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绪论1

第1章 材料的原子结合方式及性能5

1.1 固态物质的原子结合键5

1.1.1 晶体与非晶体5

1.1.2 原子间的结合能6

1.1.3 原子结合键的类型6

1.2 工程材料的分类9

1.3 材料的性能11

1.3.1 力学性能12

1.3.2 物理化学性能24

1.3.3 工艺性能26

思考与练习题27

第2章 材料的晶体结构28

2.1 晶体结构基本知识28

2.1.1 基本概念28

2.1.2 纯金属的晶体结构32

2.1.3 立方晶系中的晶向与晶面35

2.2 实际金属晶体结构的特点38

2.2.1 多晶体结构38

2.2.2 晶体中的缺陷39

思考与练习题42

第3章 材料的凝固与相图43

3.1 凝固的基本知识43

3.2 纯金属的结晶44

3.2.1 结晶时的过冷现象44

3.2.2 结晶的条件44

3.2.3 结晶的过程46

3.2.4 结晶后的晶粒大小47

3.3 合金的结晶50

3.3.1 合金的相结构及性能50

3.3.2 合金相图的建立54

3.3.3 二元合金相图与结晶分析56

3.3.4 合金性能在相图上的反映63

思考与练习题66

第4章 铁碳合金67

4.1 铁碳合金系相图67

4.1.1 铁碳合金系组元的特性67

4.1.2 铁碳双重相图69

4.1.3 Fe-Fe3C相图的特征70

4.2 铁碳合金平衡结晶过程分析73

4.2.1 铁碳合金的分类73

4.2.2 钢和白口铸铁的平衡结晶过程74

4.3 碳对铁碳合金的影响82

4.3.1 碳对室温平衡组织的影响82

4.3.2 碳对力学性能的影响83

4.4 非合金钢85

4.4.1 钢铁材料的生产过程85

4.4.2 钢锭的组织及缺陷86

4.4.3 非合金钢的分类87

4.4.4 非合金钢的牌号及应用88

4.5 铸铁93

4.5.1 铸铁的石墨化过程及组织94

4.5.2 影响铸铁石墨化的因素95

4.5.3 铸铁的分类96

4.5.4 铸铁的特点及应用97

思考与练习题105

第5章 钢铁热处理107

5.1 概述107

5.2 钢在加热时的组织转变108

5.2.1 奥氏体的形成过程及其影响因素108

5.2.2 奥氏体晶粒度及其影响因素110

5.3 钢在冷却时的组织转变112

5.3.1 过冷奥氏体的等温冷却转变图112

5.3.2 过冷奥氏体的连续冷却转变图119

5.3.3 TTT图与CCT图的比较120

5.4 钢的整体热处理121

5.4.1 退火121

5.4.2 正火123

5.4.3 淬火123

5.4.4 回火128

5.4.5 钢的淬透性与淬硬性132

5.5 钢的表面热处理134

5.5.1 感应加热表面淬火135

5.5.2 火焰加热表面淬火137

5.5.3 高能束表面加热淬火138

5.6 钢的化学热处理140

5.6.1 渗碳141

5.6.2 渗氮和碳氮共渗144

5.6.3 常规表面热处理与化学热处理工艺的比较145

5.6.4 气相沉积表面处理146

5.7 铸铁的热处理148

5.7.1 灰铸铁的热处理149

5.7.2 球墨铸铁的热处理149

5.8 热处理与机械零件设计制造的关系151

5.8.1 热处理的要求151

5.8.2 热处理技术条件的标注152

思考与练习题157

第6章 金属材料的塑性变形159

6.1 单晶体金属的塑性变形159

6.1.1 滑移变形159

6.1.2 滑移与位错运动161

6.2 多晶体金属的塑性变形164

6.2.1 多晶体塑性变形的特点164

6.2.2 塑性变形对金属的影响165

6.3 变形后金属的加热变化167

6.3.1 回复167

6.3.2 再结晶168

6.3.3 晶粒长大169

6.4 金属的热塑性变形170

6.4.1 热加工与冷加工的区分170

6.4.2 热加工对金属组织与性能的影响171

6.5 钢的强度和韧性的优化171

6.5.1 金属的强度与塑性、韧性的关系171

6.5.2 金属材料的强韧化173

思考与练习题176

第7章 合金钢177

7.1 合金钢基本知识177

7.1.1 合金钢的分类178

7.1.2 合金钢的编号178

7.1.3 合金元素在钢中的作用181

7.2 结构钢185

7.2.1 工程结构用合金钢185

7.2.2 机械结构用合金钢186

7.3 轴承钢200

7.3.1 轴和轴承200

7.3.2 轴承钢的分类201

7.4 合金工具钢205

7.4.1 刃具钢205

7.4.2 模具钢207

7.4.3 量具钢214

7.5 高速钢215

7.6 不锈、耐蚀钢和耐热钢219

7.6.1 不锈、耐蚀钢220

7.6.2 耐热钢225

7.7 其他特殊用途金属229

思考与练习题233

第8章 非铁金属材料235

8.1 铝及铝合金235

8.1.1 纯铝235

8.1.2 铝合金236

8.2 铜及铜合金247

8.2.1 纯铜247

8.2.2 铜合金248

8.3 钛及钛合金253

8.3.1 纯钛253

8.3.2 钛合金255

8.4 铸造轴承合金258

思考与练习题262

第9章 其他工程材料263

9.1 高分子材料263

9.1.1 基本概念263

9.1.3 高聚物的三种物理状态270

9.1.4 高聚物的性能271

9.1.5 工程高分子材料273

9.2 陶瓷材料282

9.2.1 基本概念282

9.2.2 陶瓷材料的组织与结构283

9.2.3 陶瓷材料的性能及应用287

9.2.4 工程陶瓷简介290

9.3 复合材料292

9.3.1 基本概念292

9.3.2 复合材料的增强原理295

9.3.3 复合材料的应用297

思考与练习题301

第10章 机械设计中的选材与材质分析303

10.1 机械设计与选材的关系303

10.1.1 机械产品的设计303

10.1.2 机械产品的失效304

10.1.3 选材的思路与程序306

10.2 选材的典型实例分析308

10.2.1 工程材料的使用概况308

10.2.2 轴类零件的用材选择308

10.2.3 齿轮类零件的用材选择311

10.2.4 发动机主要构件的用材选择312

10.2.5 壳体类零件的用材选择313

10.2.6 汽车及动力装置的用材选择314

10.2.7 建筑工程的用材选择316

10.3 工程构件失效案例318

10.3.1 大型工程的失效318

10.3.2 机械零件的失效318

10.4 显微分析仪器和试样320

10.4.1 金相显微镜320

10.4.2 显微分析试样的制备322

10.5 铁碳合金平衡组织鉴别实验323

10.6 碳钢热处理后的基本组织鉴别实验325

10.7 钢中的显微组织缺陷鉴别实验327

思考与练习题331

参考文献332

附录334