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绪论1

第1篇 钢铁材料3

1 钢铁中的合金相3

1.1 铁基固溶体3

1.1.1 使A3温度下降，A4温度升高3

1.1.2 使A3温度升高，A4温度下降4

1.2 合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用7

1.3 钢铁中的碳化物和氮化物9

1.4 钢中的金属间化合物11

1.4.1 σ相12

1.4.2 AB2相（拉维斯相）12

1.4.3 AB3相（有序相）13

1.5 铁碳相图及合金元素的影响13

1.5.1 铁碳相图13

1.5.2 合金元素对钢临界点的影响15

1.5.3 Fe-C-M三元系16

2 钢的热处理18

2.1 钢的加热转变18

2.1.1 奧氏体形成的热力学条件18

2.1.2 奥氏体形成的机理19

2.1.3 奧氏体等温形成动力学20

2.1.4 奥氏体晶粒长大及其控制23

2.2 钢的过冷奥氏体转变图24

2.2.1 过冷奧氏体等温转变图25

2.2.2 过冷奥氏体连续冷却转变图28

2.3 钢的珠光体转变29

2.3.1 珠光体的组织形态与性能特点29

2.3.2 珠光体转变的机理32

2.3.3 亚（或过）共析钢的珠光体转变33

2.3.4 合金元素对珠光体转变的影响35

2.3.5 钢中碳化物的相间析出36

2.3.6 钢的退火与正火37

2.4 钢的马氏体转变39

2.4.1 马氏体的晶体结构及转变特征39

2.4.2 马氏体的组织形态与性能特点42

2.4.3 马氏体转变的动力学特点45

2.4.4 马氏体转变的热力学条件47

2.4.5 马氏体转变模型简介49

2.4.6 奧氏体的稳定化53

2.4.7 钢的淬火53

2.5 钢的贝氏体转变61

2.5.1 贝氏体的组织形态与性能特点61

2.5.2 贝氏体转变的特点及机理64

2.5.3 影响贝氏体转变的因素65

2.6 钢的回火转变66

2.6.1 淬火钢回火时的组织变化66

2.6.2 淬火钢回火时力学性能的变化71

2.6.3 合金元素对淬火钢回火转变的影响73

2.6.4 钢的回火74

3 工程结构钢76

3.1 工程结构钢的合金化76

3.1.1 工程结构钢的强化76

3.1.2 铁素体-珠光体组织的冷脆性78

3.1.3 工程结构钢的焊接性79

3.1.4 工程结构钢的耐大气腐蚀性能80

3.2 铁素体-珠光体钢80

3.2.1 碳素工程结构钢80

3.2.2　高强度低合金钢81

3.2.3 微合金钢82

3.3 低碳贝氏体和马氏体钢84

3.3.1 低碳贝氏体钢84

3.3.2 针状铁素体钢85

3.3.3 低碳马氏体钢86

3.3.4 双相钢86

3.4 工程结构钢的冶金工艺特点88

3.4.1 冶炼工艺88

3.4.2 控制轧制与控制冷却89

4 机械制造结构钢91

4.1 结构钢的强度与脆性91

4.2 结构钢的淬透性92

4.3 调质钢94

4.4 低温回火状态下使用的结构钢96

4.4.1 低温回火钢的显微组织及力学性能96

4.4.2 低碳马氏体结构钢97

4.4.3 低合金超高强度结构钢98

4.5 高合金超高强度结构钢100

4.5.1 马氏体时效钢中合金元素的作用100

4.5.2 马氏体时效钢的热处理和性能101

4.6 轴承钢102

4.6.1 轴承钢的冶金质量103

4.6.2 高碳铬轴承钢的热处理104

4.7 渗碳钢和氮化钢105

4.7.1 渗碳钢105

4.7.2 氮化钢108

4.8 其他机械制造结构钢109

4.8.1 非调质结构钢109

4.8.2 弹簧钢111

4.8.3 易削钢111

4.8.4 高锰钢112

5 工具钢114

5.1 碳素及低合金工具钢114

5.2 高速工具钢115

5.2.1 高速钢中的组成相和碳化物不均匀性115

5.2.2 高速钢的热处理117

