金屬材料學(第3版)（簡體書）

本書是材料類本科專業相關課程的教材，特別是金屬材料工程專業必修專業課程的教材。
本書系統地介紹了金屬材料的發展歷程以及金屬零部件全壽命過程，在此基礎上進一步介紹了鋼鐵材料的合金化原理，包括合金元素對相圖的影響、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、環境協調性金屬材料設計概念等內容。圍繞材料成分-製備/ 加工-結構-性能的材料科學與工程四面體主線，介紹了各類機械製造結構鋼、工模具鋼、特殊性能鋼、鑄鐵等常用鋼鐵材料和鋁、銅、鈦、鎂等有色金屬合金典型材料。另外，根據材料的發展，介紹了一些比較成熟的新型金屬材料，如金屬功能材料、金屬基複合材料、金屬間化合物結構材料等。在內容上盡可能地凸現材料科學中的辯證分析思維和強韌矛盾的演化，突出材料科學與工程四面體的核心方法論。該教材具有綜合性、應用性和新穎性的特點。
本書既可以作為材料類專業本科教材，也可以供研究生和材料科學與工程技術人員參考。

0 緒論――金屬材料的過去、現在和將來 001
0.1 金屬材料發展簡史 001
0.1.1 第一階段――原始金屬材料的生產 001
0.1.2 第二階段――金屬材料學科的基礎 001
0.1.3 第三階段――微觀組織理論的大發展 002
0.1.4 第四階段――微觀理論的深入研究 002
0.2 現代金屬材料 003
0.3 金屬材料的可持續發展與趨勢 005
0.4 金屬零部件全壽命過程圖 006
0.5 金屬材料學在金屬材料工程知識體系中的作用 007
思考題 008

第一篇 鋼鐵材料
1 鋼的合金化概論 011
1.1 合金元素和鐵的作用 011
1.1.1 鋼中的元素 011
1.1.2 鐵基二元相圖 012
1.1.3 合金元素對Fe-Fe3C 相圖的影響 013
1.2 合金鋼中的相組成 014
1.2.1 置換固溶體 014
1.2.2 間隙固溶體 015
1.2.3 碳（氮）化物及其形成規律 016
1.2.4 金屬間化合物 019
1.3 合金元素在鋼中的分佈及偏聚 019
1.3.1 合金元素在鋼中的分佈 019
1.3.2 合金元素的偏聚 020
1.4 合金鋼中的相變 021
1.4.1 合金鋼的加熱奧氏體化 021
1.4.2 過冷合金奧氏體的分解 023
1.4.3 合金鋼的回火轉變 025
1.5 合金元素對鋼強韌化的影響 028
1.5.1 鋼強化的形式及其機理 028
1.5.2 合金鋼強化的有效性 029
1.5.3 合金元素對鋼韌度的影響 030
1.6 合金元素對鋼工藝性的影響 032
1.6.1 鋼的熱處理工藝性 032
1.6.2 鋼的成型加工性 037
1.7 微量元素在鋼中的作用 038
1.7.1 微量元素的作用 038
1.7.2 微合金鋼中的合金元素 039
1.8 金屬材料的環境協調性設計 040
1.8.1 通用合金與簡單合金 041
1.8.2 環境協調性合金的成分設計 042
1.9 合金鋼的分類與編號 044
1.9.1 鋼的分類 044
1.9.2 合金鋼的編號方法 045
本章小結 046
思考題 049

2 工程結構鋼 050
2.1 工程結構鋼的基本要求 050
2.2 低合金高強度結構鋼的合金化 051
2.2.1 合金元素對低合金高強度鋼力學性能的影響 051
2.2.2 合金元素對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 053
2.3 常用低合金高強度結構鋼 054
2.4 微珠光體低合金高強度鋼 056
2.4.1 強化機理 056
2.4.2 微合金元素的作用 056
2.5 針狀鐵素體鋼 057
2.6 低碳貝氏體和馬氏體鋼 058
2.7 雙相鋼 058
2.8 低合金高強度鋼發展趨勢 060
本章小結 060
思考題 061

