金屬材料與熱處理

本書從高職高專學生的學習特點和認知規律出發，將工程應用的金屬材料、模具材料及熱處理有機結合起來。以任務驅動為抓手，以金屬材料選用、熱處理工藝制定為主線，從生產一線選擇大量真實圖片、表格、典型案例、練習題，結合金屬材料在工程上的實際應用與技能要求，提煉優化10個大項內容，即認識並掌握金屬材料基本性能、認識並應用金屬材料的晶體結構與結晶、掌握並運用鐵碳合金相圖、掌握鋼的熱處理工藝與應用、熟悉並正確選用碳素鋼、掌握常用合金鋼的性能與應用、掌握常用鑄鐵性能與應用、合理選用非鐵金屬及其合金、金屬材料工程選用、瞭解工程前沿新材料。 本書可作為高職高專院校機械設計與製造、模具設計與製造、數控加工、計算機輔助設計與製造、機電一體化等專業的學生教材，也可作為中等職業技術學校機械類專業學生的教材，還可供生產一線在職機械設計人員查閲與技術工人培訓使用。

課題一認識並掌握金屬材料基本性能

任務一認識金屬材料

1.材料的歷史與發展

2.材料的分類

3.金屬材料的應用

任務二瞭解鋼鐵材料的生產過程

1.熟悉鍊鐵原理與過程

2.熟悉鍊鋼原理與過程

3.認識鋼的澆注與最終產品

任務三掌握金屬材料的物理與化學性能

1.掌握金屬材料物理性能與應用

2.掌握金屬材料化學性能與應用

任務四掌握並能測量金屬材料的力學性能

1.認知並理解載荷、變形、內力、應力、剛度的概念

2.金屬材料強度與塑性及其測定

3.金屬材料的硬度及其測試方法

4.金屬材料的韌性及其測試

5.金屬材料的疲勞強度及其測試

任務五掌握金屬材料的工藝性能

1.掌握金屬鑄造性能及其影響因素

2.掌握金屬壓力加工性能及影響因素

3.掌握金屬焊接性能及其影響因素

4.認識金屬切削加工工藝性能及其影響因素

5.瞭解熱處理工藝性能及其影響因素

思考與練習

課題二認識並應用金屬材料的晶體結構與結晶

任務一認識純金屬的晶體結構與缺陷

1.認識晶體與非晶體

2.掌握金屬的晶體結構及類型

3.認識金屬的實際晶體結構與缺陷

任務二掌握純金屬的結晶與應用

1.認識過冷曲線與過冷度

2.熟悉金屬的結晶過程

3.掌握金屬晶粒大小對力學性能的影響

4.瞭解細化晶粒的方法

任務三認識並理解二元合金的晶體結構與結晶

1.理解合金、組元、相與組織的概念

2.掌握合金的晶體結構

3.掌握合金的結晶過程及二元合金相圖測定

4.會分析二元合金勻晶相圖

5.會分析二元共晶相圖

6.瞭解合金的力學性能與相圖的關係

任務四認識並應用金屬塑性變形與再結晶

1.認知金屬的塑性變形

2.理解並應用回覆、再結晶和晶粒長大的特性

任務五掌握並應用金屬的熱變形加工

1.掌握金屬材料冷熱加工的區別與應用

2.熟悉熱變形加工的特點

3.會選擇金屬冷熱加工

思考與練習

課題三掌握並運用鐵碳合金相圖

任務一認識鐵碳合金基本組織

1.瞭解純鐵的同素異構轉變

2.認識鐵碳合金的基本相

3.認識鐵碳合金的基本組織（多相組織）

任務二讀懂鐵碳合金相圖

1.鐵碳合金的相圖

2.簡化的鐵碳合金相圖分析

任務三熟悉鐵碳合金結晶過程及其組織

1.共析鋼（wC=0.77% Ⅰ號合金）的結晶過程分析

2.亞共析鋼（wC=0.45%，Ⅱ號合金）的結晶過程分析

3.過共析鋼（wC=1.2%，Ⅲ號合金）的結晶過程分析

4.共晶白口鑄鐵（wC=4.3％，Ⅳ號合金）結晶過程分析

5.亞共晶白口鑄鐵（wC=3.0％，Ⅴ號合金）的結晶過程分析

6．過共晶白口鑄鐵（wC=5.0％，Ⅵ號合金）的結晶過程分析

任務四掌握鐵碳合金相圖在工業生產中的應用

1.掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影響

