本書系統(tǒng)介紹鋼鐵材料的合金化原理，包括合金元素與鐵和碳的作用、合金元素在各類相變過程中的作用、合金元素對材料強化和韌化的影響、合金鋼工藝性能特點等內(nèi)容；圍繞材料成分工藝組織性能應用的主線，介紹各類機械制造結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼、鑄鐵等常用鋼鐵材料，以及鋁、銅、鈦、鎂等有色金屬合金典型材料；根據(jù)材料的發(fā)展，介紹一些比較成熟的新型金屬材料，如高熵合金、金屬基復合材料、金屬間化合物材料等。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
參考文獻 3
第2章 鋼的合金化基礎(chǔ) 4
2.1 鋼中的合金元素及其分類 5
2.2 鋼中合金元素與鐵碳和層錯能的相互作用 7
2.2.1 合金元素與鐵的相互作用 7
2.2.2 合金元素與碳的相互作用 9
2.2.3 合金元素對奧氏體層錯能的影響 11
2.3 合金元素對鋼強韌化的影響 12
2.3.1 鋼的強化機制 12
2.3.2 改善鋼韌性機制 15
2.4 合金元素對鋼相變的影響 16
2.4.1 合金元素對鋼相變基本因素的影響 16
2.4.2 合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響 20
2.5 合金元素對鋼加工工藝的影響 22
2.6 微量元素在鋼中的作用 24
2.6.1 微量元素的種類 24
2.6.2 微量元素的有益作用 24
2.6.3 微量及痕量元素的有害作用 26
2.7 鋼的編號方式 26
2.7.1 合金鋼的編號原則 26
2.7.2 結(jié)構(gòu)鋼編號方法 27
2.8 本章小結(jié) 29
參考文獻 30
第3章 鋼的熱處理 31
3.1 鋼的加熱轉(zhuǎn)變 32
3.1.1 奧氏體形成的熱力學條件 32
3.1.2 奧氏體形成的機理 33
3.1.3 合金元素對鋼加熱時奧氏體形成過程的影響 34
3.2 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變 35
3.2.1 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學 35
3.2.2 鋼的連續(xù)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變 39
3.3 鋼的熱處理工藝 42
3.3.1 鋼的退火和正火 42
3.3.2 鋼的淬火與回火 45
3.4 合金元素對熱處理工藝性能的影響 52
3.4.1 淬透性 52
3.4.2 淬硬性 55
3.4.3 變形開裂傾向 56
3.4.4 過熱敏感性和氧化脫碳傾向 58
3.4.5 回火穩(wěn)定性 58
3.4.6 回火脆性 59
3.5 本章小結(jié) 61
參考文獻 61
第4章 工程結(jié)構(gòu)鋼 62
4.1 碳素工程結(jié)構(gòu)鋼 62
4.1.1 碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的分類、成分和性能 62
4.1.2 常用碳素工程結(jié)構(gòu)鋼 64
4.2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的合金化 65
4.2.1 固溶強化 65
4.2.2 細晶強化 66
4.2.3 沉淀強化 68
4.3 合金元素對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 68
4.3.1 工程結(jié)構(gòu)鋼的焊接性 68
4.3.2 鐵素體-珠光體組織的冷脆性 69
4.3.3 工程結(jié)構(gòu)鋼的耐大氣腐蝕性能 70
4.4 鐵素體-珠光體鋼 71
4.4.1 碳素工程結(jié)構(gòu)鋼 71
4.4.2 常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 71
