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第1章 金属的晶体结构和结晶1

1.1金属键、金属晶体和金属特性1

1.1.1金属键1

1.1.2金属晶体2

1.1.3金属特性2

1.2金属的晶体结构3

1.2.1金属中常见的晶格类型3

1.2.2晶胞中的原子数5

1.2.3晶体的致密度6

1.2.4晶体的配位数6

1.2.5晶面和晶向7

1.2.6晶体的各向异性8

1.2.7金属晶体的特点8

1.3金属的结晶9

1.3.1液态金属的结构9

1.3.2金属结晶的热力学条件9

1.3.3金属结晶时的现象10

1.3.4金属结晶的过程10

1.4金属的实际晶体结构和缺陷12

1.4.1金属的实际晶体结构——多晶体12

1.4.2晶体的缺陷13

1.5金属的铸锭和铸件15

1.5.1金属铸锭组织15

1.5.2金属铸件组织17

习题18

第2章 金属的塑性变形和再结晶20

2.1金属的变形现象20

2.1.1弹性变形21

2.1.2塑性变形21

2.2金属的塑性变形21

2.2.1单晶体的塑性变形22

2.2.2多晶体的塑性变形26

2.3塑性变形对金属组织和性能的影响27

2.3.1对金属结构和组织的影响27

2.3.2对金属性能的影响28

2.4变形金属在加热时组织和性能的变化30

2.4.1回复31

2.4.2再结晶31

2.4.3二次再结晶——晶粒长大32

2.4.4影响再结晶后晶粒大小的因素33

2.5热加工34

2.5.1热加工和冷加工的区别35

2.5.2热加工对金属组织和性能的影响35

习题36

第3章 二元合金和相图38

3.1合金及其种类38

3.1.1固溶体38

3.1.2金属化合物40

3.2二元合金相图和杠杆定理42

3.2.1二元合金相图的建立43

3.2.2相图分析43

3.2.3杠杆定理44

3.3匀晶相图45

3.3.1相图分析45

3.3.2结晶过程分析46

3.3.3晶内偏析及其消除46

3.4共晶相图47

3.4.1相图分析47

3.4.2结晶过程分析48

3.4.3相组成物和组织组成物51

3.5包晶相图52

3.5.1相图分析52

3.5.2结晶过程分析53

3.6具有共析转变的相图53

3.7合金的性能和相图之间的关系54

3.7.1合金的机械性能和相图的关系54

3.7.2合金的铸造性能和相图的关系55

习题56

第4章 铁碳合金57

4.1铁碳合金相图57

4.1.1铁碳合金中的铁58

4.1.2Fe-Fe3C相图中的相区59

4.1.3Fe-Fe3C相图中的相线60

4.2典型铁碳合金结晶过程的分析61

4.2.1工业纯铁的结晶62

4.2.2共析钢的结晶64

4.2.3亚共析钢的结晶65

4.2.4过共析钢的结晶67

4.2.5共晶白口铸铁的结晶69

4.2.6亚共晶白口铸铁的结晶70

4.2.7过共晶白口铸铁的结晶72

4.2.8碳对铁碳合金的组织和性能的影响75

4.3Fe-Fe3C相图的应用75

4.3.1在选用材料方面的应用75

4.3.2在铸造工艺方面的应用76

4.3.3在锻造工艺方面的应用76

4.3.4在热处理工艺方面的应用76

4.4碳钢76

4.4.1碳钢中的常存杂质77

4.4.2碳钢的分类、编号和用途77

习题82

第5章 钢的热处理84

5.1钢的相变和临界点84

5.2钢在加热时的转变85

5.2.1P→A转变过程（A的形成）85

5.2.2A晶粒的长大及其影响因素86

5.3钢在等温冷却时的转变88

5.3.1A等温转变图的建立88

5.3.2A过等温转变过程和转变产物89

5.3.3等温转变的温度、结构、组织和性能92

5.3.4影响C曲线的因素93

5.4钢在连续冷却时的转变94

5.4.1冷却速度和转变产物94

5.4.2临界冷却速度95

5.4.3M转变的条件和过程95

5.4.4M转变的特点96

5.4.5M的结构和组织96

5.4.6M的性能98

5.5钢的退火和正火98

5.5.1完全退火（重结晶退火）98

5.5.2球化退火（不完全退火）99

5.5.3去应力退火（低温退火）99

5.5.4再结晶退火99

5.5.5扩散退火（均匀化退火）99

5.5.6正火100

5.5.7正火和退火的选择100

5.6钢的淬火101

5.6.1淬火加热温度的选择101

5.6.2冷却介质的确定101

5.6.3淬火方法103

5.6.4钢的淬硬性和淬透性104

5.6.5影响工件实际淬硬层深度的因素105

5.7淬火钢的回火106

5.7.1回火时组织的变化106

5.7.2回火时性能的变化107

5.7.3回火的分类和应用109

5.8钢的表面热处理109

5.9钢的化学热处理111

5.9.1渗碳112

5.9.2渗氮（氮化）114

习题116

第6章 合金钢118

6.1简述钢的合金化118

6.1.1合金元素对钢中基本相的影响118

6.1.2合金元素对Fe-Fe3C相图的影响120

6.1.3合金元素对钢热处理的影响122

6.2合金结构钢125

6.2.1工程结构钢125

6.2.2机械结构钢126

6.3合金工具钢143

6.3.1刃具钢143

6.3.2模具钢152

6.3.3量具钢154

6.4特殊性能钢155

6.4.1不锈钢155

6.4.2耐热钢159

6.4.3耐磨钢162

习题163

第7章 铸铁165

7.1铸铁的石墨化和分类165

