緒論



第1章金屬材料的性能

1.1物理和化學性能3

1.1.1金屬的物理性能3

1.1.2金屬的化學性能4

1.2力學性能5

1.2.1拉伸試驗及性能指標5

1.2.2壓縮試驗及性能指標11

1.2.3彎曲試驗及性能指標11

1.2.4扭轉試驗及性能指標13

1.2.5衝擊試驗及性能指標14

1.2.6金屬的硬度15

1.2.7金屬的疲勞18

1.2.8金屬的磨損19

1.2.9金屬的蠕變20

1.3金屬材料的工藝性能21

1.3.1液態成型(鑄造)22

1.3.2塑性加工(冷熱塑性加工)22

1.3.3焊接22

1.3.4切削加工22

1.3.5熱處理22

1.4金屬材料的經濟性23

1.4.1原材料費23

1.4.2加工費23

1.4.3熱處理費23



第2章金屬材料的結構與組成

2.1材料的結構25

2.1.1晶體與非晶體25

2.1.2晶體中的化學鍵合25

2.1.3晶體結構27

2.1.4晶體中的缺陷29

2.2金屬的組成特點33

2.2.1金屬及合金的化學組成33

2.2.2合金的結合形式34

2.3金屬的結晶35

2.3.1金屬結晶理論35

2.3.2結晶理論的應用38

2.3.3晶體的同素異構現像43

2.4晶體材料的相圖與相變44

2.4.1相圖的基本知識45

2.4.2勻晶相圖分析46

2.4.3共晶相圖及其結晶過程47

2.4.4鐵碳相圖53



第3章金屬材料的改性方法

3.1熱處理工藝方法58

3.1.1鋼的預備熱處理58

3.1.2鋼的終熱處理62

3.1.3熱處理新工藝73

3.2表面處理工藝方法76

3.2.1表面改性的目的76

3.2.2鋼的表面淬火76

3.2.3化學熱處理79

3.2.4表面變形強化83

3.2.5氣相沉積83

3.3 固溶處理及時效強化84

3.3.1鋁合金的固溶時效強化84

3.3.2銅合金的固溶時效強化85

3.4鋼的合金化86

3.4.1鋼素及其分類依據87

3.4.素與鐵和碳的相互作用及其對奧氏體層錯能的影響89

3.4.3鋼的強化機制93

3.4.4改善鋼的塑性和韌性的基本途徑96

3.4.素對鋼相變的影響100

3.4.6鋼的冶金質量105



第4章工業用鋼

4.1概述109

4.1.1鋼材的生產109

4.1.2鋼的分類、編號和成分特點110

4.1.3碳鋼和合金鋼的特點113

4.1.素在鋼中的作用114

4.2結構鋼115

4.2.1工程結構鋼115

4.2.2機器結構鋼117

4.3工具鋼125

4.3.1刃具鋼125

4.3.2模具鋼129

4.3.3量具鋼131

4.4特殊性能鋼132

4.4.1不鏽鋼132

4.4.2耐熱鋼132

4.4.3耐磨鋼133



第5章鑄鐵合金

5.1概述136

5.1.1鑄鐵合金的種類136

5.1.2鑄鐵的組織與相138

5.2鑄鐵的結晶及組織形成140

5.2.1鐵碳合金雙重狀態圖140

5.2.2白口鑄鐵的一次結晶144

5.2.3灰口鑄鐵的一次結晶145

5.2.4球墨鑄鐵的一次結晶149

5.2.5鑄鐵的二次結晶154

5.2.6化學成分和工藝條件對鑄鐵組織的影響156

5.3灰口鑄鐵157

5.3.1灰口鑄鐵的組織和性能157

5.3.2灰口鑄鐵的生產162

5.3.3灰口鑄鐵的熱處理163

5.4球墨鑄鐵164

5.4.1球墨鑄鐵的組織及性能164

5.4.2球墨鑄鐵的生產166

5.4.3球墨鑄鐵的熱處理171

5.5蠕墨鑄鐵174

5.5.1蠕墨鑄鐵的組織及性能174

5.5.2蠕墨鑄鐵的生產177



第6章有色金屬及其合金

6.1鋁及鋁合金181

6.1.1工業純鋁181