5.2.3 高速钢中合金元素的作用120

5.2.4 粉末冶金高速钢123

5.3 冷作模具钢123

5.3.1 高铬和中铬模具钢124

5.3.2 基体钢和低碳高速钢125

5.3.3 新型冷作模具钢126

5.4 热作模具钢127

5.4.1 锤锻模具钢127

5.4.2 挤压及压铸模具钢128

6 不锈耐蚀钢131

6.1 钢的耐蚀性131

6.1.1 钢的钝化现象131

6.1.2 成分对钢钝化的影响132

6.1.3 环境对不锈钢耐蚀性的影响135

6.2 不锈耐蚀钢的组织135

6.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性138

6.3.1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀138

6.3.2 不锈钢的应力腐蚀139

6.3.3 不锈钢的点腐蚀141

6.4 不锈钢的强化与脆化142

6.4.1 铁素体不锈钢142

6.4.2 奥氏体不锈钢143

6.4.3 高强度不锈钢145

6.4.4 复相不锈钢145

6.5 不锈耐蚀钢钢种146

7 耐热钢和耐热合金148

7.1 耐热钢和合金的工作条件及性能148

7.2 铁素体型耐热钢149

7.2.1 铁素体-珠光体耐热钢149

7.2.2 马氏体耐热钢151

7.3 工业炉用耐热钢152

7.3.1 铁铝锰系炉用耐热钢153

7.3.2 铬锰碳氮炉用耐热钢153

7.3.3 铬镍奥氏体炉用钢154

7.4 奥氏体型耐热钢154

7.4.1 碳化物沉淀强化耐热钢154

7.4.2 金属间化合物沉淀强化耐热钢155

7.5 镍基耐热合金158

7.6 新型耐热合金161

7.6.1 定向凝固耐热合金161

7.6.2 粉末高温合金163

7.6.3 氧化物弥散强化（ODS）高温材料163

8 铸铁165

8.1 铸铁中石墨的形态控制165

8.1.1 片状石墨形态166

8.1.2 球状石墨形态166

8.1.3 蠕虫状石墨形态168

8.1.4 团絮状石墨形态168

8.2 常用的铸铁168

8.2.1 灰口铸铁168

8.2.2 球墨铸铁170

8.2.3 蠕墨铸铁171

8.2.4 展性铸铁172

8.3 合金铸铁173

8.3.1 耐磨合金铸铁173

8.3.2 耐热合金铸铁175

8.3.3 耐蚀合金铸铁175

第2篇 非铁金属材料177

9 铝合金177

9.1 铝合金中的合金元素177

9.1.1 铝基固溶体177

9.1.2 铝合金中的沉淀强化相178

9.1.3 铝合金共晶中的过剩相181

9.1.4 铝合金中的微量合金相182

9.1.5 铝合金中的微量元素183

9.2 变形铝合金183

9.2.1 非热处理强化变形铝合金184

9.2.2 热处理强化变形铝合金185

9.2.3 快速凝固铝合金191

9.2.4 超塑性铝合金192

9.2.5 烧结铝粉193

9.3 铸造铝合金194

9.3.1 铝硅及铝硅镁合金194

9.3.2 铝铜铸造合金195

9.3.3 铝镁铸造合金195

10 镁合金197

10.1 镁合金中的合金元素197

10.1.1 镁基固溶体197

10.1.2 镁合金中的强化相201

10.1.3 镁合金的强韧化203

10.2 镁合金203

10.2.1 变形镁合金203

10.2.2 铸造镁合金209

11 铜合金214

11.1 铜中的合金元素214

11.1.1 铜基固溶体214

11.1.2 铜合金中的强化相215

11.1.3 铜合金的退火硬化216

11.1.4 铜合金中的马氏体型相变217

11.2 工业纯铜218

11.2.1 工业纯铜的性能218

11.2.2 杂质元素对铜塑性的影响219

11.2.3 工业纯铜的应用219

11.2.4 弥散强化铜219

11.3 黄铜220

11.3.1 二元黄铜的组织和性能220

11.3.2 多元黄铜221