2.瞭解鐵碳合金相圖在工業生產中的應用

思考與練習

課題四掌握鋼的熱處理工藝與生產應用

任務一掌握鋼在加熱時的組織轉變

1.瞭解熱處理基本情況與熱處理工藝曲線

2.認識鋼在加熱時的組織轉變

任務二掌握鋼在冷卻時的組織轉變

1.瞭解碳鋼冷卻方式對其性能的影響

2.認識過冷奧氏體等温轉變圖並能分析轉變產物的性能

3.瞭解過冷奧氏體的連續冷卻轉變

任務三掌握並應用鋼的退火與正火工藝

1.熟練掌握並應用退火工藝

2.熟練掌握並應用正火工藝

任務四掌握並應用鋼的淬火工藝

1.熟練掌握並應用鋼的淬火

2.熟悉鋼的淬火方法

3.認識鋼的淬透性與淬硬性

4.避免淬火缺陷的產生及預防措施

5.瞭解淬火前的準備和裝爐方法

任務五掌握並應用鋼的回火工藝

1.認識回火過程中的組織轉變

2.掌握回火方法及其應用

任務六掌握並應用鋼的表面熱處理與化學熱處理

1.掌握鋼的表面熱處理與應用

2.掌握鋼的表面化學熱處理

3.瞭解氣相沉積與應用

任務七瞭解熱處理新技術

1.瞭解形變熱處理與應用

2.瞭解真空熱處理與應用

3.瞭解可控氣氛熱處理

4.瞭解激光熱處理

5.瞭解電子束淬火

任務八掌握熱處理工藝制訂

1.熟悉熱處理技術條件

2.瞭解熱處理工藝代號

3.熟悉熱處理工序位置安排

任務九瞭解金屬表面防腐與防護方法

1.熟悉金屬表面化學氧化處理

2.瞭解電鍍技術

3.熟悉鍍鉻工藝

4.熟悉鍍鋅工藝

5.瞭解電刷鍍工藝

思考與練習

課題五熟悉並正確選用碳素鋼

任務一掌握碳素鋼的分類方法

1.熟悉鋼中常存元素對其性能的影響

2.掌握碳素鋼的分類方法

任務二認識並能正確選用碳素結構鋼

1.掌握常用的普通碳素結構鋼的牌號與選用

2.掌握常用的優質碳素結構鋼的牌號與選用

任務三認識並會選用碳素工具鋼

1.掌握碳素工具鋼命名與牌號

2.熟悉碳素工具鋼的成分、性能和用途

任務四瞭解其他專用優質碳素鋼的牌號和應用

思考與練習

課題六掌握常用合金鋼的性能與應用

任務一掌握合金元素在鋼中的作用及合金鋼的分類

1.掌握合金元素在鋼中的作用

2.熟悉合金鋼的分類

任務二掌握常用低合金鋼的牌號與應用

1.掌握低合金鋼的牌號與命名

2.熟悉低合金高強度結構鋼的種類與應用

3.瞭解低合金耐候鋼

4.瞭解低合金專業用鋼

任務三掌握常用合金結構鋼的牌號與應用

1.掌握合金結構鋼的牌號

2.熟悉機械零件常用的合金結構鋼

任務四掌握合金工具鋼的牌號與應用

1.掌握合金工具鋼的牌號

2.熟悉合金工具鋼的應用

任務五掌握製造量具及刃具的低合金工具鋼性能與應用

任務六掌握高速工具鋼的牌號與選用

1.瞭解高速工具鋼的牌號

2.瞭解高速工具鋼的特性

3.熟悉高速工具鋼的鍛造與熱處理

4.瞭解高速工具鋼的應用

任務七瞭解滾動軸承鋼的性能與應用

1.瞭解滾動軸承鋼的牌號與性能

2.熟悉滾動軸承鋼的熱處理與應用

任務八瞭解常用特殊性能鋼與應用

1.瞭解不鏽鋼的性能與應用

2.瞭解耐熱鋼的性能與應用

3.瞭解特殊物理性能鋼性能與應用

4.瞭解低温鋼的性能與應用

5.瞭解鑄造合金鋼的種類與應用

思考與練習

課題七掌握常用鑄鐵的性能與應用

任務一掌握鑄鐵的分類與通用性能

1.熟悉鑄鐵的分類

2.掌握鑄鐵的組織與性能

3.瞭解鑄鐵的石墨化及影響因素

任務二掌握灰鑄鐵的性能與用途

1.熟悉灰鑄鐵的化學成分、顯微組織和性能

2.掌握灰鑄鐵的牌號及用途

3.掌握灰鑄鐵的熱處理

任務三掌握可鍛鑄鐵的性能與用途

1.掌握可鍛鑄鐵的組織與性能

2.掌握可鍛鑄鐵的牌號及用途

