第0章 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——原始金属材料的生产 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——微观组织理论的大发展 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 3
0.3 金属材料的可持续发展与趋势 4
习题与思考题 6
第一篇 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 7
1.1.3 合金元素对Fe-C相图的影响 9
1.2 合金钢中的相组成 10
1.2.1 置换固溶体 10
1.2.2 间隙固溶体 11
1.2.3 碳（氮）化物及其形成规律 12
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 合金钢中的相变 17
1.4.1 合金钢的加热奥氏体化 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 钢的热处理工艺性 28
1.6.2 钢的成型加工性 34
1.7 微量元素在钢中的作用 35
1.7.1 微量元素的作用 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 37
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 39
1.9 合金钢的分类与编号 41
1.9.1 钢的分类 41
1.9.2 合金钢的编号方法 41
本章小结 43
习题与思考题 45
第2章 工程结构钢 47
2.1 工程结构钢的基本要求 47
2.2 低合金高强度结构钢的合金化 48
2.2.1 合金元素对低合金高强度钢力学性能的影响 48
2.2.2 合金元素对焊接性和耐大气腐蚀性的影响 50
2.3 常用低合金高强度结构钢 51
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 微合金元素的作用 55
2.5 针状铁素体钢 56
2.6 低碳贝氏体和马氏体钢 57
2.7 双相钢 58
2.8 低合金高强度钢发展趋势 59
本章小结 60
习题与思考题 60
第3章 机械制造结构钢 61
3.1 概述 61
3.1.1 机械制造结构钢的特点与合金化 61
3.1.2 机械制造结构钢的强度与脆性 62
3.2 调质钢 64
3.2.1 淬透性原则 64
3.2.2 合金化及常用钢 64
3.2.3 调质钢强韧化工艺的发展 66
3.3 非调质机械结构钢 66
3.3.1 微合金元素对强韧化的贡献 66
3.3.2 获得最佳强韧化的工艺因素 68
3.3.3 组织因素对强韧性贡献的大小 68
3.3.4 低碳贝氏体型和马氏体型非调质钢 69
3.3.5 非调质钢综合优化设计 69
3.4 弹簧钢 70
3.4.1 弹簧的服役条件及性能要求 70
3.4.2 常用弹簧钢及强化工艺 71
3.5 滚动轴承钢 72
3.5.1 滚动轴承钢的工作特点及性能要求 72
3.5.2 轴承钢的冶金质量和合金化 73
3.5.3 高碳铬轴承钢的热处理 74
3.6 低碳马氏体钢 76
3.6.1 低碳马氏体结构钢力学性能及影响因素 76
3.6.2 低碳马氏体结构钢及应用 77
3.7 合金渗碳钢 77
3.7.1 渗碳钢的合金化 77
3.7.2 常用渗碳钢及热处理 78
3.8 氮化钢 81
3.9 低淬透性钢 82
3.10 耐磨钢 83
3.10.1 钢的耐磨性及其影响因素 83
3.10.2 高锰铸钢 84
3.10.3 低合金耐磨钢及石墨钢 85
3.11 零件材料选择基本原则与思路 86
3.11.1 选择材料的基本原则 86
3.11.2 选择材料的基本思路及方法 87
3.11.3 典型零件材料选择与工艺分析 89
本章小结 90
习题与思考题 92
第4章 工模具钢 94
4.1 概述 94
4.1.1 工具钢成分与性能特点 94
4.1.2 工具钢基本性能及检测方法 95