4.5 微合金鋼 74
4.5.1 強化機理 74
4.5.2 微合金元素的作用 75
4.5.3 控制冷卻 76
4.5.4 控制軋制 77
4.6 工程結(jié)構(gòu)鋼最新發(fā)展 79
4.6.1 無間隙原子鋼 79
4.6.2 雙相低合金高強度鋼 80
4.6.3 低合金TRIP鋼 83
4.6.4 管線鋼 85
4.6.5 超級鋼與超細晶粒鋼 87
4.7 本章小結(jié) 88
參考文獻 89
第5章 機械制造結(jié)構(gòu)鋼 90
5.1 結(jié)構(gòu)鋼的強度與脆性 90
5.2 結(jié)構(gòu)鋼的淬透性 92
5.3 調(diào)質(zhì)鋼 94
5.4 非調(diào)質(zhì)零件用鋼 99
5.5 馬氏體時效鋼 103
5.5.1 馬氏體時效鋼中合金元素的作用 103
5.5.2 馬氏體時效鋼的熱處理和性能 105
5.6 彈簧鋼 106
5.6.1 彈簧的服役條件及性能要求 106
5.6.2 彈簧鋼的合金化特點 107
5.6.3 彈簧鋼的成形及強化特點 109
5.7 軸承鋼 110
5.7.1 滾動軸承鋼的服役條件及性能要求 110
5.7.2 軸承鋼的化學成分特點 112
5.7.3 軸承鋼的冶金質(zhì)量 113
5.7.4 高碳鉻軸承鋼的熱加工與熱處理 115
5.8 滲碳鋼和氮化鋼 118
5.8.1 滲碳鋼 118
5.8.2 氮化鋼 124
5.9 其他機械制造結(jié)構(gòu)鋼 126
5.9.1 低淬透性鋼 126
5.9.2 易切削鋼 128
5.9.3 高錳耐磨鋼 129
5.10 機械零件選擇材料的基本原則和方法 131
5.10.1 選擇材料的基本原則 131
5.10.2 典型零件選擇材料的基本方法及實例 133
5.11 本章小結(jié) 136
參考文獻 137
第6章 工具鋼 138
6.1 碳素及低合金工具鋼 138
6.2 高速工具鋼 141
6.2.1 高速鋼的分類 141
6.2.2 高速鋼中合金元素的作用 143
6.2.3 高速鋼中的相組成和碳化物 145
6.2.4 高速鋼的熱處理 148
6.3 冷作模具鋼 154
6.3.1 高鉻和中鉻模具鋼 155
6.3.2 基體鋼 158
6.3.3 硬質(zhì)合金 159
6.4 熱作模具鋼 160
6.4.1 熱錘鍛模具鋼 161
6.4.2 熱擠壓模具鋼 162
6.4.3 壓鑄模具鋼 164
6.4.4 塑料模具鋼 164
6.5 量具鋼 165
6.6 本章小結(jié) 166
參考文獻 167
第7章 不銹鋼 168
7.1 不銹鋼概述 168
7.1.1 不銹鋼的“不銹” 168
7.1.2 金屬腐蝕的基本類型 169
7.1.3 不銹鋼的性能要求 169
7.1.4 不銹鋼的合金化原理 170
7.1.5 不銹鋼的分類 171
7.1.6 不銹鋼的牌號 172
7.2 合金元素對不銹鋼組織和性能的影響 173
7.2.1 合金元素對不銹鋼組織的影響 173
7.2.2 合金元素對不銹鋼性能的影響 174
7.3 馬氏體不銹鋼 179
7.3.1 馬氏體不銹鋼組織性能特點 179
7.3.2 馬氏體不銹鋼的熱處理 180
7.4 鐵素體不銹鋼 182
7.4.1 鐵素體不銹鋼的種類、化學成分及組織 182
7.4.2 鐵素體不銹鋼的組織和性能 184
7.4.3 鐵素體不銹鋼的壓力加工及熱處理 185
7.5 奧氏體不銹鋼 186
7.5.1 鉻鎳奧氏體不銹鋼 187
7.5.2 鉻-錳、鉻-錳-氮、鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼 190
7.5.3 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕、應力腐蝕及點蝕 191
7.6 鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼 195
7.7 沉淀硬化不銹鋼（超高強度鋼） 196
7.7.1 奧氏體-馬氏體沉淀硬化不銹鋼 196
7.7.2 馬氏體沉淀硬化不銹鋼 197
