金屬材料及熱處理

本書為教育部高等學校材料科學與工程教學指導委員會規劃教材, 根據教育部高等學校材料科學與工程教學指導委員會制訂的教學基本要求編寫。“金屬材料與熱處理”是高等工科院校材料科學與工程專業的專業基礎課之一, 教學目的是使學生理解金屬材料的組織、 性能和加工工藝三者之間的關係, 掌握金屬材料的強化理論, 為今後金屬材料的選擇及加工工藝制訂的奠定堅實的理論基礎。

全書共8章, 分別為第1章概述了金屬材料在人類社會中的作用, 強調了熱處理在材料生產中的地位, 指明瞭全書的研究內容與目的; 第2章講述了金屬材料的固態相變的基礎理論; 第3章介紹了鋼的熱處理原理與工藝; 第4章介紹了有色金屬材料的熱處理原理與工藝; 第5章介紹了金屬材料的強韌化方法, 並對材料失效做了初步分析; 第6章介紹了常見的構件用鋼、 機器零件用鋼和特殊性能用鋼, 並對鑄鐵進行了講述; 第7章介紹了常見的鋁、 銅等有色金屬材料; 第8章在前述內容的基礎上, 介紹了材料失效基礎知識與典型金屬材料的設計原則和方案。

本書可作為材料科學與工程專業(金屬材料方向), 材料加工專業本科生教材, 也可供冶金、 機械等行業的研究生和工程技術人員參考。 ^[1] 

第1章緒論

1.1金屬材料在人類社會發展中的作用與地位

1.2金屬材料成分、工藝、組織與性能的關係

1.3金屬熱處理在金屬材料生產中的作用與地位

1.4“金屬材料及熱處理”的研究對象、內容與目的

思考練習題

第2章固態相變導論

2.1概述

2.2固態相變的基本類型

2.2.1固態相變中的分類方法

2.2.2擴散型相變的主要類型

2.2.3無擴散型相變的主要類型

2.2.4介於擴散型與無擴散型間的相變

2.3固體中的相界面

2.3.1相界面類型與界面能

2.3.2共格界面

2.3.3半共格界面

2.3.4非共格界面

2.3.5彈性應變能

2.3.6界面能與應變能的作用

2.4固態相變的一般規律

2.4.1均勻形核基本規律

2.4.2非均勻形核基本規

2.4.3在界面處形核

2.4.4在位錯上形核

2.4.5非均勻形核速率

2.4.6晶核長大基本規律

2.4.7熱激活型界面過程控制長大

2.4.8非熱激活型界面過程控制長大

2.4.9受長程擴散過程控制的長大

2.4.10相變動力學

2.4.11轉變動力學圖(TTT圖)

2.4.12建立數學方程

2.5固態相變理論具體應用舉例——第二相形狀預測

思考練習題

第3章鋼的熱處理原理與工藝

3.1鋼在加熱時的組織轉變

3.1.1奧氏體的組織結構

3.1.2奧氏體的形成

3.1.3影響奧氏體形成速度的因素

3.1.4奧氏體晶粒長大及其控制

3.2鋼的過冷奧氏體轉變動力學圖

3.2.1過冷奧氏體等温轉變曲線

3.2.2過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線

3.2.3過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線與等温轉變曲線的比較

3.3珠光體轉變與鋼的退火和正火

3.3.1珠光體的組織形態與力學性能

3.3.2珠光體轉變機制

3.3.3偽共析轉變

3.3.4亞(過)共析鋼先共析相的析出

3.3.5影響珠光體形成速度的因素

3.3.6鋼的退火與正火

3.4馬氏體轉變與鋼的淬火

3.4.1馬氏體轉變的主要特徵

3.4.2馬氏體的晶體結構、組織形態與力學性能

3.4.3馬氏體轉變的熱力學

3.4.4馬氏體轉變的動力學

3.4.5表面馬氏體轉變

3.4.6奧氏體的熱穩定化

3.4.7鋼的淬火

3.4.8鋼的淬透性

3.5回火轉變與鋼的回火

3.5.1淬火碳鋼回火時的組織轉變

3.5.2合金元素對回火轉變的影響

3.5.3回火時力學性能的變化

3.5.4鋼的回火工藝與應用

3.6貝氏體轉變與鋼的等温淬火

3.6.1貝氏體轉變的基本特徵

3.6.2貝氏體的組織形態

3.6.3貝氏體形成過程

3.6.4影響貝氏體轉變的因素

3.6.5貝氏體轉變產物的力學性能

3.6.6鋼的等温淬火

3.7鋼的表面熱處理

3.7.1表面淬火

3.7.2快速加熱時的相變特點

3.7.3表面淬火後鋼的組織與性能

3.7.4表面淬火方法

3.7.5鋼的化學熱處理

3.8形變熱處理

思考練習題

第4章有色金屬熱處理原理與工藝

4.1概述

4.2均勻化退火

4.2.1鑄態合金的組織與性能特點

4.2.2均勻化退火過程中的組織性能變化

4.2.3有色合金的均勻化退火的工藝

4.3基於回覆與再結晶過程的退火

4.3.1冷變形金屬的組織和性能

4.3.2冷變形金屬在退火過程中組織和性能變化

4.3.3有色合金的去應力退火

4.3.4有色合金的回覆退火和再結晶退火

4.3.5典型有色金屬及合金的回覆退火及再結晶退火工藝

4.4基於固態相變過程的退火

4.4.1基於固溶度變化的退火

4.4.2重結晶退火

4.5淬火與時效

4.5.1基本概念

4.5.2合金固溶處理後性能的變化

4.5.3過飽和固溶體分解機制

4.5.4脱溶序列及產物的結構特徵

4.5.5脱溶產物的組織特徵

4.5.6時效前後合金性能變化(時效硬化曲線及影響時效硬化的因素)

