绪论 1
第1篇 钢铁材料 3
1 钢铁中的合金相 3
1.1 铁基固溶体 3
1.2 合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用 7
1.3 钢铁中的碳化物和氮化物 9
1.4 钢中的金属间化合物 10
1.4.1 σ相 11
1.4.2 AB2相（拉维斯相） 12
1.4.3 AB3相（有序相） 12
1.5 铁碳相图及合金元素的影响 13
1.5.1 铁碳相图 13
1.5.2 合金元素对钢临界点的影响 15
1.5.3 Fe-C-M三元系 16
本章小结 16
思考题与习题 17
2 钢的热处理 20
2.1 钢的加热转变 20
2.1.1 奥氏体形成的热力学条件 20
2.1.2 奥氏体形成的机理 21
2.1.3 奥氏体等温形成动力学 22
2.1.4 奥氏体晶粒长大及其控制 24
2.2 钢的过冷奥氏体转变图 26
2.2.1 过冷奥氏体等温转变图 26
2.2.2 过冷奥氏体连续冷却转变图 29
2.3 钢的珠光体转变 30
2.3.1 珠光体的组织形态与性能特点 30
2.3.2 珠光体转变的机理 33
2.3.3 亚（或过）共析钢的珠光体转变 34
2.3.4 合金元素对珠光体转变的影响 35
2.3.5 钢中碳化物的相间析出 36
2.3.6 钢的退火与正火 37
2.4 钢的马氏体转变 40
2.4.1 马氏体的晶体结构及转变特征 40
2.4.2 马氏体的组织形态与性能特点 42
2.4.3 马氏体转变的动力学特点 45
2.4.4 马氏体转变的热力学条件 47
2.4.5 马氏体转变模型简介 49
2.4.6 奥氏体的稳定化 52
2.4.7 钢的淬火 53
2.5 钢的贝氏体转变 59
2.5.1 贝氏体的组织形态与性能特点 59
2.5.2 贝氏体转变的特点及机理 61
2.5.3 影响贝氏体转变的因素 63
2.6 钢的回火转变 64
2.6.1 淬火钢回火时的组织变化 64
2.6.2 淬火钢回火时力学性能的变化 68
2.6.3 合金元素对淬火钢回火转变的影响 70
2.6.4 钢的回火 71
本章小结 71
思考题与习题 72
3 工程结构钢 74
3.1 工程结构钢的合金化 74
3.1.1 工程结构钢的强化 74
3.1.2 铁素体-珠光体组织的冷脆性 76
3.1.3 工程结构钢的焊接性 77
3.1.4 工程结构钢的耐大气腐蚀性能 78
3.2 铁素体-珠光体钢 78
3.2.1 碳素工程结构钢 78
3.2.2 高强度低合金钢 79
3.2.3 微合金钢 80
3.3 低碳贝氏体和马氏体钢 82
3.3.1 低碳贝氏体钢 82
3.3.2 针状铁素体钢 83
3.3.3 低碳马氏体钢 83
3.3.4 双相钢 84
3.4 工程结构钢的冶金工艺特点 85
3.4.1 冶炼工艺 85
3.4.2 控制轧制与控制冷却 86
本章小结 87
思考题与习题 88
4 机械制造结构钢 90
4.1 结构钢的强度与脆性 90
4.2 结构钢的淬透性 91
4.3 调质钢 93
4.4 低温回火状态下使用的结构钢 95
4.4.1 低温回火钢的显微组织及力学性能 95
4.4.2 低碳马氏体结构钢 96
4.4.3 低合金超高强度结构钢 96
4.5 高合金超高强度结构钢 98
4.5.1 马氏体时效钢中合金元素的作用 98
4.5.2 马氏体时效钢的热处理和性能 100
4.6 轴承钢 100
4.6.1 轴承钢的冶金质量 101
4.6.2 高碳铬轴承钢的热处理 102
4.7 渗碳钢和氮化钢 103
4.7.1 渗碳钢 103
4.7.2 氮化钢 105
4.8 其他机械制造结构钢 107
4.8.1 非调质结构钢 107
4.8.2 弹簧钢 108
4.8.3 易削钢 109
4.8.4 高锰钢 109
本章小结 110
思考题与习题 111
5 工具钢 113
5.1 碳素及低合金工具钢 113
5.2 高速工具钢 114
5.2.1 高速钢中的组成相和碳化物不均匀性 114
5.2.2 高速钢的热处理 116
5.2.3 高速钢中合金元素的作用 119
5.2.4 粉末冶金高速钢 121
5.3 冷作模具钢 122
5.3.1 高铬和中铬模具钢 122
5.3.2 基体钢和低碳高速钢 124
5.3.3 新型冷作模具钢 124
5.4 热作模具钢 125
5.4.1 锤锻模具钢 125
5.4.2 挤压及压铸模具钢 126
本章小结 128
思考题与习题 129
6 不锈耐蚀钢 130