7.1.1铁碳合金的双重相图165

7.1.2铸铁石墨化的条件166

7.1.3影响石墨化的因素167

7.1.4铸铁的分类168

7.2灰口铸铁169

7.2.1灰口铸铁的牌号和化学成分169

7.2.2灰口铸铁的孕育处理171

7.2.3灰口铸铁的热处理171

7.2.4灰口铸铁的特性和用途172

7.3球墨铸铁172

7.3.1球墨铸铁的牌号和化学成分172

7.3.2球化处理174

7.3.3球墨铸铁的热处理174

7.3.4球墨铸铁的特性和用途175

7.4蠕墨铸铁176

7.4.1蠕墨铸铁的牌号和化学成分176

7.4.2蠕墨化处理177

7.4.3蠕墨铸铁的性能特点和应用178

7.5可锻铸铁178

7.5.1可锻铸铁的牌号和化学成分178

7.5.2可锻铸铁的石墨化退火179

7.5.3可锻铸铁的特性和用途180

7.6铸铁性能的特点181

7.6.1铸造性能181

7.6.2机械性能181

7.6.3切削加工性181

7.6.4减摩性182

7.6.5消振性182

7.6.6低的缺口敏感性182

7.7特殊性能铸铁182

7.7.1耐热铸铁183

7.7.2耐磨铸铁184

7.7.3耐蚀铸铁186

习题188

第8章 有色金属材料189

8.1铝及其合金189

8.1.1工业纯铝的主要特性及应用189

8.1.2铝合金及其热处理190

8.1.3常用铝合金192

8.2铜及其合金197

8.2.1纯铜197

8.2.2黄铜198

8.2.3青铜202

8.3钛及其合金207

8.3.1纯钛207

8.3.2钛合金208

8.4轴承合金211

8.4.1锡基轴承合金211

8.4.2铅基轴承合金212

8.4.3铜基轴承合金214

8.4.4铝基轴承合金214

8.4.5粉末冶金含油轴承215

习题215

第9章 非金属材料217

9.1高分子材料的基本知识217

9.1.1高分子材料的概念217

9.1.2高分子材料的组成218

9.1.3高分子链的结构219

9.1.4高分子链的形状220

9.1.5高分子链的构型和构象221

9.1.6高聚物的聚集态结构和性能222

9.1.7高聚物的物理状态和性能222

9.1.8高分子材料的化学反应224

9.1.9高分子化合物性能的特点和加工225

9.1.10高分子化合物的命名226

9.2常用高分子材料226

9.2.1塑料226

9.2.2橡胶230

9.3陶瓷材料232

9.3.1陶瓷的成分和结构233

9.3.2陶瓷的性能234

9.3.3常用的陶瓷材料235

9.4复合材料236

9.4.1复合材料提高机械性能的概念237

9.4.2复合材料的性能237

9.4.3常用复合材料及应用238

习题242

第10章 纳米材料与技术应用概论243

10.1引言243

10.2纳米材料的基本理论244

10.2.1小尺寸效应244

10.2.2表面效应244

10.2.3量子尺寸效应245

10.2.4宏观量子隧道效应245

10.3纳米材料的特异性能245

10.3.1光学性能246

10.3.2导电性质246

10.3.3磁性能247

10.3.4热性能247

10.3.5化学和催化性能247

10.4纳米材料的分类248

10.4.1金属纳米材料248

10.4.2氧化物纳米材料248

10.4.3其他化合物纳米材料248

10.4.4纳米抗菌除臭材料249

10.4.5典型纳米粉体材料249

10.5纳米新材料——C60和碳纳米管251

10.5.1C60的结构和应用251

10.5.2碳纳米管的结构和应用253

10.6纳米金属255

10.7纳米陶瓷256

10.8纳米塑料258

10.9纳米纤维260

10.10纳米涂料263

10.11纳米技术在环保领域中的应用265

10.12纳米技术在生物医学中的应用267

10.13纳米技术在电子信息方面的应用269

10.13.1库仑阻塞效应与单电子晶体管269

10.13.2巨磁电阻效应与信息存储器件270

习题271

第11章 表面技术简介273

11.1固体材料表面的基础知识274

11.1.1固体的清洁表面结构274

11.1.2固体的实际表面结构275

11.1.3固体表面的吸附277

11.1.4固体表面的扩散278

11.2电镀和化学镀278

11.2.1电镀278

11.2.2化学镀284

11.3热喷涂286

11.3.1火焰喷涂287

11.3.2电弧喷涂288

11.3.3等离子喷涂289

11.4气相沉积技术289

11.4.1物理气相沉积法290

11.4.2化学气相沉积法292

11.5高能束表面改性293

11.5.1激光表面处理294

11.5.2电子束表面处理296

11.5.3离子束表面处理297

习题299

第12章 机械工程材料的选用300

12.1选择材料的一般原则300

12.1.1使用性能300

12.1.2工艺性能301

12.1.3经济性302

12.2机械零件的失效302

12.2.1零件失效的类型303

12.2.2零件失效的原因311

12.2.3零件失效的一般分析方法311

12.3典型机械零件的选材312

12.3.1轴类零件312

12.3.2齿轮零件320

习题324

附录A常用钢种的临界温度326

附录B硬度换算表329

附录C硬质合金新旧标准对照334

附录D变形铝和铝合金新旧牌号对照表336

参考文献337