4.5.7影響時效過程及材料性能的因素

4.5.8淬火(固溶處理)與時效的工藝

4.6有色合金的形變熱處理

4.6.1熱變形時金屬組織的變化

4.6.2有色合金的形變熱處理類型

4.6.3有色合金的形變熱處理工藝規程

思考練習題

第5章金屬強韌化導論

5.1金屬材料的強度、塑性和韌性

5.1.1金屬材料的強度

5.1.2金屬材料的塑性與韌性

5.1.3金屬材料的強韌化

5.1.4環境作用下金屬材料強韌性行為

5.2強化機制

5.2.1固溶強化

5.2.2細晶強化

5.2.3形變強化(位錯強化)

5.2.4第二相強化

5.3改善塑性和韌性的途徑

5.3.1塑性變化基本規律與改善塑性的途徑

5.3.2影響塑性的主要因素

5.3.3改善韌性的途徑

5.4環境對強韌性的影響

5.4.1環境腐蝕對金屬強韌性的影響

5.4.2高温對金屬強韌性的影響

5.4.3低温對金屬強韌性的影響

5.5金屬強韌化研究的進展

思考練習題

第6章鋼鐵材料

6.1鋼的合金化基礎

6.1.1鋼中的元素及其分類

6.1.2合金元素與鐵和碳的相互作用

6.1.3合金元素對鋼相變的影響

6.1.4鋼的分類及編號

6.2構件用鋼

6.2.1概述

6.2.2構件用鋼的力學性能特點

6.2.3構件用鋼的工藝性能

6.2.4構件用鋼的耐大氣腐蝕性能

6.2.5合金元素對構件用鋼性能的影響

6.2.6碳素構件用鋼

6.2.7普通低合金構件用鋼

6.2.8普低鋼的性能提高的途徑

6.3機器零件用鋼

6.3.1概述

6.3.2機器零件用鋼的合金化特點

6.3.3滲碳鋼

6.3.4調質鋼

6.3.5彈簧鋼

6.3.6滾動軸承鋼

6.4工具鋼

6.4.1概述

6.4.2刃具鋼

6.4.3模具鋼

6.4.4量具鋼

6.5不鏽鋼

6.5.1概述

6.5.2金屬的腐蝕與防護

6.5.3不鏽鋼的性能要求及影響其耐蝕性的因素

6.5.4不鏽鋼的分類和特點

6.5.5鐵素體、馬氏體不鏽鋼

6.5.6奧氏體不鏽鋼

6.5.7鐵素體-奧氏體雙相不鏽鋼

6.5.8沉澱硬化不鏽鋼

6.6耐熱鋼

6.6.1耐熱金屬材料的工作條件及性能特點

6.6.2耐熱鋼的分類

6.6.3抗氧化鋼

6.6.4珠光體及馬氏體耐熱鋼

6.6.5奧氏體耐熱鋼及合金

6.7鑄鐵

6.7.1概述

6.7.2鑄鐵的結晶與石墨化

6.7.3灰鑄鐵

6.7.4球墨鑄鐵

6.7.5蠕墨鑄鐵

6.7.6可鍛鑄鐵

6.7.7白口鑄鐵

6.7.8特殊性能鑄鐵

思考練習題

第7章有色金屬及其合金

7.1鋁及鋁合金

7.1.1鋁及鋁合金的主要特徵

7.1.2鋁的合金化、分類與牌號

7.1.3典型變形鋁合金簡介

7.1.4鑄造鋁合金

7.2銅及銅合金

7.2.1銅及銅合金的分類及牌號

7.2.2紫銅(純銅)

7.2.3銅的合金化

7.2.4黃銅

7.2.5青銅

7.2.6白銅

7.2.7鑄造銅合金

7.3鈦及鈦合金

7.3.1工業純鈦

7.3.2鈦合金

7.3.3鈦合金熱處理的特點

7.3.4鈦合金的發展趨勢

7.4鎂及鎂合金

7.4.1鎂及鎂合金的特點

7.4.2鎂的合金化

7.4.3鎂及鎂合金的牌號

7.4.4常用的工業鎂合金

7.4.5鎂合金的熱處理特點

7.5鎳及鎳合金

7.5.1純鎳

7.5.2結構用鎳合金

7.5.3電工用鎳合金

7.5.4耐熱鎳合金

7.6難熔金屬及其合金

7.6.1難熔金屬的主要特徵

7.6.2難熔金屬的合金化

7.6.3塑性-脆性轉變温度及其影響因素

7.6.4鎢及鎢合金

7.6.5鉬及鉬合金

7.6.6鉭及鉭合金

7.6.7鈮及鈮合金

7.6.8難熔金屬及合金的熱處理

第8章機械零件的選材

8.1金屬材料與零件的失效分析

8.1.1失效的概念

8.1.2機械零件的失效形式

8.1.3失效的原因

8.1.4提高失效抗力的方法

8.2選材的基本原則

8.2.1滿足使用性能

8.2.2滿足工藝性能

8.2.3滿足經濟性

8.2.4從資源與環境關係的角度選材

8.3典型零件的選材分析及應用實例

8.3.1機牀零件的選材分析

8.3.2典型模具的選材分析

8.3.3汽車及拖拉機零件的選材分析

8.3.4機座箱體類零件

8.3.5熱能裝置的選材分析

8.3.6典型零件的選材實例

思考練習題

主要參考文獻 ^[1]