金屬材料與熱處理

《金屬材料與熱處理》主要講述了常用金屬材料的分類、編號、組織結構、力學性能、熱處理以及應用等方面的基本知識，全書以金屬材料的性能及改性為核心，並以金屬材料的性能與成分、組織結構、加工工藝(熱處理)之間的關係為主線貫穿始終。書中每章後面有複習與思考題，題型有名詞解釋、填空、選擇、簡答等，可供學生檢驗學習效果。另外，書後附錄有實驗指導可供參考。

《金屬材料與熱處理》可作為高職、高專、各類成人教育機械類專業的教材或培訓用書，也可供有關技術人員參考。

緒論 1

第1章 金屬材料的力學性能 3

1.1　強度與塑性 3

1.1.1　拉伸試驗與拉伸曲線 3

1.1.2　剛度 5

1.1.3　強度 5

1.1.4　塑性 6

1.2　硬度 7

1.2.1　布氏硬度 7

1.2.2　洛氏硬度 8

1.2.3　維氏硬度 9

1.3　衝擊韌度 10

1.3.1　擺錘式一次衝擊試驗 10

1.3.2　低温脆性 10

1.4　疲勞極限 11

1.4.1　疲勞現象 11

1.4.2　疲勞極限 11

1.4.3　提高疲勞極限的途徑 12

1.5　常用力學性能指標及其含義 12

複習與思考題1 13

第2章 金屬的晶體結構與結晶 14

2.1　純金屬的晶體結構 14

2.1.1　晶體結構的基本概念 14

2.1.2　常見的金屬晶格類型 15

2.1.3　金屬的同素異構轉變 17

2.2　合金的晶體結構 17

2.2.1　合金的基本概念 18

2.2.2　合金的相結構 18

2.3　金屬的實際晶體結構 20

2.3.1　多晶體 20

2.3.2　晶體缺陷 21

2.4　純金屬的結晶 22

2.4.1　冷卻曲線與過冷度 22

2.4.2　純金屬的結晶過程 23

2.4.3　晶粒大小及控制 24

2.5　合金的結晶 25

2.5.1　二元合金相圖的建立 26

2.5.2　二元勻晶相圖 26

2.5.3　二元共晶相圖 29

複習與思考題2 32

第3章 鐵碳合金相圖 34

3.1　鐵碳合金的基本相及組織 34

3.1.1　鐵碳合金的基本相 34

3.1.2　鐵碳合金的基本組織 35

3.2　鐵碳合金相圖 36

3.2.1　相圖中的主要特性點 37

3.2.2　主要特性線 38

3.2.3　相區 39

3.2.4　鐵碳合金的分類 39

3.3　典型合金平衡結晶過程分析 39

3.3.1　共析鋼 39

3.3.2　亞共析鋼 40

3.3.3　過共析鋼 41

3.3.4　共晶白口鑄鐵 42

3.3.5　亞共晶白口鑄鐵 43

3.3.6　過共晶白口鑄鐵 43

3.4　鐵碳合金的性能與成分、組織的關係 44

3.4.1　碳的質量分數對鐵碳合金平衡組織的影響 44

3.4.2　碳的質量分數對鐵碳合金力學性能的影響 45

3.4.3　鐵碳合金相圖的應用 46

3.4.4　相圖的侷限性 47

複習與思考題3 47

第4章 非合金鋼 49

4.1　雜質元素對非合金鋼性能的影響 49

4.1.1　錳的影響 49

4.1.2　硅的影響 49

4.1.3　硫的影響 50

4.1.4　磷的影響 50

4.1.5　非金屬夾雜物的影響 50

4.2　非合金鋼的分類 51

4.2.1　按鋼中碳的質量分數分類 51

4.2.2　按鋼的冶煉質量分類 51

4.2.3　按鋼的用途分類 51

4.3　常用非合金鋼 51

4.3.1　我國鋼鐵產品的牌號表示方法 51

4.3.2　碳素結構鋼 51

4.3.3　優質碳素結構鋼 53

4.3.4　碳素工具鋼 56

4.3.5　碳素鑄鋼 57

複習與思考題4 57

第5章 鋼的熱處理 59

5.1　熱處理概述 59

