金属材料学（第3版）

0　绪论——金属材料的过去、现在和将来 001
0.1　金属材料发展简史 001
0.1.1　第一阶段——原始金属材料的生产 001
0.1.2　第二阶段——金属材料学科的基础 001
0.1.3　第三阶段——微观组织理论的大发展 002
0.1.4　第四阶段——微观理论的深入研究 002
0.2　现代金属材料 003
0.3　金属材料的可持续发展与趋势 005
0.4　金属零部件全寿命过程图 006
0.5　金属材料学在金属材料工程知识体系中的作用 007
思考题 008

第一篇　钢铁材料
1　钢的合金化概论 011
1.1　合金元素和铁的作用 011
1.1.1　钢中的元素 011
1.1.2　铁基二元相图 012
1.1.3　合金元素对Fe-Fe3C 相图的影响 013
1.2　合金钢中的相组成 014
1.2.1　置换固溶体 014
1.2.2　间隙固溶体 015
1.2.3　碳（氮）化物及其形成规律 016
1.2.4　金属间化合物 019
1.3　合金元素在钢中的分布及偏聚 019
1.3.1　合金元素在钢中的分布 019
1.3.2　合金元素的偏聚 020
1.4　合金钢中的相变 021
1.4.1　合金钢的加热奥氏体化 021
1.4.2　过冷合金奥氏体的分解 023
1.4.3　合金钢的回火转变 025
1.5　合金元素对钢强韧化的影响 028
1.5.1　钢强化的形式及其机理 028
1.5.2　合金钢强化的有效性 029
1.5.3　合金元素对钢韧度的影响 030
1.6　合金元素对钢工艺性的影响 032
1.6.1　钢的热处理工艺性 032
1.6.2　钢的成型加工性 037
1.7　微量元素在钢中的作用 038
1.7.1　微量元素的作用 038
1.7.2　微合金钢中的合金元素 039
1.8　金属材料的环境协调性设计 040
1.8.1　通用合金与简单合金 041
1.8.2　环境协调性合金的成分设计 042
1.9　合金钢的分类与编号 044
1.9.1　钢的分类 044
1.9.2　合金钢的编号方法 045
本章小结 046
思考题 049

2　工程结构钢 050
2.1　工程结构钢的基本要求 050
2.2　低合金高强度结构钢的合金化 051
2.2.1　合金元素对低合金高强度钢力学性能的影响 051
2.2.2　合金元素对焊接性和耐大气腐蚀性的影响 053
2.3　常用低合金高强度结构钢 054
2.4　微珠光体低合金高强度钢 056
2.4.1　强化机理 056
2.4.2　微合金元素的作用 056
2.5　针状铁素体钢 057
2.6　低碳贝氏体和马氏体钢 058
2.7　双相钢 058
2.8　低合金高强度钢发展趋势 060
本章小结 060
思考题 061

3　机械制造结构钢 062
3.1　概述 062
3.1.1　机械制造结构钢的特点与合金化 062
3.1.2　机械制造结构钢的强度与脆性 063
3.2　调质钢 064
3.2.1　淬透性原则 065
3.2.2　合金化及常用钢 065
3.2.3　调质钢强韧化工艺的发展 066
3.3　非调质机械结构钢 067
3.3.1　微合金元素对强韧化的贡献 067
3.3.2　获得最佳强韧化的工艺因素 068
3.3.3　组织因素对强韧性贡献的大小 069
3.3.4　低碳贝氏体型和马氏体型非调质钢 069
3.3.5　非调质钢综合优化设计 070
3.4　弹簧钢 071
3.4.1　弹簧的服役条件及性能要求 071
3.4.2　常用弹簧钢及强化工艺 071
3.5　滚动轴承钢 073
3.5.1　滚动轴承钢的工作特点及性能要求 073
3.5.2　轴承钢的冶金质量和合金化 073
3.5.3　高碳铬轴承钢的热处理 075
3.6　低碳马氏体钢 076
3.6.1　低碳马氏体结构钢力学性能及影响因素 076
3.6.2　低碳马氏体结构钢及应用 077
3.7　合金渗碳钢 077
3.7.1　渗碳钢的合金化 077
3.7.2　常用渗碳钢及热处理工艺 078
3.8　氮化钢 081
3.9　低淬透性钢 082
3.10　耐磨钢 083
3.10.1　钢的耐磨性及其影响因素 083
3.10.2　高锰铸钢 084
3.10.3　低合金耐磨钢及石墨钢 085
3.11 　零件材料选择基本原则与思路 085
3.11.1 　选择材料的基本原则 086
3.11.2 　选择材料的基本思路及方法 087
3.11.3 　典型零件材料选择与工艺分析 088
本章小结 089
思考题 091