6.1 钢的耐蚀性 130
6.1.1 钢的钝化现象 130
6.1.2 成分对钢钝化的影响 132
6.1.3 环境对不锈钢耐蚀性的影响 134
6.2 不锈耐蚀钢的组织 134
6.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性 136
6.3.1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 136
6.3.2 不锈钢的应力腐蚀 138
6.3.3 不锈钢的点腐蚀 139
6.4 不锈钢的强化与脆化 140
6.4.1 铁素体不锈钢 140
6.4.2 奥氏体不锈钢 141
6.4.3 高强度不锈钢 143
6.4.4 复相不锈钢 143
6.5 不锈耐蚀钢钢种 144
本章小结 145
思考题与习题 146
7 耐热钢和耐热合金 149
7.1 耐热钢和合金的工作条件及性能 149
7.2 铁素体型耐热钢 150
7.2.1 铁素体-珠光体耐热钢 150
7.2.2 马氏体耐热钢 152
7.3 工业炉用耐热钢 153
7.3.1 铁铝锰系炉用耐热钢 153
7.3.2 铬锰碳氮炉用耐热钢 154
7.3.3 铬镍奥氏体炉用钢 154
7.4 奥氏体型耐热钢 155
7.4.1 碳化物沉淀强化耐热钢 155
7.4.2 金属间化合物沉淀强化耐热钢 156
7.5 镍基耐热合金 158
7.6 新型耐热合金 161
7.6.1 定向凝固耐热合金 161
7.6.2 粉末高温合金 162
7.6.3 氧化物弥散强化（ODS）高温材料 163
本章小结 163
思考题与习题 165
8 铸铁 167
8.1 铸铁中石墨的形态控制 167
8.1.1 片状石墨形态 168
8.1.2 球状石墨形态 169
8.1.3 蠕虫状石墨形态 170
8.1.4 团絮状石墨形态 170
8.2 常用的铸铁 170
8.2.1 灰口铸铁 170
8.2.2 球墨铸铁 172
8.2.3 蠕墨铸铁 173
8.2.4 展性铸铁 174
8.3 合金铸铁 175
8.3.1 耐磨合金铸铁 175
8.3.2 耐热合金铸铁 176
8.3.3 耐蚀合金铸铁 176
本章小结 177
思考题与习题 178
第2篇 非铁金属材料 181
9 铝合金 181
9.1 铝合金中的合金元素 181
9.1.1 铝基固溶体 181
9.1.2 铝合金中的沉淀强化相 182
9.1.3 铝合金共晶中的过剩相 185
9.1.4 铝合金中的微量合金相 186
9.1.5 铝合金中的微量元素 186
9.2 变形铝合金 187
9.2.1 非热处理强化变形铝合金 188
9.2.2 热处理强化变形铝合金 189
9.2.3 快速凝固铝合金 194
9.2.4 超塑性铝合金 195
9.2.5 烧结铝粉 196
9.3 铸造铝合金 197
9.3.1 铝硅及铝硅镁合金 197
9.3.2 铝铜铸造合金 198
9.3.3 铝镁铸造合金 198
本章小结 199
思考题与习题 200
10 镁合金 202
10.1 镁合金中的合金元素 202
10.1.1 镁基固溶体 202
10.1.2 镁合金中的强化相 206
10.1.3 镁合金的强韧化 207
10.2 镁合金 208
10.2.1 变形镁合金 208
10.2.2 铸造镁合金 213
本章小结 217
思考题与习题 218
11 铜合金 219
11.1 铜中的合金元素 219
11.1.1 铜基固溶体 219
11.1.2 铜合金中的强化相 220
11.1.3 铜合金的退火硬化 221
11.1.4 铜合金中的马氏体型相变 222
11.2 工业纯铜 223
11.2.1 工业纯铜的性能 223
11.2.2 杂质元素对铜塑性的影响 223
11.2.3 工业纯铜的应用 224
11.2.4 弥散强化铜 224
11.3 黄铜 224
11.3.1 二元黄铜的组织和性能 225
11.3.2 多元黄铜 226
11.4 青铜 227
11.4.1 锡青铜 227
11.4.2 多元锡青铜 228
11.4.3 铝青铜 229
11.4.4 铍青铜 229
11.4.5 其他青铜 230
11.5 白铜 231
11.5.1 结构白铜 231
11.5.2 电工白铜 232
本章小结 232
思考题与习题 233
12 钛合金 234
12.1 钛的特性及钛冶金基础 234
12.1.1 钛的基本性质 234
12.1.2 钛冶金基础 235
