1 金属材料的力学性能 1
1.1 强度指标 1
1.1.1 比例极限 2
1.1.2 弹性极限 2
1.1.3 屈服强度 2
1.1.4 抗拉强度 3
1.1.5 弹性模量 3
1.1.6 疲劳强度 3
1.2 塑性指标 4
1.2.1 伸长率 4
1.2.2 断面收缩率 4
1.3 硬度指标 5
1.3.1 布氏硬度 5
1.3.2 洛氏硬度 6
1.4 韧性指标 8
1.4.1 冲击试验原理 8
1.4.2 冲击韧性值的影响因素 8
习题与思考题 11
2 金属的晶体结构 12
2.1 金属 12
2.1.1 金属的特性 12
2.1.2 金属原子的结构特点 12
2.1.3 金属原子间的结合方式（金属键） 12
2.2 金属的晶体结构 14
2.2.1 晶体结构的基础知识 14
2.2.2 金属中常见的三种晶体结构 15
2.2.3 晶体结构特征的几个参数 18
2.2.4 晶面指数和晶向指数 19
2.2.5 晶体的各向异性 23
2.3 金属的实际晶体结构 24
2.3.1 点缺陷——空位和间隙原子 24
2.3.2 线缺陷——位错 26
2.3.3 面缺陷——晶界和亚晶界 27
2.4 金属中的原子扩散 28
2.4.1 固态金属中原子扩散的方式 29
2.4.2 扩散速度的主要影响因素 30
习题与思考题 31
3 纯金属的结晶 32
3.1 结晶的热力学条件 32
3.2 液态金属的性质和结构 33
3.2.1 液态金属的性质 33
3.2.2 液态金属的结构 34
3.3 金属结晶的现象 35
3.3.1 金属结晶的过冷现象 35
3.3.2 金属结晶的一般过程 36
3.4 晶核的形成 37
3.4.1 均匀形核（自发形核） 37
3.4.2 非均匀形核（非自发形核） 39
3.4.3 形核率与过冷度的关系 42
3.5 晶核的长大 44
3.5.1 晶体长大的驱动力 44
3.5.2 液-固界面的微观结构 44
3.5.3 液-固界面前沿液体中的温度梯度 45
3.5.4 晶体生长机制和生长速率 46
3.5.5 晶体的形貌 48
3.5.6 过冷度对晶体长大的影响 50
3.5.7 结晶过程中结构缺陷的形成 50
3.6 金属结晶后的晶粒大小 52
3.6.1 晶粒度对金属性能的影响 52
3.6.2 晶粒度的决定因素 53
3.6.3 晶粒度的控制方法 53
3.7 铸锭的结晶及组织 54
3.7.1 铸锭的宏观组织 55
3.7.2 三晶带的形成 55
3.7.3 结晶时的体积变化 57
3.7.4 气泡的形成 58
3.7.5 夹杂物的形成 59
3.8 金属的同素异晶转变 59
习题与思考题 60
4 金属的塑性变形与再结晶 61
4.1 金属的塑性变形 61
4.1.1 单晶体的变形 61
4.1.2 多晶体的塑性变形 67
4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 68
4.2.1 对性能的影响 68
4.2.2 对组织结构的影响 69
4.2.3 产生残余应力 70
4.3 冷变形金属在加热时的变化 71
4.3.1 回复 71
4.3.2 再结晶 72
4.3.3 晶粒长大 73
4.3.4 影响再结晶后晶粒大小的因素 74
4.3.5 冷塑性变形金属的热处理 75
4.4 金属的热塑性变形 76
4.4.1 金属的热加工与冷加工的本质区别 76
4.4.2 热加工对钢组织和性能的影响 77
习题与思考题 78
5 二元合金的相结构与结晶 79
5.1 基本概念 79
5.2 固态合金中的相结构 79
5.2.1 固溶体 80
5.2.2 金属化合物 87
5.3 二元合金相图的基本知识 91
5.3.1 二元合金相图的表示方法 91
5.3.2 二元合金相图的测定方法 92
5.3.3 相律 93
5.3.4 平衡相的定量法则——杠杆定律 94
5.4 匀晶相图 96
5.4.1 匀晶相图分析 96
5.4.2 合金的平衡结晶及其组织 97
5.4.3 结晶过程中溶质组元的重分配和分配系数 99
5.4.4 合金的非平衡结晶及显微偏析 99
5.4.5 区域熔炼（提纯） 102
5.4.6 成分过冷在固溶体结晶中的作用 102
5.4.7 合金的性能与成分的关系 104
5.5 共晶相图 105
5.5.1 相图分析 105
5.5.2 合金的平衡结晶及其组织 106
5.5.3 合金非平衡结晶及其组织 111
5.5.4 密度偏析和区域偏析 113
5.5.5 合金性能与成分的关系 114
5.6 包晶相图 115
5.6.1 相图分析 115
5.6.2 合金的平衡结晶及其组织 116
5.6.3 合金的非平衡结晶及其组织 118
5.6.4 包晶转变的细化晶粒作用 119
5.7 形成金属化合物的相图 119
5.7.1 形成稳定化合物的相图 120
5.7.2 形成不稳定化合物的相图 121
5.8 具有固态相变的相图 122
5.8.1 具有同素异晶转变的相图 122
5.8.2 具有共析转变的相图 123
5.8.3 具有包析转变的相图 123
习题与思考题 124
6 铁碳合金相图 125
6.1 铁碳合金的基本相 125
6.1.1 铁素体 125
6.1.2 奥氏体 126
6.1.3 渗碳体 126
6.2 相图分析 127
6.2.1 包晶转变线 128
