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。



本書繫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，包素對相圖的影響素在各類相變過程中的作用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-制備/ 加工-結構-性能的材料科學與工程四面體主線，介紹了各類機械制造結構鋼、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、金屬基復合材料、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繫中的作用                                           007



思考題                                                    
008







篇鋼鐵材料



1鋼的合金化概論                                      011



1.1素和鐵的作用                            011



1.1.1素                                   011



1.1.2相圖                                012



1.1.3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素在鋼中的分布及偏聚                019



1.3.1素在鋼中的分布                    019



1.3.2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素對鋼韌度的影響                 030



1.6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素在鋼中的作用                         038



1.7.1素的作用                             038



1.7.2微合金鋼中素                    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素對低合金高強度鋼力學性能的影響                                   051



2.2.2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素的作用                          056






字數限制，僅顯示部分目錄。

第3版前言



本書第1版自2005年出版以來，受到了廣大讀者的歡迎和好評，越來越多的高校使用了該教材和相匹配的PPT 課件。該教材為普通高等教育“十一五”規劃教材，並於2007年獲江蘇省精品教材獎，第2版教材是江蘇省金屬材料工程品牌專業二期建設的重要內容之一，也是第4批特色專業建設點江蘇大學金屬材料工程專業的建設任務之一，相應的課程於2006年被評為江蘇省一類精品課程。依托特色專業“金屬材料工程”和江蘇省品牌專業建設項目，在我國高等工程教育與國際全面接軌、傳統工科專業全面向“新工科”轉型的背景下，“深度產教融合的材料類‘工程素質鏈’人纔培養模式創新與實踐”於2017年獲得江蘇省高等教育教學成果特等獎，並於2018年獲得高等教育教學成果獎二等獎，本教材是列入教學成果獎的主講教材之一。



本書的寫作工作，具有階段性的成長特質。第1版主要完成了章節框架及主體內容；第2版主要完成了課程內涵的凝煉和MSE（Materials
Science and Engineering）素質教育以及辯證法思想的總結。但是在編者長期使用教材和授課過程中，仍然遇到了很多問題：首先，突出的是學習者面對金屬材料學這樣一個內容龐雜的繫統，往往“隻見樹木、不見森林”；其次，書中強調內容知識，但對於學習者能力的培養缺乏足夠引導。因此，編者在充分總結與討論的基礎上，首先在教學實踐中，增加了金屬材料學與其他課程的聯繫以及金屬材料全壽命過程的內容，將金屬材料學與其他學科與課程相聯繫，並且讓讀者對金屬材料有一個宏觀的認識，從而有利於認識《金屬材料學》在金屬材料使用全壽命過程中的作用及局限；其次，通過材料科學與工程四面體（性能、制備/ 加工、成分、結構的相互聯繫）的核心方法論，將眾多課程內容進行提煉，利於讀者在分析方法上得到提高，從而提升微觀結構分析、選材、工藝制定的能力。



經過近5年的教學實踐，證明以上的兩點改進取得了很好的效果，也奠定了本次修訂的基礎。編者的教學實踐與編寫工作得到了眾多支持。2017年《金屬材料學》在中國大學MOOC平臺（掃描二維碼進入在線課程）上線並獲得江蘇省在線開放課程立項，該教材的第3版修訂工作於2016 年獲得江蘇省重點教材立項建設，也是江蘇省高校品牌專業建設工程一期項目金屬材料工程專業（PPZY2015B127）的重點工作之一。



第3版編寫工作由袁志鐘副教授、戴起勛教授共同完成。主要工作包括以下方面：首先，緒論部分增加金屬材料全壽命的內容；其次，對原有章節的部分內容進行了修訂；再次，部分章節增加了一些內容，並引入多媒體內容；後，更新了全部PPT 課件（掃碼使用或下載），結合多媒體，實現線上線下混合式教學，方便教師和學生的學習。



在書籍編寫過程中，郭順博士和侯秀麗博士分別修訂、完善了鈦合金和鎂合金的章節，在此特別表示感謝。編者懇請同行和讀者批評指正和提出意見，以使教材質量不斷提高。







袁志鐘戴起勛



2018年6月











第2版前言



自然科學的專業知識蘊涵著自然科學哲學理論與內在規律。材料科學與工程是體現自然界奧秘的很有“思想”的一門學科，既遵循自然界的一般規律，也有自己的特殊內涵，科學研究的主要特征是辯證與創新。“MSE” （Materials Science & Engineering ）很早就成為一個被人們認可的縮寫，許多材料科學家呼吁要實施MSE 素質教育。在材料類各專業人纔培養教學體繫中提煉和融入MSE 內涵、思想和方法無疑是非常重要的，其目的是培養學生材料研究創新思維的主動意識，材料研究創新活動的科學方法，材料研究創新成果的分析能力。



金屬材料學課程具有綜合性、應用性和辯證性的特點。在合金化基本理論的基礎上，繫統論述金屬材料零部件的“服役-成分-工藝-組織-性能-環境”間的有機關繫，這是課程的主線。材料的發展，如在結構鋼、工模具鋼、不鏽鋼、熱強鋼、構件鋼等鋼類中，都充滿了矛盾對立統一和轉化的辯證關繫。以辯證法原理提煉課程內涵及創新教學應在專業主干課程教學過程中得到體現和實施。在課程教學中，結合課程內容，描述金屬材料性能演化過程的矛盾規律，總素作用的辯證規律，凸顯材料組織結構演化的量變與質變規律，歸納材料科學與工程中矛盾的共性與個性。創新的教學理念、教學思路和教學方法對培養學生深入理解學科專業的內涵，培養學生具有辨析能力和啟迪創新思維起到了很好的教學效果。