12.2 钛合金物理冶金基础 236
12.2.1 钛合金二元相图 236
12.2.2 主要合金元素与相的形成 237
12.2.3 气体杂质元素的作用 239
12.2.4 钛合金分类 240
12.2.5 钛合金热处理基础 241
12.2.6 钛合金的强韧化基础 242
12.3 钛合金的发展与应用 247
12.4 钛合金的生产工艺 251
12.4.1 熔炼 251
12.4.2 热加工 252
12.4.3 粉末冶金钛合金 253
12.5 钛合金的近期发展 253
12.5.1 改善工艺，提高质量，降低成本 253
12.5.2 钛合金的新发展和新应用 254
本章小结 256
思考题与习题 256
第3篇 金属功能材料 261
13 磁性合金 261
13.1 金属及合金的磁性 261
13.1.1 物质的磁性起源 261
13.1.2 铁磁性材料特性及相关能量 262
13.1.3 金属及合金的技术磁化 263
13.1.4 磁性材料交流磁化时的损耗 264
13.2 铁基软磁合金 265
13.2.1 工业纯铁 266
13.2.2 Fe-Si软磁合金 267
13.2.3 其他铁基软磁合金 270
13.3 Fe-Ni系软磁合金 271
13.3.1 Fe-Ni合金的基本物理特性 271
13.3.2 典型的Fe-Ni系软磁合金 272
13.4 非晶态及纳米晶软磁合金材料 277
13.4.1 非晶态软磁合金 277
13.4.2 纳米晶软磁合金 278
13.5 硬磁合金概述 279
13.6 Alnico永磁合金 281
13.6.1 磁硬化机理 281
13.6.2 合金成分及制备工艺 282
13.7 稀土永磁 284
13.7.1 合金系相图与晶体结构 285
13.7.2 稀土永磁的磁性 287
13.7.3 1：5型RCo5永磁合金 288
13.7.4 2：17型R2Co17永磁合金 290
13.7.5 Nd-Fe-B永磁 291
13.8 纳米晶多相永磁合金 297
本章小结 299
思考题与习题 301
14 电性合金 304
14.1 金属与合金的电学性能 304
14.1.1 一般金属材料的导电性 304
14.1.2 金属材料的超导性 305
14.1.3 材料的热电势 307
14.2 导电合金 307
14.2.1 铝及铝合金 308
14.2.2 铜及其合金 308
14.2.3 复合导电材料 309
14.2.4 超导合金 309
14.3 精密电阻合金 310
14.3.1 Cu-Mn系合金 310
14.3.2 Cu-Ni系合金 311
14.3.3 Cr-Ni系合金 312
14.3.4 Fe-Cr-Al合金 312
14.3.5 贵金属系合金及其他精密电阻合金 313
14.3.6 非晶态精密电阻合金 313
14.4 电热合金 313
14.4.1 金属电热材料 313
14.4.2 Ni-Cr系合金 314
14.4.3 Fe-Cr-Al系合金 314
14.5 热电偶合金 315
14.5.1 热电偶电极材料 316
14.5.2 热电偶的使用 317
本章小结 318
思考题与习题 319
15 膨胀、弹性与减振合金 321
15.1 膨胀合金 321
15.1.1 低膨胀合金 322
15.1.2 定膨胀合金 323
15.1.3 热双金属 324
15.2 弹性合金 326
15.2.1 高弹性合金 326
15.2.2 恒弹性合金 327
15.3 减振合金 330
15.3.1 复相型减振合金 332
15.3.2 铁磁性减振合金 332
15.3.3 位错型减振合金 333
15.3.4 孪晶型减振合金 333
15.3.5 具有形状记忆特性的减振合金 333
本章小结 334
思考题与习题 335
16 形状记忆合金 338
16.1 合金的形状记忆效应 338
16.1.1 形状记忆效应的基本原理 338
16.1.2 形状记忆合金的伪弹性 340
16.2 钛镍与铜基形状记忆合金 342
16.3 铁基形状记忆合金 344
16.4 磁控形状记忆合金 345
本章小结 347
思考题与习题 347
17 其他功能材料 349
17.1 贮氢合金 349
17.2 超大磁致伸缩合金 351
17.2.1 合金成分对于性能的影响 352
17.2.2 合金制备工艺、组织结构与磁致伸缩性能的关系 353
17.2.3 应力作用对合金磁致伸缩性能的影响 354
17.3 磁阻与磁阻抗合金 355
17.3.1 磁阻材料 355