11.4 青铜222

11.4.1 锡青铜222

11.4.2 多元锡青铜224

11.4.3 铝青铜224

11.4.4 铍青铜225

11.4.5 其他青铜225

11.5 白铜226

11.5.1 结构白铜227

11.5.2 电工白铜227

12 钛合金229

12.1 钛的特性及钛冶金基础229

12.1.1 钛的基本性质229

12.1.2 钛冶金基础230

12.2 钛合金物理冶金基础231

12.2.1 钛合金二元相图231

12.2.2 主要合金元素与相的形成232

12.2.3 气体杂质元素的作用234

12.2.4 钛合金分类235

12.2.5 钛合金热处理基础236

12.2.6 钛合金的强韧化基础238

12.3 钛合金的发展与应用243

12.4 钛合金的生产工艺247

12.4.1 熔炼247

12.4.2 热加工248

12.4.3 粉末冶金钛合金249

12.5 钛合金的近期发展249

12.5.1 改善工艺，提高质量，降低成本249

12.5.2 钛合金的新发展和新应用250

第3篇 金属功能材料255

13 磁性合金255

13.1 金属及合金的磁性255

13.1.1 物质的磁性起源255

13.1.2 铁磁性材料特性及相关能量256

13.1.3 金属及合金的技术磁化257

13.1.4 磁性材料交流磁化时的损耗259

13.2 铁基软磁合金259

13.2.1 工业纯铁261

13.2.2 Fe-Si软磁合金261

13.2.3 其他铁基软磁合金264

13.3 Fe-Ni系软磁合金265

13.3.1 Fe-Ni合金的基本物理特性266

13.3.2 典型的Fe-Ni系软磁合金267

13.4 非晶态及纳米晶软磁合金材料272

13.4.1 非晶态软磁合金272

13.4.2 纳米晶软磁合金273

13.5 硬磁合金概述275

13.6 Alnico永磁合金277

13.6.1 磁硬化机理277

13.6.2 合金成分及制备工艺278

13.7 稀土永磁280

13.7.1 合金系相图与晶体结构281

13.7.2 稀土永磁的磁性283

13.7.3 1∶5型RCo5永磁合金285

13.7.4 2∶17型R2Co17永磁合金286

13.7.5 Nd-Fe-B永磁288

13.8 纳米晶多相永磁合金294

14 电性合金297

14.1 金属与合金的电学性能297

14.1.1 一般金属材料的导电性297

14.1.2 金属材料的超导性298

14.1.3 材料的热电势300

14.2 导电合金301

14.2.1 铝及铝合金301

14.2.2 铜及其合金302

14.2.3 复合导电材料302

14.2.4 超导合金302

14.3 精密电阻合金304

14.3.1 Cu-Mn系合金304

14.3.2 Cu-Ni系合金305

14.3.3 Cr-Ni系合金305

14.3.4 Fe-Cr-Al合金306

14.3.5 贵金属系合金及其他精密电阻合金306

14.3.6 非晶态精密电阻合金306

14.4 电热合金307

14.4.1 金属电热材料307

14.4.2 Ni-Cr系合金307

14.4.3 Fe-Cr-Al系合金308

14.5 热电偶合金309

14.5.1 热电偶电极材料309

14.5.2 热电偶的使用311

15 热膨胀、弹性与减振合金312

15.1 热膨胀合金312

15.1.1 低膨胀合金313

15.1.2 定膨胀合金314

15.1.3 热双金属316

15.2 弹性合金317

15.2.1 高弹性合金318

15.2.2 恒弹性合金319

15.3 减振合金322

15.3.1 复相型减振合金324

15.3.2 铁磁性减振合金324

15.3.3 位错型减振合金324

15.3.4 孪晶型减振合金325

15.3.5 具有形状记忆特性的减振合金325

16 形状记忆合金326

16.1 合金的形状记忆效应326

