金属材料与热处理

绪论 1

第1章 金属材料的力学性能 3
1.1　强度与塑性 3
1.1.1　拉伸试验与拉伸曲线 3
1.1.2　刚度 5
1.1.3　强度 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　维氏硬度 9
1.3　冲击韧度 10
1.3.1　摆锤式一次冲击试验 10
1.3.2　低温脆性 10
1.4　疲劳极限 11
1.4.1　疲劳现象 11
1.4.2　疲劳极限 11
1.4.3　提高疲劳极限的途径 12
1.5　常用力学性能指标及其含义 12
复习与思考题1 13

第2章 金属的晶体结构与结晶 14
2.1　纯金属的晶体结构 14
2.1.1　晶体结构的基本概念 14
2.1.2　常见的金属晶格类型 15
2.1.3　金属的同素异构转变 17
2.2　合金的晶体结构 17
2.2.1　合金的基本概念 18
2.2.2　合金的相结构 18
2.3　金属的实际晶体结构 20
2.3.1　多晶体 20
2.3.2　晶体缺陷 21
2.4　纯金属的结晶 22
2.4.1　冷却曲线与过冷度 22
2.4.2　纯金属的结晶过程 23
2.4.3　晶粒大小及控制 24
2.5　合金的结晶 25
2.5.1　二元合金相图的建立 26
2.5.2　二元匀晶相图 26
2.5.3　二元共晶相图 29
复习与思考题2 32

第3章 铁碳合金相图 34
3.1　铁碳合金的基本相及组织 34
3.1.1　铁碳合金的基本相 34
3.1.2　铁碳合金的基本组织 35
3.2　铁碳合金相图 36
3.2.1　相图中的主要特性点 37
3.2.2　主要特性线 38
3.2.3　相区 39
3.2.4　铁碳合金的分类 39
3.3　典型合金平衡结晶过程分析 39
3.3.1　共析钢 39
3.3.2　亚共析钢 40
3.3.3　过共析钢 41
3.3.4　共晶白口铸铁 42
3.3.5　亚共晶白口铸铁 43
3.3.6　过共晶白口铸铁 43
3.4　铁碳合金的性能与成分、组织的关系 44
3.4.1　碳的质量分数对铁碳合金平衡组织的影响 44
3.4.2　碳的质量分数对铁碳合金力学性能的影响 45
3.4.3　铁碳合金相图的应用 46
3.4.4　相图的局限性 47
复习与思考题3 47

第4章 非合金钢 49
4.1　杂质元素对非合金钢性能的影响 49
4.1.1　锰的影响 49
4.1.2　硅的影响 49
4.1.3　硫的影响 50
4.1.4　磷的影响 50
4.1.5　非金属夹杂物的影响 50
4.2　非合金钢的分类 51
4.2.1　按钢中碳的质量分数分类 51
4.2.2　按钢的冶炼质量分类 51
4.2.3　按钢的用途分类 51
4.3　常用非合金钢 51
4.3.1　我国钢铁产品的牌号表示方法 51
4.3.2　碳素结构钢 51
4.3.3　优质碳素结构钢 53
4.3.4　碳素工具钢 56
4.3.5　碳素铸钢 57
复习与思考题4 57

第5章 钢的热处理 59
5.1　热处理概述 59
5.1.1　热处理的实质、目的和作用 59
5.1.2　热处理的分类 59
5.2　钢在加热时的组织转变 60
5.2.1　热处理加热目的和临界温度 60
5.2.2　奥氏体晶粒度及其控制 60
5.3　钢在冷却时的组织转变 61
5.3.1　过冷奥氏体等温冷却转变 61
5.3.2　马氏体转变 64
5.3.3　过冷奥氏体连续冷却转变 65
5.4　钢的退火和正火 67
5.4.1　钢的退火 67
5.4.2　钢的正火 68
5.5　钢的淬火 68
5.5.1　钢的淬火 68
5.5.2　淬火工艺参数 68
5.5.3　常用的淬火方法 70
5.5.4　钢的淬透性与淬硬性 71
5.6　钢的回火 71
5.6.1　钢的回火 71
5.6.2　钢在回火时组织和力学性能的变化 72
5.6.3　钢的回火种类 72
5.7　表面热处理 73
5.7.1　感应加热淬火 73
5.7.2　火焰加热淬火 74
5.8　化学热处理 74
5.8.1　钢的渗碳 75
5.8.2　渗氮 75
5.9　其他热处理技术简介 76
5.9.1　可控气氛热处理 76
5.9.2　真空热处理 76
5.9.3　形变热处理 76
5.9.4　高能束热处理 77
5.9.5　新型淬火冷却介质 77
5.10　热处理的质量控制 77
5.10.1　钢热处理的主要缺陷 78
5.10.2　热处理对零件设计的要求 78
复习与思考题5 79

第6章 金属的塑性变形与再结晶 81
6.1　金属的塑性变形 81
6.1.1　单晶体的塑性变形 81
6.1.2　多晶体的塑性变形 83
6.2　冷塑性变形对金属组织和性能的影响 84
6.2.1　冷塑性变形对金属性能的影响 84
6.2.2　冷塑性变形对金属组织的影响 85
6.3　冷塑性变形金属在加热时的变化 87
6.3.1　回复 87
6.3.2　再结晶 87
6.3.3　晶粒长大 88
6.4　金属的热变形加工 89
6.4.1　冷、热变形加工的区别 89
6.4.2　热变形加工对金属组织和性能的影响 90
复习与思考题6 91