4　工模具钢 093
4.1　概述 093
4.1.1　工具钢成分与性能特点 093
4.1.2　工具钢基本性能及检测方法 094
4.2　刃具用碳素钢及低合金工具钢 095
4.2.1　碳素工具钢 095
4.2.2　低合金工具钢 095
4.3　高速钢 097
4.3.1　高速钢的分类 097
4.3.2　高速钢中合金元素的作用 098
4.3.3　高速钢中的碳化物 099
4.3.4　高速钢的热处理 101
4.4　冷作模具钢 106
4.4.1　碳素工具钢和低合金工具钢 106
4.4.2　高铬和中铬模具钢 107
4.4.3　基体钢 109
4.5　热作模具钢 109
4.5.1　热锤锻模钢 110
4.5.2　热挤压模钢 112
4.5.3　压铸模钢 113
4.6　其他类型工具钢 114
4.6.1　耐冲击用钢 114
4.6.2　轧辊用钢 114
4.6.3　量具用钢 115
4.6.4　塑料模具用钢 116
本章小结 117
思考题 119

5　不锈钢 120
5.1　概述 120
5.1.1　金属腐蚀类型与提高耐腐蚀性的途径 120
5.1.2　不锈钢的组织与分类 121
5.2　影响不锈钢组织和性能的因素 123
5.2.1　常用合金元素的作用 123
5.2.2　腐蚀介质对钢耐蚀性的影响 125
5.3　铁素体不锈钢 126
5.3.1　常用铁素体不锈钢及特点 126
5.3.2　铁素体不锈钢的脆性 127
5.3.3　铁素体不锈钢的热处理 127
5.4　马氏体不锈钢 128
5.4.1　马氏体不锈钢的成分和组织特点 128
5.4.2　马氏体不锈钢的热处理特点 129
5.5　奥氏体不锈钢 130
5.5.1　奥氏体不锈钢的成分特点 130
5.5.2　奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 132
5.5.3　奥氏体不锈钢的热处理 133
5.5.4　铬锰氮奥氏体不锈钢 134
5.6　奥氏体-铁素体双相不锈钢 135
本章小结 135
思考题 136

6　耐热钢 138
6.1　概述 138
6.1.1　金属的抗氧化性 138
6.1.2　钢的热强性 140
6.1.3　耐热钢的合金化 142
6.2　热强钢 143
6.2.1　珠光体热强钢 143
6.2.2　马氏体热强钢 146
6.2.3　奥氏体型高温合金 147
6.3　抗氧化钢 149
本章小结 150
思考题 151

7　超高强度结构钢 152
7.1　低合金超高强度钢 152
7.1.1　低合金超高强度钢的成分设计 152
7.1.2　常用低合金超高强度钢 153
7.2　二次硬化型超高强度钢 155
7.2.1　二次硬化型超高强度钢的成分设计 155
7.2.2　二次硬化型超高强度钢的性能特点 155
7.3　马氏体时效钢 156
7.3.1　马氏体时效钢的成分设计 156
7.3.2　马氏体时效钢的组织性能 157
7.3.3　马氏体时效钢的发展 158
7.4　沉淀硬化超高强度不锈钢 159
本章小结 160
思考题 161

8　铸铁 162
8.1　概述 162
8.1.1　铸铁的分类与牌号表示方法 162
8.1.2　铸铁石墨化及影响因素 163
8.2　普通灰铸铁 167
8.2.1　灰铸铁中片状石墨的生长方式 167
8.2.2　灰铸铁组织特点 168
8.2.3　灰铸铁性能及热处理 169
8.3　球墨铸铁 170
8.3.1　球状石墨的形成过程 171
8.3.2　球墨铸铁组织与性能 172
8.3.3　球墨铸铁的热处理 174
8.4　蠕墨铸铁 176
8.4.1　蠕状石墨的形成过程 176
8.4.2　蠕墨铸铁的金相组织 177
8.4.3　蠕墨铸铁性能特点及应用 178
8.5　可锻铸铁 179
8.6　特种性能铸铁 180
8.6.1　耐热铸铁 180
8.6.2　耐磨铸铁 181
8.6.3　耐蚀铸铁 181
本章小结 182
思考题 183

