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绪论1

1　金属的性能4

1.1　金属的力学性能4

1.1.1 强度5

1.1.2 塑性11

1.1.3　硬度12

1.1.4 韧性21

1.1.5 疲劳强度24

1.1.6　弯曲性能26

1.1.7 力学性能29

1.2　金属的物理性能和化学性能30

1.2.1 物理性能30

1.2.2 金属的化学性能32

1.3　金属的工艺性能32

1.3.1 铸造性能33

1.3.2　锻造性能33

1.3.3 焊接性能33

1.3.4　切削加工性能33

思考题34

2　金属的晶体结构及结晶36

2.1　金属的晶体结构36

2.1.1 金属特性与金属键36

2.1.2 晶体的基本概念37

2.1.3 金属中常见的晶格类型37

2.1.4 晶面与晶向40

2.2　实际金属的晶体结构及其对性能的影响42

2.2.1 多晶体的几个基本概念42

2.2.2 晶体缺陷及其对性能的影响43

2.3　纯金属的结晶及其基本规律45

2.3.1 热分析实验与冷却曲线46

2.3.2　金属结晶的过冷现象46

2.3.3　金属的结晶过程47

2.3.4 金属结晶的热力学条件47

2.3.5 金属结晶的结构条件48

2.3.6 晶核的形成50

2.3.7 晶核长大57

思考题65

3　合金的结构及相图67

3.1　合金的基本知识67

3.1.1 合金的基本概念67

3.1.2　合金的相结构67

3.2　二元合金相图的建立69

3.2.1 二元合金相图的表示方法70

3.2.2 二元合金相图的测绘方法70

3.3　二元匀晶相图71

3.3.1 相图分析71

3.3.2　杠杆定律72

3.3.3　合金的结晶过程分析73

3.3.4 固溶体的不平衡结晶73

3.3.5 成分过冷及其对晶体成长形状的影响76

3.4　二元共晶相图78

3.4.1 相图分析78

3.4.2　合金的结晶过程分析79

3.4.3 密度偏析（区域偏析）82

3.4.4 不平衡结晶及组织82

3.5　其他相图84

3.5.1 包晶相图84

3.5.2 形成稳定化合物的相图85

3.6　二元相图的分析和使用86

3.6.1 相图分析步骤86

3.6.2 应用相图时要注意的问题86

3.6.3 根据相图判断合金的性能87

3.7　铸锭的组织89

3.7.1 铸锭三晶区的形成89

3.7.2　铸锭组织的控制91

思考题93

4　铁碳合金96

4.1　铁碳合金的组元及基本相96

4.1.1 纯铁96

4.1.2 渗碳体98

4.2 Fe-Fe3C相图分析99

4.2.1 相图中的点、线、区及其意义99

4.3　铁碳合金的平衡结晶过程及组织102

4.3.1 工业纯铁103

4.3.2 共析钢103

4.3.3 亚共析钢104

4.3.4 过共析钢106

4.3.5 共晶白口铁107

4.3.6 亚共晶白口铁107

4.3.7 过共晶白口铁109

4.4　碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响及铁碳相图的应用109

4.4.1 碳含量对平衡组织的影响109

4.4.2 碳含量对力学性能的影响111

4.4.3 碳含量对工艺性能的影响112

4.4.4 铁碳合金相图的应用114

4.5　连铸钢坯组织与缺陷115

4.5.1 铸坯低倍结构特征115

4.5.2　铸坯结构的控制115

4.5.3 铸坯及钢材的缺陷117

思考题123

5　金属塑性变形与再结晶125

5.1　金属的塑性变形125

5.1.1 单晶体的塑性变形126

5.1.2 多晶体的塑性变形129

5.2　合金的塑性变形130

5.2.1 固溶体合金的塑性变形特点131

5.2.2 复相合金的塑性变形特点131

5.3　冷塑性变形对金属性能与组织的影响132

5.3.1 冷塑性变形对金属性能的影响132

5.3.2 冷塑性变形对金属组织结构的影响133

5.3.3 产生内应力135

5.4　冷变形金属在加热时的变化135

5.4.1 回复135

5.4.2 再结晶136

5.4.3 晶粒长大137

5.5　金属的热塑性变形（热变形加工）137

5.5.1 热变形加工与冷变形加工的区别137

5.5.2 热变形加工对金属组织与性能的影响138

思考题140

6　三元合金相图142

6.1 三元合金相图的表示方法142

6.1.1 成分三角形142

6.1.2 成分三角形中具有特定意义的直线142

6.2　三元系平衡相的定量法则143

6.2.1 直线法则和杠杆定律144

6.2.2 重心法则144

6.3　三元匀晶相图145

6.3.1 相图的空间模型145

6.3.2 固溶体合金的结晶过程145

6.3.3 等温截面（水平截面）146

6.3.4 变温截面（垂直截面）147

6.3.5 投影图149

6.4　组元在固态下完全不溶的三元共晶相图149

6.4.1 相图的空间模型149

6.4.2 等温截面152

6.4.3 变温截面153

6.4.4 投影图154

6.4.5 合金的结晶过程及组织155

6.5　三元合金相图实例分析156