7.8 本章小結(jié) 197
參考文獻 198
第8章 耐熱鋼 199
8.1 耐熱鋼的工作條件及性能特點 199
8.1.1 耐熱鋼的工作條件和性能要求 199
8.1.2 耐熱鋼的抗氧化性及途徑 200
8.1.3 耐熱鋼的熱強性能 202
8.2 抗氧化鋼 204
8.2.1 鐵素體型抗氧化鋼 205
8.2.2 奧氏體型抗氧化鋼 205
8.3 珠光體耐熱鋼 206
8.3.1 低碳珠光體耐熱鋼（鍋爐管子用鋼） 207
8.3.2 中碳珠光體耐熱鋼（緊固件及汽輪機轉(zhuǎn)子用鋼） 209
8.4 馬氏體耐熱鋼 210
8.4.1 葉片用鋼 211
8.4.2 排氣閥用鋼 211
8.5 奧氏體耐熱鋼 211
8.5.1 固溶強化型 213
8.5.2 碳化物沉淀強化型 213
8.5.3 金屬間化合物沉淀強化型 213
8.6 本章小結(jié) 214
參考文獻 214
第9章 鑄鐵 215
9.1 鑄鐵的石墨化影響因素 215
9.1.1 鑄鐵的組織特點、分類及牌號表示方法 215
9.1.2 鐵碳合金雙重相圖 216
9.1.3 鑄鐵的石墨化過程 218
9.1.4 鑄鐵石墨化的控制 219
9.2 常用的鑄鐵性能及熱處理 221
9.2.1 灰鑄鐵 222
9.2.2 球墨鑄鐵 226
9.2.3 蠕墨鑄鐵 231
9.2.4 可鍛鑄鐵 233
9.3 特殊性能鑄鐵 235
9.3.1 耐磨合金鑄鐵 235
9.3.2 耐熱合金鑄鐵 236
9.3.3 耐蝕合金鑄鐵 237
9.4 本章小結(jié) 237
參考文獻 238
第10章 鋁及鋁合金 239
10.1 鋁的合金化 239
10.1.1 純鋁 239
10.1.2 鋁的合金化元素 240
10.1.3 鋁合金的分類 241
10.2 鋁合金的強化機制 243
10.2.1 加工硬化 243
10.2.2 固溶強化 244
10.2.3 過剩相強化 244
10.2.4 沉淀強化 245
10.2.5 晶界強化 245
10.3 鋁合金的熱處理 246
10.3.1 鋁合金均勻化退火 246
10.3.2 鋁合金熱處理的分類 247
10.3.3 再結(jié)晶退火 248
10.3.4 鋁合金的固溶處理 249
10.3.5 鋁合金的時效處理 250
10.3.6 典型工業(yè)用鋁合金的時效強化 255
10.4 變形鋁合金 257
10.4.1 防銹鋁合金 259
10.4.2 硬鋁合金 259
10.4.3 鍛鋁合金 261
10.4.4 超硬鋁合金 261
10.4.5 鋁鋰合金 262
10.5 鑄造鋁合金 263
10.5.1 鑄造鋁合金的牌號、種類及化學成分 263
10.5.2 Al-Si鑄造合金 265
10.5.3 Al-Cu鑄造合金 267
10.5.4 Al-Mg鑄造合金 268
10.5.5 Al-Zn鑄造合金 269
10.6 本章小結(jié) 270
參考文獻 271
第11章 鎂合金 272
11.1 鎂合金中的合金元素 272
11.1.1 鎂合金的分類 272
11.1.2 鎂的合金化 275
11.1.3 鎂合金的強韌化 279
11.2 常見鎂合金 280
11.2.1 鑄造鎂合金 281
11.2.2 變形鎂合金 284
11.3 本章小結(jié) 287
參考文獻 288
第12章 銅合金 289
12.1 銅合金的強化方法 290
12.2 銅合金的退火處理 291
12.3 工業(yè)純銅 292
12.3.1 工業(yè)純銅的性質(zhì) 292
12.3.2 工業(yè)純銅的應用 293
12.4 黃銅 293
12.4.1 鋅當量 295
12.4.2 普通黃銅 296
12.4.3 鋁黃銅 298
12.4.4 錫黃銅 299
12.4.5 錳黃銅 299
12.4.6 鉛黃銅 299
12.4.7 復雜耐磨黃銅 300
12.5 青銅 301
12.5.1 錫磷青銅 301
12.5.2 鋁青銅 303
12.5.3 鈹青銅 304
12.5.4 其他青銅 305
12.6 白銅 308
12.6.1 普通白銅 308
12.6.2 錳白銅 309