17.3.2 巨磁阻抗材料 357
17.4 磁蓄冷与磁制冷合金 360
17.4.1 磁蓄冷材料 361
17.4.2 磁制冷材料 361
17.5 生物医学材料 365
本章小结 366
思考题与习题 367
第4篇 新型金属材料 371
18 有序金属间化合物结构材料 371
18.1 金属间化合物的基本结构 372
18.1.1 金属间化合物的晶体结构及缺陷 372
18.1.2 金属间化合物的电子结构与键性 378
18.1.3 金属间化合物的晶界结构 380
18.2 金属间化合物结构材料的基本力学性能特征 382
18.2.1 金属间化合物的屈服强度反常温度关系 382
18.2.2 金属间化合物的本征脆性 387
18.2.3 金属间化合物的室温环境脆性 389
18.3 金属间化合物结构材料的发展 392
18.3.1 Ni-Al系金属间化合物合金 393
18.3.2 Fe-Al系富铁金属间化合物 395
18.3.3 Ti-Al系金属间化合物合金 396
18.3.4 其他金属间化合物结构合金研究 399
本章小结 400
思考题与习题 400
19 金属基复合材料 403
19.1 金属基复合材料体系选择 403
19.1.1 基体材料 403
19.1.2 增强体材料 405
19.2 金属基复合材料性能设计 407
19.2.1 连续纤维增强金属基复合材料的强度 408
19.2.2 非连续金属基复合材料的强度 409
19.2.3 颗粒增强金属基复合材料的强度 409
19.3 金属基复合材料的界面 410
19.3.1 金属基复合材料的界面化学 410
19.3.2 纤维覆盖层 412
19.4 金属基复合材料的强化与断裂 412
19.4.1 金属基复合材料的强化 413
19.4.2 金属基复合材料的断裂 414
19.4.3 金属基复合材料的磨损 417
19.4.4 金属基复合材料的蠕变特点 417
19.5 金属基复合材料的制造工艺 418
19.5.1 液相工艺 418
19.5.2 固相工艺 420
19.5.3 金属基复合材料的加工 421
19.6 金属基复合材料的工程性能和应用 421
19.6.1 铝基复合材料 422
19.6.2 镁基复合材料 428
19.6.3 钛基复合材料 429
本章小结 430
思考题与习题 431
20 金属玻璃 433
20.1 金属玻璃的形成 433
20.1.1 金属玻璃形成热力学 434
20.1.2 非晶形成动力学 435
20.1.3 玻璃形成能力判据 436
20.2 金属玻璃的制备方法 438
20.2.1 快淬和平流铸造技术 438
20.2.2 净化和深过冷技术 439
20.2.3 粉末法 439
20.2.4 金属模铸造法 439
20.2.5 水淬法 440
20.2.6 喷铸吸铸法 440
20.2.7 电弧熔炼吸铸法 441
20.2.8 定向凝固法 441
20.2.9 压铸法 441
20.3 金属玻璃体系 442
20.3.1 Pd基合金系 442
20.3.2 Mg基合金系 442
20.3.3 稀土基合金系 443
20.3.4 La基合金 443
20.3.5 Nd基和Pr基合金 443
20.3.6 Ce基及其他稀土基合金 443
20.3.7 Ti基合金系 443
20.3.8 Fe基合金系 444
20.3.9 Cu基合金系 444
20.3.10 Ni基金属玻璃合金系 445
20.3.11 Zr基合金系 445
20.3.12 Al基合金系 445
20.4 金属玻璃的性能及应用 446
20.4.1 高性能结构材料 446
20.4.2 微型精密器件 447
本章小结 449
思考题与习题 450
21 高熵合金 452
21.1 高熵合金概述 453
21.1.1 高熵合金特点 453
21.1.2 高熵合金的微观组织 457
21.1.3 高熵合金的制备方法 460
21.2 高熵合金的微观结构稳定性 461
21.2.1 高熵合金微观结构稳定性热力学分析 461
21.2.2 高熵合金微观结构稳定性的影响因素 463
21.2.3 高熵合金微观结构稳定性的综合分析 464
21.3 高熵合金的性能 468
21.3.1 室温硬度及压缩和拉伸性能 468
21.3.2 高熵合金力学性能随温度的变化 472
21.3.3 高熵合金其他力学性能 475
21.3.4 高熵合金抗腐蚀性能 476
21.3.5 高熵合金的物理性能 477
本章小结 478
思考题与习题 478