

9.3.1 ZA27合金 533

9.3.2 ZA11合金 536

9.3.3 ZA43合金 537

9.4 耐磨锌合金的主要特性 537

9.4.1 力学性能 537

9.4.2 摩擦磨损特性 542

9.4.3 工艺性能 543

9.5 耐磨锌合金的应用 547

9.5.1 衬瓦 547

9.5.2 托轮瓦 548

9.5.3 轴套 549

9.5.4 螺母 551

参考文献 552

10 金属基复合材料 553

10.1 引言 553

10.1.1 概述 553

10.1.2 发展历史和现状 553

10.2 金属基复合材料基础知识 557

10.2.1 金属基复合材料的分类及其特点 557

10.2.2 复合材料设计原则 560

10.2.3 增强体及其预处理 570

10.2.4 金属基复合材料的界面 579

10.2.5 强韧化机制与失效准则 587

10.3 制备方法及加工技术 595

10.3.1 固相制备工艺 596

10.3.2 主要的液相制备工艺 597

10.3.3 原位反应合成及其他技术 599

10.4 铝基复合材料的应用及性能 605

10.4.1 铝基复合材料的应用 605

10.4.2 连续纤维增强铝基复合材料的性能 607

10.4.3 短纤维／晶须增强铝基复合材料的性能 617

10.4.4 颗粒增强铝基复合材料的性能 621

10.5 镁基复合材料的应用及性能 624

10.5.1 镁基复合材料的应用 624

10.5.2 连续纤维增强镁基复合材料的性能 626

10.5.3 短纤维／晶须增强镁基复合材料的性能 627

10.5.4 颗粒增强镁基复合材料的性能 628

10.6 钛基复合材料的应用及性能 632

10.6.1 钛基复合材料的应用 632

10.6.2 连续纤维增强钛基复合材料的性能 632

10.6.3 颗粒增强钛基复合材料的性能 634

10.7 铁基复合材料及高温用金属基复合材料 636

10.8 其他基体的金属基复合材料 639

参考文献 642

第三篇 功能材料篇 651

11 稀土磁性材料 651

11.1 引言 651

11.1.1 物质磁性的来源和分类 651

11.1.2 发展历史和现状 653

11.2 硬磁材料 655

11.2.1 稀土永磁材料的特性 655

11.2.2 Co基稀土永磁材料的新技术与新进展 667

11.2.3 第三代稀土永磁材料——Nd-Fe-B永磁材料 674

11.2.4 稀土合金化高性能铁氧体永磁材料及其研究进展 678

11.2.5 纳米复合高性能稀土永磁材料 687

11.2.6 稀土永磁薄膜材料 694

11.3 软磁材料 698

11.3.1 软磁材料的分类和应用特性 698

11.3.2 高频低功耗软磁材料 708

11.3.3 高磁导率软磁材料 714

11.3.4 高s、高DC-Bias特性软磁材料 728

11.3.5 高B高Q低THD软磁材料 730

11.3.6 其他软磁材料及薄膜软磁材料 731

参考文献 733

12 形状记忆合金 738

12.1 引言 738

12.1.1 概述 738

12.1.2 形状记忆效应和超弹性效应 738

12.1.3 主要的形状记忆合金材料 739

12.2 合金形状记忆效应的基本原理 740

12.2.1 形状记忆效应与马氏体相变 740

12.2.2 超弹性效应与应力诱发马氏体相变 742

12.2.3 形状记忆效应和超弹性效应的晶体学机制 743

12.2.4 双程记忆效应与全程记忆效应的机制 746

12.2.5 具有非热弹性马氏体相变的合金的形状记忆机制 747

12.3 形状记忆合金材料的组织与性能关系 748

12.3.1 NiTi基记忆合金 748

12.3.2 Cu基记忆合金 762

12.3.3 Fe基记忆合金 773

12.3.4 多孔形状记忆合金 778

12.4 形状记忆合金的制备方法以及加工技术 784

12.4.1 熔炼和铸造 785

12.4.2 热加工和冷加工 788

12.4.3 机械加工与切割 791

12.4.4 定型处理（热处理） 792

12.5 形状记忆合金的应用 793

12.5.1 工程应用 793

12.5.2 医学应用 797

12.5.3 航天和军事应用 800

12.5.4 微机械（MEMS） 801

参考文献 802

13 金属储氢材料 807

13.1 引言 807

13.1.1 概述 807

13.1.2 储氢合金的发展历史与现状 807

13.1.3 金属储氢材料的分类 808

13.2 金属储氢的基本原理 809

13.2.1 金属储氢的热力学 809

13.2.2 储氢合金吸、放氢过程的动力学 811

13.2.3 储氢合金中界面的作用 813

13.2.4 储氢合金中应力场的作用 815

13.3 储氢合金的制备方法 815

13.3.1 高温熔炼法 816

13.3.2 机械合金化方法 817

13.3.3 燃烧合成法 823

13.3.4 烧结法 825

13.3.5 气相沉积法 825

13.4 主要的储氢合金材料及其储氢特性 827

13.4.1 对储氢合金的基本要求 827

13.4.2 主要的储氢合金及其基本性能特点 828

13.4.3 非平衡结构储氢合金及其性能特点 851

13.4.4 改善储氢合金性能的方法 857

13.5 储氢合金材料的应用 868

13.5.1 储氢合金做电池负极材料 868

13.5.2 金属氢化物热泵 871

13.5.3 储氢合金燃料箱 876

13.5.4 氢的回收、提纯与精制 877

13.5.5 用作催化剂 878

参考文献 880

14 电子封装和光子封装用金属材料 898

14.1 电子封装工程简介 898

14.1.1 电子封装的层次和要求 899

14.1.2 电子封装材料概述 900

14.1.3 电子封装与光电子封装 901

14.2 芯片和元器件中所用金属材料 903

14.2.1 微连接金属引线 904

14.2.2 引线框架金属 905

14.2.3 金属浆料 906

14.2.4 金属及金属基复合材料基板材料 907

14.2.5 陶瓷基板表面金属化材料 909

14.2.6 印制线路板中的金属材料 911

14.2.7 导电黏结剂中的金属材料 912

14.2.8 散热片用金属材料 914

14.3 电子封装用钎焊材料 915

14.3.1 微连接及表面组装钎焊工艺及材料 915

14.3.2 传统的锡-铅钎料 916

14.3.3 无铅钎料 918

14.4 光电子系统封装及材料 924

14.4.1 概述 924

14.4.2 光子系统构成 926

14.4.3 光电子器件封装 928

14.4.4 光电子封装技术需求与新材料 933

14.4.5 光电子封装钎焊技术与材料 939

14.5 现代封装技术发展趋势及对封装材料的要求 944

14.5.1 电子封装技术的发展趋势 944

14.5.2 封装材料面临的挑战 954

14.6 封装材料及封装结构可靠性的典型问题 956

14.6.1 低介电常数材料的应用与封装 956

14.6.2 微凸点与凸点下金属化层层间反应 958

14.6.3 焊点电迁移问题 962

参考文献 969