12.7 本章小結(jié) 309
參考文獻 309
第13章 鈦合金 311
13.1 鈦及鈦合金的基本性質(zhì) 311
13.2 鈦合金物理冶金基礎(chǔ) 312
13.2.1 主要合金元素 312
13.2.2 氣體雜質(zhì)元素的作用 315
13.2.3 鈦合金二元相圖 315
13.3 鈦合金種類及其強化方式 318
13.3.1 鈦合金的種類 318
13.3.2 鈦合金的強韌化基礎(chǔ) 323
13.4 鈦合金熱處理 325
13.4.1 鈦合金熱處理工藝 325
13.4.2 鈦合金相變特點 326
13.5 鈦合金的發(fā)展與應用 330
13.6 本章小結(jié) 330
參考文獻 331
第14章 金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料 332
14.1 概述 332
14.1.1 金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料發(fā)展歷史 332
14.1.2 金屬間化合物的屈服強度反常溫度關(guān)系 333
14.2 常用金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料及應用 334
14.2.1 Ni3Al基合金 335
14.2.2 NiAl基合金 337
14.2.3 FeAl基合金 340
14.2.4 Fe3Al基合金 342
14.2.5 Ti3Al基合金 344
14.2.6 TiAl基合金 347
14.2.7 Al3Ti基合金 349
14.3 本章小結(jié) 350
參考文獻 351
第15章 金屬基復合材料 352
15.1 金屬基復合材料體系選擇 353
15.1.1 基體材料 353
15.1.2 增強體材料 354
15.2 金屬基復合材料性能設(shè)計 357
15.2.1 連續(xù)纖維增強金屬基復合材料的強度 357
15.2.2 非連續(xù)金屬基復合材料的強度 358
15.2.3 顆粒增強金屬基復合材料的強度 360
15.3 金屬基復合材料的界面 362
15.3.1 金屬基復合材料的界面穩(wěn)定性 362
15.3.2 金屬基復合材料界面浸潤與界面反應控制 364
15.4 金屬基復合材料的強化與斷裂 366
15.4.1 金屬基復合材料的強化 366
15.4.2 金屬基復合材料的斷裂 368
15.5 金屬基復合材料的工程性能和應用 370
15.5.1 鋁基復合材料 370
15.5.2 鎂基復合材料 374
15.5.3 鈦基復合材料 376
15.5.4 金屬復層材料 378
15.6 本章小結(jié) 379
參考文獻 380
第16章 高熵合金 381
16.1 高熵合金概述 381
16.1.1 高熵合金定義 381
16.1.2 高熵合金的四大效應 382
16.2 高熵合金的相穩(wěn)定性與成分設(shè)計理論 387
16.2.1 經(jīng)驗參數(shù)預測 387
16.2.2 CALPHAD相圖模擬 390
16.2.3 DFT計算 391
16.2.4 AIMD模擬 392
16.3 高熵合金的微觀組織行為特征 392
16.3.1 FCC結(jié)構(gòu)高熵合金的組織行為 393
16.3.2 BCC結(jié)構(gòu)高熵合金的組織行為 394
16.3.3 HCP結(jié)構(gòu)高熵合金的組織行為 395
16.3.4 雙相高熵合金的組織行為 396
16.3.5 共晶高熵合金的組織行為 396
16.3.6 TRIP化高熵合金組織行為 398
16.4 高熵合金的強韌化 398
16.4.1 細晶強化 398
16.4.2 固溶強化 399
16.4.3 第二相強韌化 400
16.4.4 孿晶強韌化 401
16.5 本章小結(jié) 402
參考文獻 403
附錄 關(guān)于金屬材料部分力學性能符號的說明 405
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