3 機械製造結構鋼 062
3.1 概述 062
3.1.1 機械製造結構鋼的特點與合金化 062
3.1.2 機械製造結構鋼的強度與脆性 063
3.2 調質鋼 064
3.2.1 淬透性原則 065
3.2.2 合金化及常用鋼 065
3.2.3 調質鋼強韌化工藝的發展 066
3.3 非調質機械結構鋼 067
3.3.1 微合金元素對強韌化的貢獻 067
3.3.2 獲得最佳強韌化的工藝因素 068
3.3.3 組織因素對強韌性貢獻的大小 069
3.3.4 低碳貝氏體型和馬氏體型非調質鋼 069
3.3.5 非調質鋼綜合優化設計 070
3.4 彈簧鋼 071
3.4.1 彈簧的服役條件及性能要求 071
3.4.2 常用彈簧鋼及強化工藝 071
3.5 滾動軸承鋼 073
3.5.1 滾動軸承鋼的工作特點及性能要求 073
3.5.2 軸承鋼的冶金質量和合金化 073
3.5.3 高碳鉻軸承鋼的熱處理 075
3.6 低碳馬氏體鋼 076
3.6.1 低碳馬氏體結構鋼力學性能及影響因素 076
3.6.2 低碳馬氏體結構鋼及應用 077
3.7 合金滲碳鋼 077
3.7.1 滲碳鋼的合金化 077
3.7.2 常用滲碳鋼及熱處理工藝 078
3.8 氮化鋼 081
3.9 低淬透性鋼 082
3.10 耐磨鋼 083
3.10.1 鋼的耐磨性及其影響因素 083
3.10.2 高錳鑄鋼 084
3.10.3 低合金耐磨鋼及石墨鋼 085
3.11 零件材料選擇基本原則與思路 085
3.11.1 選擇材料的基本原則 086
3.11.2 選擇材料的基本思路及方法 087
3.11.3 典型零件材料選擇與工藝分析 088
本章小結 089
思考題 091

4 工模具鋼 093
4.1 概述 093
4.1.1 工具鋼成分與性能特點 093
4.1.2 工具鋼基本性能及檢測方法 094
4.2 刃具用碳素鋼及低合金工具鋼 095
4.2.1 碳素工具鋼 095
4.2.2 低合金工具鋼 095
4.3 高速鋼 097
4.3.1 高速鋼的分類 097
4.3.2 高速鋼中合金元素的作用 098
4.3.3 高速鋼中的碳化物 099
4.3.4 高速鋼的熱處理 101
4.4 冷作模具鋼 106
4.4.1 碳素工具鋼和低合金工具鋼 106
4.4.2 高鉻和中鉻模具鋼 107
4.4.3 基體鋼 109
4.5 熱作模具鋼 109
4.5.1 熱錘鍛模鋼 110
4.5.2 熱擠壓模鋼 112
4.5.3 壓鑄模鋼 113
4.6 其他類型工具鋼 114
4.6.1 耐衝擊用鋼 114
4.6.2 軋輥用鋼 114
4.6.3 量具用鋼 115
4.6.4 塑料模具用鋼 116
本章小結 117
思考題 119

5 不銹鋼 120
5.1 概述 120
5.1.1 金屬腐蝕類型與提高耐腐蝕性的途徑 120
5.1.2 不銹鋼的組織與分類 121
5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素 123
5.2.1 常用合金元素的作用 123
5.2.2 腐蝕介質對鋼耐蝕性的影響 125
5.3 鐵素體不銹鋼 126
5.3.1 常用鐵素體不銹鋼及特點 126
5.3.2 鐵素體不銹鋼的脆性 127
5.3.3 鐵素體不銹鋼的熱處理 127
5.4 馬氏體不銹鋼 128
5.4.1 馬氏體不銹鋼的成分和組織特點 128
5.4.2 馬氏體不銹鋼的熱處理特點 129
5.5 奧氏體不銹鋼 130
5.5.1 奧氏體不銹鋼的成分特點 130
5.5.2 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕 132
5.5.3 奧氏體不銹鋼的熱處理 133
5.5.4 鉻錳氮奧氏體不銹鋼 134
5.6 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼 135
本章小結 135
思考題 136

6 耐熱鋼 138
6.1 概述 138
6.1.1 金屬的抗氧化性 138
6.1.2 鋼的熱強性 140
6.1.3 耐熱鋼的合金化 142
6.2 熱強鋼 143
6.2.1 珠光體熱強鋼 143
6.2.2 馬氏體熱強鋼 146
6.2.3 奧氏體型高溫合金 147
6.3 抗氧化鋼 149
本章小結 150
思考題 151

7 超高強度結構鋼 152
7.1 低合金超高強度鋼 152
7.1.1 低合金超高強度鋼的成分設計 152
7.1.2 常用低合金超高強度鋼 153
7.2 二次硬化型超高強度鋼 155
7.2.1 二次硬化型超高強度鋼的成分設計 155
7.2.2 二次硬化型超高強度鋼的性能特點 155
7.3 馬氏體時效鋼 156
7.3.1 馬氏體時效鋼的成分設計 156
7.3.2 馬氏體時效鋼的組織性能 157
7.3.3 馬氏體時效鋼的發展 158
7.4 沉澱硬化超高強度不銹鋼 159
本章小結 160
思考題 161

