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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