4.2 刃具用碳素钢及低合金工具钢 96
4.2.1 碳素工具钢 96
4.2.2 低合金工具钢 96
4.3 高速钢 98
4.3.1 高速钢的分类 98
4.3.2 高速钢中合金元素的作用 99
4.3.3 高速钢中的碳化物 101
4.3.4 高速钢的热处理 102
4.4 冷作模具钢 108
4.4.1 碳素工具钢和低合金工具钢 108
4.4.2 高铬和中铬模具钢 108
4.4.3 基体钢 111
4.5 热作模具钢 111
4.5.1 热锤锻模钢 112
4.5.2 热挤压模钢 114
4.5.3 压铸模钢 115
4.6 其他类型工具钢 116
4.6.1 耐冲击用钢 116
4.6.2 轧辊用钢 117
4.6.3 量具用钢 117
4.6.4 塑料模具用钢 118
本章小结 120
习题与思考题 121
第5章 不锈钢 123
5.1 概述 123
5.1.1 金属腐蚀类型与提高耐腐蚀性的途径 123
5.1.2 不锈钢的组织与分类 124
5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 126
5.2.1 常用合金元素的作用 126
5.2.2 腐蚀介质对钢耐蚀性的影响 129
5.3 铁素体不锈钢 129
5.3.1 常用铁素体不锈钢及特点 129
5.3.2 铁素体不锈钢的脆性 130
5.3.3 铁素体不锈钢的热处理 130
5.4 马氏体不锈钢 131
5.4.1 马氏体不锈钢的成分和组织特点 132
5.4.2 马氏体不锈钢的热处理特点 133
5.5 奥氏体不锈钢 134
5.5.1 奥氏体不锈钢的成分特点 134
5.5.2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 135
5.5.3 奥氏体不锈钢的热处理 136
5.5.4 铬锰氮奥氏体不锈钢 138
5.6 奥氏体-铁素体双相不锈钢 139
本章小结 139
习题与思考题 140
第6章 耐热钢 141
6.1 概述 141
6.1.1 金属的抗氧化性 141
6.1.2 钢的热强性 143
6.1.3 耐热钢的合金化 146
6.2 热强钢 146
6.2.1 珠光体热强钢 146
6.2.2 马氏体热强钢 149
6.2.3 奥氏体型高温合金 151
6.3 抗氧化钢 153
本章小结 154
习题与思考题 155
第7章 超高强度结构钢 156
7.1 低合金超高强度钢 156
7.1.1 低合金超高强度钢的成分设计 156
7.1.2 常用低合金超高强度钢 157
7.2 二次硬化型超高强度钢 159
7.2.1 二次硬化型超高强度钢的成分设计 159
7.2.2 二次硬化型超高强度钢的性能特点 159
7.3 马氏体时效钢 160
7.3.1 马氏体时效钢的成分设计 160
7.3.2 马氏体时效钢的组织性能 161
7.3.3 马氏体时效钢的发展 162
7.4 沉淀硬化超高强度不锈钢 163
本章小结 164
习题与思考题 165
第8章 铸铁 166
8.1 概述 166
8.1.1 铸铁的分类与牌号表示方法 166
8.1.2 铸铁石墨化及影响因素 167
8.2 普通灰铸铁 171
8.2.1 灰铸铁中片状石墨的生长方式 171
8.2.2 灰铸铁组织特点 172
8.2.3 灰铸铁性能及热处理 173
8.3 球墨铸铁 174
8.3.1 球状石墨的形成过程 175
8.3.2 球墨铸铁组织与性能 176
8.3.3 球墨铸铁的热处理 178
8.4 蠕墨铸铁 181
8.4.1 蠕状石墨的形成过程 181
8.4.2 蠕墨铸铁的金相组织 181
8.4.3 蠕墨铸铁性能特点及应用 182
8.5 可锻铸铁 183
8.6 特种性能铸铁 185
8.6.1 耐热铸铁 185
8.6.2 耐磨铸铁 185
8.6.3 耐蚀铸铁 186
本章小结 186
习题与思考题 187
第二篇 有色金属合金 189
第9章 铝合金 189
9.1 概述 189
9.1.1 铝合金的分类 189
9.1.2 铝合金热处理强化特点 190
9.1.3 影响时效强化的主要因素 191
9.2 变形铝合金 192
9.2.1 变形铝及铝合金牌号和表示方法 192