5.1.1　熱處理的實質、目的和作用 59

5.1.2　熱處理的分類 59

5.2　鋼在加熱時的組織轉變 60

5.2.1　熱處理加熱目的和臨界温度 60

5.2.2　奧氏體晶粒度及其控制 60

5.3　鋼在冷卻時的組織轉變 61

5.3.1　過冷奧氏體等温冷卻轉變 61

5.3.2　馬氏體轉變 64

5.3.3　過冷奧氏體連續冷卻轉變 65

5.4　鋼的退火和正火 67

5.4.1　鋼的退火 67

5.4.2　鋼的正火 68

5.5　鋼的淬火 68

5.5.1　鋼的淬火 68

5.5.2　淬火工藝參數 68

5.5.3　常用的淬火方法 70

5.5.4　鋼的淬透性與淬硬性 71

5.6　鋼的回火 71

5.6.1　鋼的回火 71

5.6.2　鋼在回火時組織和力學性能的變化 72

5.6.3　鋼的回火種類 72

5.7　表面熱處理 73

5.7.1　感應加熱淬火 73

5.7.2　火焰加熱淬火 74

5.8　化學熱處理 74

5.8.1　鋼的滲碳 75

5.8.2　滲氮 75

5.9　其他熱處理技術簡介 76

5.9.1　可控氣氛熱處理 76

5.9.2　真空熱處理 76

5.9.3　形變熱處理 76

5.9.4　高能束熱處理 77

5.9.5　新型淬火冷卻介質 77

5.10　熱處理的質量控制 77

5.10.1　鋼熱處理的主要缺陷 78

5.10.2　熱處理對零件設計的要求 78

複習與思考題5 79

第6章 金屬的塑性變形與再結晶 81

6.1　金屬的塑性變形 81

6.1.1　單晶體的塑性變形 81

6.1.2　多晶體的塑性變形 83

6.2　冷塑性變形對金屬組織和性能的影響 84

6.2.1　冷塑性變形對金屬性能的影響 84

6.2.2　冷塑性變形對金屬組織的影響 85

6.3　冷塑性變形金屬在加熱時的變化 87

6.3.1　回覆 87

6.3.2　再結晶 87

6.3.3　晶粒長大 88

6.4　金屬的熱變形加工 89

6.4.1　冷、熱變形加工的區別 89

6.4.2　熱變形加工對金屬組織和性能的影響 90

複習與思考題6 91

第7章 低合金鋼和合金鋼 93

7.1　低合金鋼與合金鋼概述 93

7.1.1　低合金鋼和合金鋼 93

7.1.2　低合金鋼和合金鋼的分類 94

7.2　合金元素在鋼中的作用 94

7.2.1　合金元素與鐵、碳的作用 94

7.2.2　合金元素對鐵碳相圖的影響 95

7.2.3　合金元素對熱處理的影響 97

7.2.4　合金元素對鋼的工藝性能的影響 98

7.3　低合金鋼與合金鋼的編號 99

7.3.1　合金結構鋼的編號 99

7.3.2　合金工具鋼與特殊性能鋼的編號 100

7.3.3　專用鋼的編號 100

7.4　低合金鋼 100

7.4.1　低合金鋼的分類 100

7.4.2　低合金高強度鋼(HSLA) 101

7.4.3　低合金高耐候性鋼 102

7.4.4　低温用鋼 103

7.5　機器零件用鋼 103

7.5.1　合金滲碳鋼 104

7.5.2　合金調質鋼 105

7.5.3　合金彈簧鋼 107

7.5.4　滾動軸承鋼 109

7.6　合金工具鋼 110

7.6.1　低合金刃具鋼 110

7.6.2　高速工具鋼 112

7.6.3　合金模具鋼 115

7.6.4　量具鋼 118

7.7　特殊性能鋼 119

7.7.1　不鏽鋼 119

7.7.2　耐熱鋼 122

7.7.3　高錳耐磨鋼 124

複習與思考題7 125

第8章 鑄鐵 128

8.1　鑄鐵及其石墨化 128

8.1.1　鑄鐵的特點和分類 128

8.1.2　鑄鐵的石墨化 129

8.1.3　影響石墨化程度的主要因素 130