本書第1版自2005年出版以來，受到廣大使用者和讀者的歡迎和好評，越來越多的高校使用該教材和相匹配的PPT課件。該教材為普通高等教育“十一五”規劃教材，並於2007年獲江蘇省精品教材獎，相應的課程也於2006年被評為江蘇省一類精品課程。



全書第2版修訂工作由主編戴起勛教授負責。戴起勛教授編寫修訂了緒論、第1章、第3章～第6章，新編了附錄A和附錄B，更新或修改了全書各章小結和習題；李鼕升博士新編了第7章和參與修訂了第5章及第6章；李忠華副教授編寫修訂了第2章及第8 章；邵紅紅教授編寫修訂了第9章～第12章；王樹奇教授編寫修訂了第13章～第15章；全書由戴起勛教授修改定稿。第2版修訂的主要工作有：對大部分章節的內容有所補充和刪減；考慮到課程容量，刪除了部分章節的內容；對部分章節內容進行了調整，如考慮到超高強度結構鋼的應用和性能的特殊性，單列一章，重新編寫；盡量規範了專業名詞術語；更新了耐熱鋼、不鏽鋼等有關國家標準；對各章小結進行了修改，特別是以圖或表的形式補充了各章內容的框架和要點；為方便教與學，增加了附錄A 課程總結提要和附錄B課堂討論題。



該教材的第2版修訂出版是江蘇省金屬材料工程品牌專業二期建設的重要內容之一，也是第四批特色專業建設點江蘇大學金屬材料工程專業的建設任務之一。



編者懇請同行和讀者批評指正和提出意見，以使教材質量不斷提高。







戴起勛



2011年8月











第1版前言



金屬材料是所有材料中使用量較大的材料，其理論和體繫相對比較完整。從20世紀80年代以來，比較成熟並廣泛應用的新型金屬材料已有了很大的發展，如金屬基復合材料、新型功能金屬材料、微合金非調質鋼等，即使是傳統材料也有了較大的發展。另外由於資源和環境的嚴峻問題，也提出了適應環境設計的簡單合金與通用合金等新概念。國家在1998年調整了專業目錄，對材料類專業的內涵有了新的敘述。近幾年來，盡管專業要求有了很大的變化，但還缺少相應的配套教材。



金屬材料學是金屬材料工程等材料類專業的核心課程。該課程在專業知識結構中占有很重要的位置，是學生走上工作崗位使用知識多直接的課程。該課程具有綜合性、應用性和經驗性的特點。綜合性是指內容涉及知識面比較廣，涉及所有以前學過的專業知識；應用性是指課程的內容是生產或科研中正在廣泛使用的材料和技術；經驗性是指某些內容是長期的經驗總結，在實際應用中可變性還比較大。



本教材編寫者在金屬材料學課程教學中已有近20年的經驗。在教學過程中不斷地整改內容和凝練思路，形成了一定的體繫和特點，更加注重於培養學生分析問題和解決問題的能力，側重於培養學生的創新思維。編寫該書的基礎：在借鋻原教材的基礎上，補充新的內容；結合多年的教學經驗和講稿，調整書的體繫和框架。編寫思路：抓住材料“服役條件-成分-工藝-組織-性能-環境”的主線，圍繞合金化基本理論，盡可能地凸顯材料科學發展中的“思想”，使教材內容具有綜合性、應用性和新穎性的特點。該教材更適合於工程機械應用型金屬材料工程等材料類專業使用。



本書內容包括鋼鐵材料、有色金屬合金和新型金屬材料三大部分。以合金化原理為核心，著重闡明了材料成分與處理工藝的特點，強調了材料組織與性能及應用之間的關繫，力圖使學生掌握各類材料成分設計和制定工藝的依據。對各類新材料的發展也作了一定介紹。為使學生更好地理解和掌握課程內容及重點，領會材料發展的主線、核心和“思想”，培養學生分析問題和解決問題的能力，各章後都精寫了小結，並安排了一定量的思考題。



本書是江蘇省金屬材料工程品牌專業建設的重要內容之一，也是江蘇大學重點精品課程建設所組織編寫的教材。本書第1章、第3～6章和緒論由戴起勛教授編寫，第2章、第7章由李忠華副教授編寫，第8～11章由邵紅紅教授編寫，第12～15章由王樹奇教授編寫，全書由戴起勛教授統稿，程曉農教授主審。本書在編寫過程中參考了許多文獻資料，主要文獻列於書後，在此謹向所有參考文獻的作者誠致謝意。吳晶等老師提供了有關的金相組織圖片，化學工業出版社對本書的出版付出了辛勤的勞動，在此一並表示衷心感謝。



該教材不但是材料類本科專業學生的教材，而且也可以作為研究生和從事材料工作技術人員的參考書。限於作者水平，書中難免有疏漏之處，懇請同行和讀者批評指正，以利於今後的補充、修改和完善。







編者



2005年4月