第二篇　有色金属合金
9　铝合金 187
9.1　概述 187
9.1.1　铝合金的分类 187
9.1.2　铝合金热处理强化特点 187
9.1.3　影响时效强化的主要因素 189
9.2　变形铝合金 190
9.2.1　变形铝及铝合金牌号和表示方法 190
9.2.2　防锈铝合金 190
9.2.3　硬铝合金 191
9.2.4　超硬铝合金 192
9.2.5　锻铝合金 193
9.2.6　变形铝合金的热处理及金相检验 193
9.3　铸造铝合金 194
9.3.1　Al-Si及Al-Si-Mg铸造合金 194
9.3.2　其他铸造铝合金 196
9.3.3　铸造铝合金的热处理 197
本章小结 198
思考题 199

10　铜合金 200
10.1　黄铜 200
10.1.1　黄铜的牌号及表示方法 200
10.1.2　普通黄铜 201
10.1.3　特殊黄铜 203
10.1.4　黄铜的热处理 205
10.2　青铜 205
10.2.1　青铜的牌号及表示方法 205
10.2.2　锡青铜 206
10.2.3　铝青铜 208
10.2.4　铍青铜 209
本章小结 210
思考题 211

11　钛合金 212
11.1 　概述 212
11.1.1 　钛的基本性质与合金化 212
11.1.2 　钛合金的相变特点 213
11.2 　常用钛合金 215
11.2.1 　钛合金的分类 215
11.2.2 　α钛合金 216
11.2.3 　α+β钛合金 217
11.2.4 　β钛合金 218
11.3 　钛合金的热处理 219
11.4 　钛合金的发展与应用 220
11.4.1 　钛合金生产工艺的改善 220
11.4.2 　钛合金的新发展和新应用 220
本章小结 221
思考题 222

12　镁合金 223
12.1　概述 223
12.1.1　镁的基本性质 223
12.1.2　镁合金的特点 223
12.1.3　镁合金的分类 224
12.2　镁合金的合金化原理 225
12.2.1　合金元素对组织和性能的影响 225
12.2.2　镁合金的强韧化 226
12.3　变形镁合金的组织和性能 227
12.4　铸造镁合金的组织和性能 229
12.5　镁合金的热处理 230
12.6　镁合金的应用 231
本章小结 231
思考题 232

第三篇　新型金属材料
13　金属功能材料 235
13.1　磁性合金 235
13.1.1　软磁合金 235
13.1.2　硬磁合金 238
13.2　电热合金 240
13.2.1　Ni-Cr系合金 240
13.2.2　Fe-Cr-Al系合金 240
13.2.3　Fe-Mn-Al系合金 241
13.3　形状记忆合金 241
13.3.1　形状记忆原理 241
13.3.2　常用形状记忆合金 242
13.4　其他功能材料 245
13.4.1　热膨胀合金 245
13.4.2　减振合金 247
13.4.3　储氢合金 248
13.4.4　溅射靶材合金 249
本章小结 250
思考题 250

14　金属基复合材料 251
14.1　概述 251
14.1.1　金属基复合材料的种类 251
14.1.2　金属基复合材料的性能特点 252
14.1.3　金属基复合材料的研究和应用 254
14.2　金属基复合材料的强度和体系选择 255
14.2.1　金属基复合材料的强度 255
14.2.2　金属基复合材料的体系选择 256
14.3　金属基复合材料的界面与控制 258
14.3.1　金属基复合材料界面结合与界面类型 258
14.3.2　金属基复合材料界面稳定性 260
14.3.3　金属基复合材料界面浸润与界面反应控制 261
14.4　金属基复合材料的性能 262
14.4.1　纤维增强金属基复合材料 262
14.4.2　短纤维及颗粒增强金属基复合材料 264
本章小结 265
思考题 266

15　金属间化合物结构材料 267
15.1　概述 267
15.1.1　金属间化合物材料的性能特点 267
15.1.2　金属间化合物结构材料发展历史 268
15.2　常用金属间化合物材料及应用 269
15.2.1　Ni-Al系金属间化合物合金 269
15.2.2　Fe-Al系金属间化合物合金 271
15.2.3　Ti-Al系金属间化合物合金 272
本章小结 275
思考题 275

附录 276
附录A　课程总结提要 276
附录B　课堂讨论题 279
附录C　关于金属材料部分力学性能符号的说明 282

参考文献 283