9.2.2 防锈铝合金 193
9.2.3 硬铝合金 194
9.2.4 超硬铝合金 195
9.2.5 锻铝合金 196
9.2.6 变形铝合金的热处理及金相检验 196
9.3 铸造铝合金 197
9.3.1 铝-硅及铝-硅-镁铸造合金 197
9.3.2 其他铸造铝合金 199
9.3.3 铸造铝合金的热处理 201
本章小结 201
习题与思考题 203
第10章 铜合金 204
10.1 黄铜 204
10.1.1 黄铜的牌号及表示方法 204
10.1.2 普通黄铜 204
10.1.3 特殊黄铜 207
10.1.4 黄铜的热处理 209
10.2 青铜 209
10.2.1 青铜的牌号及表示方法 209
10.2.2 锡青铜 210
10.2.3 铝青铜 213
10.2.4 铍青铜 214
本章小结 215
习题与思考题 216
第11章 钛合金 217
11.1 概述 217
11.1.1 钛的基本性质与合金化 217
11.1.2 钛合金的相变特点 218
11.2 常用钛合金 220
11.2.1 钛合金的分类 220
11.2.2 α钛合金 221
11.2.3 α+β钛合金 222
11.2.4 β钛合金 223
11.3 钛合金的热处理 224
11.4 钛合金的发展与应用 225
11.4.1 钛合金生产工艺的改善 225
11.4.2 钛合金的新发展和新应用 225
本章小结 226
习题与思考题 227
第12章 镁合金 228
12.1 概述 228
12.1.1 镁的基本性质 228
12.1.2 镁合金的特点 228
12.1.3 镁合金的分类 229
12.2 镁合金的合金化原理 230
12.2.1 合金元素对组织和性能的影响 230
12.2.2 镁合金的强韧化 231
12.3 变形镁合金的组织和性能 232
12.4 铸造镁合金的组织和性能 234
12.5 镁合金的热处理 235
12.6 镁合金的应用 236
本章小结 237
习题与思考题 237
第三篇 新型金属材料 239
第13章 金属功能材料 239
13.1 磁性合金 239
13.1.1 软磁合金 239
13.1.2 硬磁合金 242
13.2 电热合金 244
13.2.1 Ni-Cr系合金 244
13.2.2 Fe-Cr-Al系合金 245
13.2.3 Fe-Mn-Al系合金 245
13.3 形状记忆合金 246
13.3.1 形状记忆原理 246
13.3.2 常用形状记忆合金 247
13.4 其他功能材料 250
13.4.1 热膨胀合金 250
13.4.2 减振合金 251
13.4.3 储氢合金 253
本章小结 254
习题与思考题 255
第14章 金属基复合材料 256
14.1 概述 256
14.1.1 金属基复合材料的种类 256
14.1.2 金属基复合材料的性能特点 257
14.1.3 金属基复合材料的研究和应用 259
14.2 金属基复合材料的强度和体系选择 260
14.2.1 金属基复合材料的强度 260
14.2.2 金属基复合材料的体系选择 261
14.3 金属基复合材料的界面与控制 263
14.3.1 金属基复合材料界面结合与界面类型 264
14.3.2 金属基复合材料界面稳定性 265
14.3.3 金属基复合材料界面浸润与界面反应控制 266
14.4 金属基复合材料的性能 267
14.4.1 纤维增强金属基复合材料 267
14.4.2 短纤维及颗粒增强金属基复合材料 269
本章小结 271
习题与思考题 271
第15章 金属间化合物结构材料 272
15.1 概述 272
15.1.1 金属间化合物材料的性能特点 272
15.1.2 金属间化合物结构材料发展历史 273
15.2 常用金属间化合物材料及应用 274
15.2.1 Ni-Al系金属间化合物合金 274
15.2.2 Fe-Al系金属间化合物合金 276
15.2.3 Ti-Al系金属间化合物合金 277
本章小结 280
习题与思考题 280
附录 281
附录A 课程总结提要 281
附录B 课堂讨论题 285
附录C 关于金属材料部分力学性能符号的说明 288