6.2.2 共晶转变线 128
6.2.3 共析转变线 129
6.2.4 其他重要曲线 129
6.3 典型合金的结晶及其组织 130
6.3.1 工业纯铁的结晶过程及组织转变 130
6.3.2 共析钢（碳含量0.7 7％）的结晶过程及组织转变 131
6.3.3 亚共析钢的结晶过程及组织转变 132
6.3.4 过共析钢的结晶过程及组织转变 134
6.3.5 共晶白口铸铁（含4.3 ％C）的结晶过程及组织转变 135
6.3.6 亚共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变 136
6.3.7 过共晶白口铸铁的结晶过程及组织转变 136
6.4 碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 138
6.4.1 碳含量对平衡组织的影响 138
6.4.2 碳含量对力学性能的影响 139
6.5 铁碳相图的运用 140
6.5.1 在钢铁选材方面的应用 140
6.5.2 在制订热加工工艺方面的应用 140
习题与思考题 141
7 钢的热处理 142
7.1 概述 142
7.2 钢在加热时的转变 142
7.2.1 共析钢的奥氏体化 143
7.2.2 影响奥氏体化的因素 145
7.2.3 奥氏体晶粒的长大 146
7.3 钢在冷却时的转变 148
7.3.1 过冷奥氏体等温转变 149
7.3.2 影响奥氏体等温转变的因素 157
7.3.3 过冷奥氏体的连续冷却转变 158
7.3.4 马氏体转变 161
7.4 钢的退火与正火 165
7.4.1 退火 165
7.4.2 正火 168
7.5 钢的淬火 169
7.5.1 淬火工艺 169
7.5.2 淬火方法 172
7.5.3 淬火缺陷及防止方法 174
7.6 钢的回火 175
7.6.1 回火的目的 175
7.6.2 淬火钢的回火转变 176
7.6.3 回火转变产物的组织与性能 177
7.6.4 回火的种类及应用 180
7.6.5 回火脆性 181
7.7 钢的淬透性 182
7.7.1 淬透性的概念 182
7.7.2 影响淬透性的因素 183
7.7.3 影响淬透层深度的因素 183
7.7.4 淬透性的测定与表示方法 184
7.7.5 淬透性的实际意义 185
7.8 钢的表面热处理 186
7.8.1 表面淬火 186
7.8.2 化学热处理 188
习题与思考题 195
8 工业用钢 196
8.1 钢中的合金元素及作用 196
8.1.1 合金元素在钢中的存在形式 196
8.1.2 合金元素对铁碳合金相图的影响 200
8.2 钢的分类及牌号 204
8.2.1 钢的分类 204
8.2.2 钢材的分类 205
8.2.3 钢铁产品的牌号 206
8.3 工程结构用钢 208
8.3.1 碳素结构钢（GB／T 700—2006） 208
8.3.2 优质碳素结构钢（GB／T 699—1999） 210
8.3.3 低合金高强度结构钢（GB／T 1591—2008） 211
8.4 机械零件用钢 214
8.4.1 调质钢 215
8.4.2 渗碳钢 216
8.4.3 弹簧钢 219
8.4.4 滚动轴承钢 222
8.5 工具钢 225
8.5.1 刃具钢 225
8.5.2 模具钢 232
8.5.3 量具钢 234
8.6 特殊性能钢 235
8.6.1 不锈钢 235
8.6.2 耐热钢 240
8.6.3 耐磨钢 241
习题与思考题 242
9 铸铁 243
9.1 铸铁的石墨化过程及分类 243
9.1.1 铸铁的石墨化过程 243
9.1.2 铸铁的分类 244
9.2 灰口铸铁 245
9.2.1 灰口铸铁的化学成分、组织和性能 245
9.2.2 灰口铸铁的牌号和用途 246
9.2.3 影响灰口铸铁组织与性能的因素 248
9.2.4 灰口铸铁的孕育处理 248
9.2.5 灰口铸铁的热处理 249
9.3 球墨铸铁 249
9.3.1 球墨铸铁的化学成分、组织和性能 249
9.3.2 球墨铸铁的牌号和用途 250
9.3.3 球墨铸铁的热处理 250
9.4 蠕墨铸铁 252
9.4.1 蠕墨铸铁的化学成分与金相组织 252
9.4.2 蠕墨铸铁的牌号、性能与用途 252
9.5 可锻铸铁 253
9.5.1 可锻铸铁的化学成分、组织及石墨化退火 253
9.5.2 可锻铸铁的牌号、性能及用途 254
9.6 特殊性能铸铁 254
9.6.1 耐磨铸铁 255
9.6.2 耐热铸铁 255
9.6.3 耐蚀铸铁 255
习题与思考题 256
10 有色金属及合金 257
10.1 铝及铝合金 257
10.1.1 纯铝 257
10.1.2 铝合金的分类 257
10.1.3 铝合金强化 259
10.1.4 变形铝合金 261
10.1.5 铸造铝合金 264
10.2 镁及镁合金 268
10.2.1 纯镁 268
10.2.2 镁合金 268
10.3 铜及铜合金 275
10.3.1 纯铜 275
10.3.2 黄铜 276
10.3.3 青铜 278
10.4 钛及钛合金 280
10.4.1 纯钛 280
10.4.2 钛合金 280
10.4.3 工业用钛合金 282
10.4.4 钛合金的热处理 283
习题与思考题 286
参考文献 287