8 鑄鐵 162
8.1 概述 162
8.1.1 鑄鐵的分類與牌號表示方法 162
8.1.2 鑄鐵石墨化及影響因素 163
8.2 普通灰鑄鐵 167
8.2.1 灰鑄鐵中片狀石墨的生長方式 167
8.2.2 灰鑄鐵組織特點 168
8.2.3 灰鑄鐵性能及熱處理 169
8.3 球墨鑄鐵 170
8.3.1 球狀石墨的形成過程 171
8.3.2 球墨鑄鐵組織與性能 172
8.3.3 球墨鑄鐵的熱處理 174
8.4 蠕墨鑄鐵 176
8.4.1 蠕狀石墨的形成過程 176
8.4.2 蠕墨鑄鐵的金相組織 177
8.4.3 蠕墨鑄鐵性能特點及應用 178
8.5 可鍛鑄鐵 179
8.6 特種性能鑄鐵 180
8.6.1 耐熱鑄鐵 180
8.6.2 耐磨鑄鐵 181
8.6.3 耐蝕鑄鐵 181
本章小結 182
思考題 183

第二篇 有色金屬合金
9 鋁合金 187
9.1 概述 187
9.1.1 鋁合金的分類 187
9.1.2 鋁合金熱處理強化特點 187
9.1.3 影響時效強化的主要因素 189
9.2 變形鋁合金 190
9.2.1 變形鋁及鋁合金牌號和表示方法 190
9.2.2 防銹鋁合金 190
9.2.3 硬鋁合金 191
9.2.4 超硬鋁合金 192
9.2.5 鍛鋁合金 193
9.2.6 變形鋁合金的熱處理及金相檢驗 193
9.3 鑄造鋁合金 194
9.3.1 Al-Si及Al-Si-Mg鑄造合金 194
9.3.2 其他鑄造鋁合金 196
9.3.3 鑄造鋁合金的熱處理 197
本章小結 198
思考題 199

10 銅合金 200
10.1 黃銅 200
10.1.1 黃銅的牌號及表示方法 200
10.1.2 普通黃銅 201
10.1.3 特殊黃銅 203
10.1.4 黃銅的熱處理 205
10.2 青銅 205
10.2.1 青銅的牌號及表示方法 205
10.2.2 錫青銅 206
10.2.3 鋁青銅 208
10.2.4 鈹青銅 209
本章小結 210
思考題 211

11 鈦合金 212
11.1 概述 212
11.1.1 鈦的基本性質與合金化 212
11.1.2 鈦合金的相變特點 213
11.2 常用鈦合金 215
11.2.1 鈦合金的分類 215
11.2.2 α鈦合金 216
11.2.3 α+β鈦合金 217
11.2.4 β鈦合金 218
11.3 鈦合金的熱處理 219
11.4 鈦合金的發展與應用 220
11.4.1 鈦合金生產工藝的改善 220
11.4.2 鈦合金的新發展和新應用 220
本章小結 221
思考題 222

12 鎂合金 223
12.1 概述 223
12.1.1 鎂的基本性質 223
12.1.2 鎂合金的特點 223
12.1.3 鎂合金的分類 224
12.2 鎂合金的合金化原理 225
12.2.1 合金元素對組織和性能的影響 225
12.2.2 鎂合金的強韌化 226
12.3 變形鎂合金的組織和性能 227
12.4 鑄造鎂合金的組織和性能 229
12.5 鎂合金的熱處理 230
12.6 鎂合金的應用 231
本章小結 231
思考題 232

第三篇 新型金屬材料
13 金屬功能材料 235
13.1 磁性合金 235
13.1.1 軟磁合金 235
13.1.2 硬磁合金 238
13.2 電熱合金 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 形狀記憶合金 241
13.3.1 形狀記憶原理 241
13.3.2 常用形狀記憶合金 242
13.4 其他功能材料 245
13.4.1 熱膨脹合金 245
13.4.2 減振合金 247
13.4.3 儲氫合金 248
13.4.4 濺射靶材合金 249
本章小結 250
思考題 250

14 金屬基複合材料 251
14.1 概述 251
14.1.1 金屬基複合材料的種類 251
14.1.2 金屬基複合材料的性能特點 252
14.1.3 金屬基複合材料的研究和應用 254
14.2 金屬基複合材料的強度和體系選擇 255
14.2.1 金屬基複合材料的強度 255
14.2.2 金屬基複合材料的體系選擇 256
14.3 金屬基複合材料的界面與控制 258
14.3.1 金屬基複合材料界面結合與界面類型 258
14.3.2 金屬基複合材料界面穩定性 260
14.3.3 金屬基複合材料界面浸潤與界面反應控制 261
14.4 金屬基複合材料的性能 262
14.4.1 纖維增強金屬基複合材料 262
14.4.2 短纖維及顆粒增強金屬基複合材料 264
本章小結 265
思考題 266

15 金屬間化合物結構材料 267
15.1 概述 267
15.1.1 金屬間化合物材料的性能特點 267
15.1.2 金屬間化合物結構材料發展歷史 268
15.2 常用金屬間化合物材料及應用 269
15.2.1 Ni-Al系金屬間化合物合金 269
15.2.2 Fe-Al系金屬間化合物合金 271
15.2.3 Ti-Al系金屬間化合物合金 272
本章小結 275
思考題 275

附錄 276
附錄A 課程總結提要 276
附錄B 課堂討論題 279
附錄C 關於金屬材料部分力學性能符號的說明 282

參考文獻 283