6.5.1 Fe-C-Si三元系的变温截面156

6.5.2 Fe-C-Cr三元系的等温截面158

6.5.3 Fe-C-Cr三元系的变温截面图159

6.5.4 Fe-Cr-Ni投影图160

6.5.5 CaO-SiO2-Al2O3三元系投影图160

思考题161

7　钢的热处理163

7.1　钢在加热时的转变163

7.1.1 相变点163

7.1.2　钢的奥氏体化164

7.1.3 奥氏体化的影响因素164

7.1.4 奥氏体晶粒长大165

7.2　钢在冷却时的转变166

7.2.1 过冷奥氏体的等温转变167

7.2.2 等温转变图的应用172

7.3 钢的退火与正火172

7.3.1 退火173

7.3.2 正火175

7.4　钢的淬火176

7.4.1 淬火加热温度176

7.4.2 冷却介质176

7.4.3 淬火方法177

7.4.4 钢的淬透性与淬硬性178

7.4.5 淬火缺陷及防止措施179

7.5　钢的回火184

7.5.1 淬火钢在回火时组织与性能的变化184

7.5.2 回火的分类及应用185

7.6　钢的表面热处理185

7.6.1 表面淬火185

7.6.2　钢的化学热处理186

7.7　钢的形变热处理及其他方法187

7.7.1 形变热处理187

7.7.2 时效处理188

7.7.3 强韧化处理189

7.7.4 控制轧制、控制冷却技术189

思考题195

8　钢197

8.1　钢及其分类197

8.1.1 按化学成分分类197

8.1.2 按主要质量等级和主要性能及使用特性分类198

8.2　钢号表示方法202

8.2.1 非合金钢203

8.2.2　合金钢204

8.2.3　低合金钢205

8.2.4　普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号205

8.2.5 我国及日本硅钢片牌号表示方法206

8.3　常存及残余元素对钢性能的影响207

8.3.1 锰和硅的影响207

8.3.2　硫的影响207

8.3.3　磷的影响209

8.3.4 氮的影响210

8.3.5 氢的影响210

8.3.6 氧及其他非金属夹杂物的影响211

8.4　合金元素在钢中的作用212

8.4.1 合金元素在钢中存在形式212

8.4.2 合金元素对铁-渗碳体相图的影响213

8.4.3 合金元素对钢热处理的影响215

8.4.4 合金元素对钢力学性能的影响217

8.5　非合金钢219

8.5.1 以规定最低强度为主要特性的非合金钢219

8.5.2 以限制碳的质量分数为主要特性的非合金钢220

8.5.3 非合金工具钢224

8.5.4 以规定最高强度（或硬度）为主要特性的非合金钢225

8.6　合金钢226

8.6.1 机械结构用合金钢226

8.6.2　不锈钢、耐蚀钢230

8.6.3 耐热钢和高温合金242

8.6.4　高温合金246

8.6.5　耐磨钢249

8.6.6 工具钢251

8.6.7 轴承钢257

8.7　工程结构用合金钢与低合金钢259

8.7.1 低合金高强度结构钢259

8.7.2　低合金耐候钢263

8.7.3 汽车用低合金钢263

8.7.4　管线钢268

8.7.5　低温和中温压力容器用钢272

8.7.6　锅炉用耐热钢272

8.7.7　铁道用低合金钢273

8.7.8　混凝土钢筋钢273

8.7.9 电工硅钢273

8.7.10 中厚钢板275

思考题280

9　铸铁283

9.1　铸铁的石墨化过程283

9.1.1 铁碳合金双重相图及石墨化过程283

9.1.2　铸铁的分类285

9.2　灰铸铁286

9.2.1 灰铸铁的化学成分、组织和性能286

9.2.2 影响灰铸铁组织与性能的因素287

9.2.3 金相组织的分类与评级289

9.2.4　灰铸铁的孕育处理289

9.3　球墨铸铁289

9.3.1 球墨铸铁金相组织的评级289

9.3.2　球铁的成分、组织、性能及用途290

9.4　蠕墨铸铁291

9.4.1 蠕墨铸铁的组织特点291

9.4.2　蠕墨铸铁的性能特点292

9.5　可锻铸铁293

9.6　合金铸铁294

9.6.1 耐磨铸铁294

9.6.2 耐热铸铁295

9.6.3 耐蚀铸铁295

思考题296

附录298

附录1 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备（GB/T 2975—1998）298

附录2　数值修约规则（GB8170—87）307

附录3　平均布氏硬度值计算表310

附录4　黑色金属硬度及强度换算表（GB/T 1172—1999）315

附录5 国内外常用钢钢号对照表321

附录6　钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T 17616—1998）325

附录7　钢的牌号总结329

附录8　周期表中各元素的晶体结构333

附录9　产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 221—2000）334

附录10　钢板的命名方法336

附录11　实验342

参考文献368