任務四掌握球墨鑄鐵的性能與用途

1.掌握球墨鑄鐵的組織與性能

2.掌握球墨鑄鐵的牌號及用途

3.掌握球墨鑄鐵的熱處理工藝與應用

任務五掌握蠕墨鑄鐵的性能與用途

1.掌握蠕墨鑄鐵的組織與性能

2.掌握蠕墨鑄鐵的牌號及用途

思考與練習

課題八合理選用非鐵金屬及其合金

任務一掌握鋁及其合金的性能與應用

1.掌握純鋁的性能、牌號及用途

2.掌握鋁合金的性能、牌號及用途

任務二掌握銅及其合金性能與應用

1.掌握工業純銅的性能、牌號及用途

2.掌握常用銅合金的性能與應用

任務三掌握鋅及鋅合金的性能與應用

1.熟悉鋅的基本性質

2.掌握鋅合金的基本特性

3.瞭解鋅合金的牌號、性能和用途

任務四瞭解鈦及鈦合金的性能與選用

1.熟悉純鈦的性能、牌號及用途

2.瞭解鈦合金性能與應用

任務五瞭解軸承合金的性能與選用

1.熟悉滑動軸承合金的性能

2.瞭解常用滑動軸承合金的用途

任務六瞭解粉末冶金的特點與製造過程

1.瞭解粉末冶金生產過程

2.熟悉粉末冶金的特點

3.掌握粉末冶金的應用

任務七熟悉硬質合金的特點與應用

1.瞭解硬質合金生產過程

2.掌握硬質合金的性能特點與應用

3.瞭解硬質合金的分類、代號

4.瞭解鋼結硬質合金性能與應用

思考與練習

課題九掌握金屬材料的工程選用

任務一認識金屬材料的失效形式和預防措施

1.認識金屬材料的失效形式及預防措施

2.理解失效的基本影響因素

任務二熟悉金屬材料選用的原則與程序

1.熟悉金屬材料選用原則

2.能把握金屬材料選用程序

任務三正確選用製造機械傳動軸的材料並制訂熱處理工藝

1.熟悉軸類零件需要的性能指標

2.能根據傳動軸受力情況進行選材

3.能正確選用機牀主軸材料及熱處理工藝制定

4.能正確選用內燃機曲軸材料及熱處理工藝制定

任務四正確選用齒輪類零件材料並制訂熱處理工藝

1.熟悉齒輪的工作條件、主要失效形式及性能要求

2.能正確選用機牀齒輪材料並制訂熱處理工藝

3.能正確選用汽車、拖拉機齒輪材料及熱處理工藝制定

任務五正確選用箱體類零件材料

任務六正確選用冷作模具材料並制訂熱處理工藝

1.熟悉冷作模具對材料性能要求

2.熟悉冷作模具材料種類與熱處理工藝

3.能根據衝壓件種類選用冷作模具材料

任務七正確選用熱作模具材料並制訂熱處理工藝

1.熟悉熱作模具的工作條件與要求

2.熟悉壓鑄模材料選用

3.熟悉熱鍛模材料選用

任務八正確選用塑料模具材料並制訂熱處理工藝

1.瞭解塑料模具的分類與失效形式

2.瞭解塑料模具材料的性能要求

3.能正確選用塑料模具材料並制訂熱處理工藝

思考與練習

課題十瞭解工程前沿新材料的特點與應用（選學）

任務一瞭解新型高温材料的特點與應用

1.瞭解高温合金分類與應用

2.瞭解高温陶瓷材料的性能與應用

任務二瞭解形狀記憶材料的特點與應用

1.瞭解形狀記憶合金的性能

2.瞭解形狀記憶陶瓷的特性

3.瞭解形狀記憶高分子材料性能

4.瞭解形狀記憶合金的應用

任務三瞭解非晶態合金材料的特點與應用

任務四瞭解超導材料的特點與應用

1.瞭解超導材料分類

2.瞭解超導材料的應用

任務五瞭解納米材料的特點與應用

1.理解納米材料的定義及分類

2.瞭解納米材料的結構與性能

3.瞭解納米材料的應用

任務六瞭解功能材料的特點與應用

1.瞭解功能材料的分類

2.瞭解功能材料的性能特點和用途

思考與練習

思考與練習答案彙總

附錄

附錄一國內外常用模具鋼號對照表（近似）

附錄二壓痕直徑與布氏硬度對照表

附錄三鋼鐵材料硬度與強度換算表

附錄四常用熱處理工藝及代號（GB/T12603—2005）

參考文獻