6.1.2鋁合金182

6.1.3變形鋁合金185

6.1.4鑄造鋁合金187

6.2銅及銅合金190

6.2.1工業純銅190

6.2.2銅合金190

6.2.3黃銅191

6.2.4青銅192

6.3鈦及鈦合金193

6.3.1純鈦193

6.3.2鈦合金193

6.3.3鈦合金的性能194

6.3.4鈦合金的熱處理195

6.4鎂及鎂合金195

6.4.1鎂合金195

6.4.2變形鎂合金196

6.4.3鑄造鎂合金197

6.4.4鎂合金的熱處理197

6.5軸承合金198

6.5.1對滑動軸承合金性能的要求198

6.5.2常用滑動軸承合金199

6.6其他有色金屬及合金200

6.6.1鋅及鋅合金200

6.6.2鎳及鎳合金201

6.6.3稀有金屬202



第7章粉末冶金材料

7.1粉末冶金原理和生產過程207

7.1.1粉末的制取208

7.1.2壓制成型209

7.1.3燒結211

7.1.4燒結後處理212

7.2結構材料213

7.2.1制造零件的結構材料213

7.2.2減摩擦材料214

7.2.3多孔材料215

7.3工具材料218

7.3.1硬質合金218

7.3.2超硬材料219

7.3.3粉末高速鋼221

7.4其他粉末冶金材料222

7.4.1耐熱材料222

7.4.2電磁材料223

7.4.3原子能材料225



第8章新型金屬材料

8.1新型鋼鐵材料227

8.1.1非調質結構鋼227

8.1.2低淬透性含鈦優質碳素結構鋼228

8.1.3保證淬透性結構鋼229

8.1.4節約貴素的合金結構鋼231

8.1.5中低碳彈簧鋼231

8.1.6無間隙原子鋼232

8.1.7沉澱強化鋼232

8.1.8增磷鋼和增氮鋼233

8.1.9雙相鋼233

8.1.10無磁模具鋼233

8.1.11新型不鏽鋼234

8.1.12SiMnCr高強度鋼234

8.1.13新型耐磨鋼234

8.1.14新型耐熱鋼237

8.1.15新型鑄鐵238

8.2新型有色金屬材料238

8.2.1新型鋁合金238

8.2.2新型鎂合金245

8.2.3新型銅合金250

8.3金屬基復合材料250

8.3.1金屬-金屬復合材料250

8.3.2金屬-非金屬復合材料259



參考文獻

20世紀70年代，人們把能源、信息和材料歸納為現代物質文明的三大支柱，而材料又是其他技術發展的基礎。材料的使用和發展與生產力和科學技術水平密切相關。其中，金屬材料的發展歷史為悠久，且具有良好的綜合性能特點，一直是人類生產勞動的重要物質基礎。目前開設材料類專業的各大高校大多以金屬材料的制備和加工成型為主線。

本書繫統梳理了金屬材料的性能、金屬材料的結構與組成、金屬材料的改性方法、工業用鋼、鑄鐵合金、有色金屬及其合金、粉末冶金材料以及新型金屬材料相關的知識與技術。書中全面介紹了金屬材料的理論知識，圍繞“結構—性能—應用”的特點，闡述了目前國內外主要應用的金屬材料以及新型金屬材料的發展狀況，可以幫助讀者全面了解金屬材料的相關知識與發展、應用情況。

本書在編寫過程中，力求文字精煉、準確、通俗易懂；盡量做到理論聯繫實際，使內容豐富、新穎、由淺入深；突出理論知識的同時，注重實踐性和實用性；在時效性方面，盡量反映材料科學領域的新技術、新材料和新工藝，使讀者的認識跟上現代科技發展的步伐，符合高等教育的新要求。

本書共8章，其中緒論、第1章～第4章由佳木斯大學賈克明編寫，第5章～第8章由佳木斯大學董海編寫。全書由賈克明統稿。本書在編寫過程中得到了佳木斯大學優秀學科團隊(項目編號JDXKTD-2019001)的大力支持，在此表示感謝。

由於時間倉促，加之編者水平有限，書中難免存在疏漏，懇請讀者批評指正。



編著者

2021年1月