16.1.1 形状记忆效应的基本原理327

16.1.2 形状记忆合金的伪弹性328

16.2 钛镍与铜基形状记忆合金330

16.3 铁基形状记忆合金332

16.4 磁控形状记忆合金333

17 其他功能材料336

17.1 贮氢合金336

17.2 超大磁致伸缩合金338

17.2.1 合金成分对于性能的影响339

17.2.2 合金制备工艺、组织结构与磁致伸缩性能的关系340

17.2.3 应力作用对合金磁致伸缩性能的影响341

17.3 磁阻与磁阻抗合金342

17.3.1 磁阻材料342

17.3.2 巨磁阻抗材料345

17.4 磁蓄冷与磁制冷合金347

17.4.1 磁蓄冷材料348

17.4.2 磁制冷材料349

17.5 生物医学材料354

第4篇 新型金属材料355

18 有序金属间化合物结构材料355

18.1 金属间化合物的基本结构356

18.1.1 金属间化合物的晶体结构及缺陷356

18.1.2 金属间化合物的电子结构与键性363

18.1.3 金属间化合物的晶界结构365

18.2 金属间化合物结构材料的基本力学性能特征367

18.2.1 金属间化合物的屈服强度反常温度关系368

18.2.2 金属间化合物的本征脆性373

18.2.3 金属间化合物的室温环境脆性374

18.3 金属间化合物结构材料的发展378

18.3.1 Ni-Al系金属间化合物合金379

18.3.2 Fe-Al系富铁金属间化合物381

18.3.3 Ti-Al系金属间化合物合金382

18.3.4 其他金属间化合物结构合金研究385

19 金属基复合材料388

19.1 金属基复合材料体系选择388

19.1.1 基体材料388

19.1.2 增强体材料390

19.2 金属基复合材料性能设计393

19.2.1 连续纤维增强金属基复合材料的强度393

19.2.2 非连续金属基复合材料的强度394

19.2.3 颗粒增强金属基复合材料的强度394

19.3 金属基复合材料的界面395

19.3.1 金属基复合材料的界面化学395

19.3.2 纤维覆盖层397

19.4 金属基复合材料的强化与断裂398

19.4.1 金属基复合材料的强化398

19.4.2 金属基复合材料的断裂399

19.4.3 金属基复合材料的磨损403

19.4.4 金属基复合材料的蠕变特点403

19.5 金属基复合材料的制造工艺404

19.5.1 液相工艺404

19.5.2 固相工艺406

19.5.3 金属基复合材料的加工407

19.6 金属基复合材料的工程性能和应用407

19.6.1 铝基复合材料408

19.6.2 镁基复合材料415

19.6.3 钛基复合材料416

20 金属玻璃418

20.1 金属玻璃的形成418

20.1.1 金属玻璃形成热力学419

20.1.2 非晶形成动力学420

20.1.3 玻璃形成能力判据421

20.2 金属玻璃的制备方法423

20.2.1 快淬和平流铸造技术423

20.2.2 净化和深过冷技术424

20.2.3 粉末法424

20.2.4 金属模铸造法425

20.2.5 水淬法426

20.2.6 喷铸吸铸法426

20.2.7 电弧熔炼吸铸法426

20.2.8 定向凝固法426

20.2.9 压铸法427

20.3 金属玻璃体系427

20.3.1 Pd基合金系428

20.3.2 Mg基合金系428

20.3.3 稀土基合金系428

20.3.4 La基合金428

20.3.5 Nd基和Pr基合金428

20.3.6 Ce基及其他稀土基合金429

20.3.7 Ti基合金系429

20.3.8 Fe基合金系429

20.3.9 Cu基块合金系430

20.3.10 Ni基金属玻璃合金系430

20.3.11 Zr基合金系431

20.3.12 Al基合金系431

20.4 金属玻璃的性能及应用432

20.4.1 高性能结构材料432

20.4.2 微型精密器件434