第7章 低合金钢和合金钢 93
7.1　低合金钢与合金钢概述 93
7.1.1　低合金钢和合金钢 93
7.1.2　低合金钢和合金钢的分类 94
7.2　合金元素在钢中的作用 94
7.2.1　合金元素与铁、碳的作用 94
7.2.2　合金元素对铁碳相图的影响 95
7.2.3　合金元素对热处理的影响 97
7.2.4　合金元素对钢的工艺性能的影响 98
7.3　低合金钢与合金钢的编号 99
7.3.1　合金结构钢的编号 99
7.3.2　合金工具钢与特殊性能钢的编号 100
7.3.3　专用钢的编号 100
7.4　低合金钢 100
7.4.1　低合金钢的分类 100
7.4.2　低合金高强度钢(HSLA) 101
7.4.3　低合金高耐候性钢 102
7.4.4　低温用钢 103
7.5　机器零件用钢 103
7.5.1　合金渗碳钢 104
7.5.2　合金调质钢 105
7.5.3　合金弹簧钢 107
7.5.4　滚动轴承钢 109
7.6　合金工具钢 110
7.6.1　低合金刃具钢 110
7.6.2　高速工具钢 112
7.6.3　合金模具钢 115
7.6.4　量具钢 118
7.7　特殊性能钢 119
7.7.1　不锈钢 119
7.7.2　耐热钢 122
7.7.3　高锰耐磨钢 124
复习与思考题7 125

第8章 铸铁 128
8.1　铸铁及其石墨化 128
8.1.1　铸铁的特点和分类 128
8.1.2　铸铁的石墨化 129
8.1.3　影响石墨化程度的主要因素 130
8.2　灰铸铁 131
8.2.1　灰铸铁的组织 131
8.2.2　灰铸铁的性能 132
8.2.3　灰铸铁的牌号和用途 132
8.2.4　灰铸铁的热处理 133
8.3　球墨铸铁 133
8.3.1　球墨铸铁的化学成分和组织特征 133
8.3.2　球墨铸铁的牌号、性能和应用 134
8.3.3　球墨铸铁的热处理 134
8.4　蠕墨铸铁 135
8.4.1　蠕墨铸铁的化学成分和组织特征 135
8.4.2　蠕墨铸铁的牌号、性能特点 136
8.5　可锻铸铁 136
8.5.1　可锻铸铁的化学成分和石墨化退火 136
8.5.2　可锻铸铁的牌号、性能特点及用途 137
8.6　特殊性能铸铁 138
8.6.1　耐磨铸铁 138
8.6.2　耐热铸铁 138
8.6.3　耐蚀铸铁 139
复习与思考题8 139

第9章 有色金属及其合金 141
9.1　铝及铝合金 141
9.1.1　纯铝的性能与用途 141
9.1.2　铝合金的分类 142
9.1.3　铝合金的时效硬化 142
9.1.4　变形铝合金 144
9.1.5　铸造铝合金 145
9.2　铜及铜合金 146
9.2.1　纯铜 146
9.2.2　铜合金的分类及牌号表示方法 147
9.2.3　黄铜 148
9.2.4　青铜 149
9.2.5　白铜 151
9.3　钛及钛合金 151
9.3.1　钛及钛合金的种类和性能 151
9.3.2　常用的钛合金 152
9.4　滑动轴承合金 154
9.4.1　滑动轴承合金的性能和组织要求 154
9.4.2　锡基和铅基轴承合金(巴氏合金) 155
9.4.3　铜基和铝基轴承合金 155
复习与思考题9 156

第10章 非金属材料及复合材料 158
10.1　塑料 158
10.1.1　塑料的组成 158
10.1.2　塑料的分类 158
10.1.3　塑料的特性 159
10.1.4　常用塑料 159
10.2　橡胶 161
10.2.1　橡胶制品的组成 162
10.2.2　橡胶的分类 162
10.2.3　常用的橡胶 162
10.3　陶瓷 163
10.3.1　陶瓷的定义和分类 163
10.3.2　陶瓷的生产过程 164
10.3.3　陶瓷的性能 164
10.3.4　常用的陶瓷 165
10.4　复合材料 166
10.4.1　复合材料的组成与基本类型 166
10.4.2　复合材料的性能特点 167
10.4.3　常用复合材料 168
复习与思考题10 169

第11章 金属材料的失效与选材 170
11.1　金属材料的失效 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　失效分析的一般过程 172
11.2　金属材料的合理选用 173
11.2.1　金属材料选材的一般原则 173
11.2.2　金属材料选材的方法与步骤 175
11.3　典型零构件的选材 175
11.3.1　轴类零件的选材 175
11.3.2　齿轮类零件的选材 177
11.3.3　刃具的选材 178
11.3.4　箱体类零件的选材 179
复习与思考题11 180

附录 182
附录A　实验指导书 182
附录B　平面布氏硬度值计算表 196
附录C　常用钢种的临界温度 201
附录D　金属热处理工艺的分类及代号 204
附录E　世界各国常用钢号对照表 206

参考文献 209