8.2　灰鑄鐵 131

8.2.1　灰鑄鐵的組織 131

8.2.2　灰鑄鐵的性能 132

8.2.3　灰鑄鐵的牌號和用途 132

8.2.4　灰鑄鐵的熱處理 133

8.3　球墨鑄鐵 133

8.3.1　球墨鑄鐵的化學成分和組織特徵 133

8.3.2　球墨鑄鐵的牌號、性能和應用 134

8.3.3　球墨鑄鐵的熱處理 134

8.4　蠕墨鑄鐵 135

8.4.1　蠕墨鑄鐵的化學成分和組織特徵 135

8.4.2　蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點 136

8.5　可鍛鑄鐵 136

8.5.1　可鍛鑄鐵的化學成分和石墨化退火 136

8.5.2　可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途 137

8.6　特殊性能鑄鐵 138

8.6.1　耐磨鑄鐵 138

8.6.2　耐熱鑄鐵 138

8.6.3　耐蝕鑄鐵 139

複習與思考題8 139

第9章 有色金屬及其合金 141

9.1　鋁及鋁合金 141

9.1.1　純鋁的性能與用途 141

9.1.2　鋁合金的分類 142

9.1.3　鋁合金的時效硬化 142

9.1.4　變形鋁合金 144

9.1.5　鑄造鋁合金 145

9.2　銅及銅合金 146

9.2.1　純銅 146

9.2.2　銅合金的分類及牌號表示方法 147

9.2.3　黃銅 148

9.2.4　青銅 149

9.2.5　白銅 151

9.3　鈦及鈦合金 151

9.3.1　鈦及鈦合金的種類和性能 151

9.3.2　常用的鈦合金 152

9.4　滑動軸承合金 154

9.4.1　滑動軸承合金的性能和組織要求 154

9.4.2　錫基和鉛基軸承合金(巴氏合金) 155

9.4.3　銅基和鋁基軸承合金 155

複習與思考題9 156

第10章 非金屬材料及複合材料 158

10.1　塑料 158

10.1.1　塑料的組成 158

10.1.2　塑料的分類 158

10.1.3　塑料的特性 159

10.1.4　常用塑料 159

10.2　橡膠 161

10.2.1　橡膠製品的組成 162

10.2.2　橡膠的分類 162

10.2.3　常用的橡膠 162

10.3　陶瓷 163

10.3.1　陶瓷的定義和分類 163

10.3.2　陶瓷的生產過程 164

10.3.3　陶瓷的性能 164

10.3.4　常用的陶瓷 165

10.4　複合材料 166

10.4.1　複合材料的組成與基本類型 166

10.4.2　複合材料的性能特點 167

10.4.3　常用複合材料 168

複習與思考題10 169

第11章 金屬材料的失效與選材 170

11.1　金屬材料的失效 170

11.1.1　失效的概念 170

11.1.2　失效形式 170

11.1.3　失效的原因 171

11.1.4　失效分析的一般過程 172

11.2　金屬材料的合理選用 173

11.2.1　金屬材料選材的一般原則 173

11.2.2　金屬材料選材的方法與步驟 175

11.3　典型零構件的選材 175

11.3.1　軸類零件的選材 175

11.3.2　齒輪類零件的選材 177

11.3.3　刃具的選材 178

11.3.4　箱體類零件的選材 179

複習與思考題11 180

附錄 182

附錄A　實驗指導書 182

附錄B　平面布氏硬度值計算表 196

附錄C　常用鋼種的臨界温度 201

附錄D　金屬熱處理工藝的分類及代號 204

附錄E　世界各國常用鋼號對照表 206

參考文獻 209