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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

1.2 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10

1.4.1 σ相11

1.4.2 AB2相（拉维斯相）12

1.4.3 AB3相（有序相）12

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

本章小结16

思考题与习题17

2 钢的热处理20

2.1 钢的加热转变20

2.1.1 奥氏体形成的热力学条件20

2.1.2 奥氏体形成的机理21

2.1.3 奥氏体等温形成动力学22

2.1.4 奥氏体晶粒长大及其控制24

2.2 钢的过冷奥氏体转变图26

2.2.1 过冷奥氏体等温转变图26

2.2.2 过冷奥氏体连续冷却转变图29

2.3 钢的珠光体转变30

2.3.1 珠光体的组织形态与性能特点30

2.3.2 珠光体转变的机理33

2.3.3 亚（或过）共析钢的珠光体转变34

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40

2.4.1 马氏体的晶体结构及转变特征40

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 奥氏体的稳定化52

2.4.7 钢的淬火53

2.5 钢的贝氏体转变59

2.5.1 贝氏体的组织形态与性能特点59

2.5.2 贝氏体转变的特点及机理61

2.5.3 影响贝氏体转变的因素63

2.6 钢的回火转变64

2.6.1 淬火钢回火时的组织变化64

2.6.2 淬火钢回火时力学性能的变化68

2.6.3 合金元素对淬火钢回火转变的影响70

2.6.4 钢的回火71

本章小结71

思考题与习题72

3 工程结构钢74

3.1 工程结构钢的合金化74

3.1.1 工程结构钢的强化74

3.1.2 铁素体-珠光体组织的冷脆性76

3.1.3 工程结构钢的焊接性77

3.1.4 工程结构钢的耐大气腐蚀性能78

3.2 铁素体-珠光体钢78

3.2.1 碳素工程结构钢78

3.2.2 高强度低合金钢79

3.2.3 微合金钢80

3.3 低碳贝氏体和马氏体钢82

3.3.1 低碳贝氏体钢82

3.3.2 针状铁素体钢83

3.3.3 低碳马氏体钢83

3.3.4 双相钢84

3.4 工程结构钢的冶金工艺特点85

3.4.1 冶炼工艺85

3.4.2 控制轧制与控制冷却86

本章小结87

思考题与习题88

4 机械制造结构钢90

4.1 结构钢的强度与脆性90

4.2 结构钢的淬透性91

4.3 调质钢93

4.4 低温回火状态下使用的结构钢95

4.4.1 低温回火钢的显微组织及力学性能95

4.4.2 低碳马氏体结构钢96

4.4.3 低合金超高强度结构钢96

4.5 高合金超高强度结构钢98

4.5.1 马氏体时效钢中合金元素的作用98

4.5.2 马氏体时效钢的热处理和性能100

4.6 轴承钢100

4.6.1 轴承钢的冶金质量101

4.6.2 高碳铬轴承钢的热处理102

4.7 渗碳钢和氮化钢103

4.7.1 渗碳钢103

4.7.2 氮化钢105

4.8 其他机械制造结构钢107

4.8.1 非调质结构钢107

4.8.2 弹簧钢108

4.8.3 易削钢109

4.8.4 高锰钢109

本章小结110

思考题与习题111

5 工具钢113

5.1 碳素及低合金工具钢113

5.2 高速工具钢114

5.2.1 高速钢中的组成相和碳化物不均匀性114

5.2.2 高速钢的热处理116

5.2.3 高速钢中合金元素的作用119

5.2.4 粉末冶金高速钢121

5.3 冷作模具钢122

5.3.1 高铬和中铬模具钢122

5.3.2 基体钢和低碳高速钢124

5.3.3 新型冷作模具钢124

5.4 热作模具钢125

5.4.1 锤锻模具钢125

5.4.2 挤压及压铸模具钢126

本章小结128

思考题与习题129

6 不锈耐蚀钢130

6.1 钢的耐蚀性130

6.1.1 钢的钝化现象130

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134

6.2 不锈耐蚀钢的组织134

6.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性136

6.3.1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀136

6.3.2 不锈钢的应力腐蚀138

6.3.3 不锈钢的点腐蚀139

6.4 不锈钢的强化与脆化140

6.4.1 铁素体不锈钢140

6.4.2 奥氏体不锈钢141

6.4.3 高强度不锈钢143

6.4.4 复相不锈钢143

6.5 不锈耐蚀钢钢种144

本章小结145

思考题与习题146

7 耐热钢和耐热合金149

7.1 耐热钢和合金的工作条件及性能149

7.2 铁素体型耐热钢150

7.2.1 铁素体-珠光体耐热钢150

7.2.2 马氏体耐热钢152

7.3 工业炉用耐热钢153

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154

7.3.3 铬镍奥氏体炉用钢154

7.4 奥氏体型耐热钢155

7.4.1 碳化物沉淀强化耐热钢155

7.4.2 金属间化合物沉淀强化耐热钢156

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162

7.6.3 氧化物弥散强化（ODS）高温材料163

本章小结163

思考题与习题165

8 铸铁167

8.1 铸铁中石墨的形态控制167

8.1.1 片状石墨形态168

8.1.2 球状石墨形态169

8.1.3 蠕虫状石墨形态170

8.1.4 团絮状石墨形态170

8.2 常用的铸铁170

8.2.1 灰口铸铁170

8.2.2 球墨铸铁172

8.2.3 蠕墨铸铁173

8.2.4 展性铸铁174

8.3 合金铸铁175

8.3.1 耐磨合金铸铁175

8.3.2 耐热合金铸铁176

8.3.3 耐蚀合金铸铁176

本章小结177

思考题与习题178

第2篇 非铁金属材料181

9 铝合金181

9.1 铝合金中的合金元素181

9.1.1 铝基固溶体181

9.1.2 铝合金中的沉淀强化相182

9.1.3 铝合金共晶中的过剩相185

9.1.4 铝合金中的微量合金相186

9.1.5 铝合金中的微量元素186

9.2 变形铝合金187

9.2.1 非热处理强化变形铝合金188

9.2.2 热处理强化变形铝合金189

9.2.3 快速凝固铝合金194

9.2.4 超塑性铝合金195

9.2.5 烧结铝粉196

9.3 铸造铝合金197

9.3.1 铝硅及铝硅镁合金197

9.3.2 铝铜铸造合金198

9.3.3 铝镁铸造合金198

本章小结199

思考题与习题200

10 镁合金202

10.1 镁合金中的合金元素202

10.1.1 镁基固溶体202

10.1.2 镁合金中的强化相206

10.1.3 镁合金的强韧化207

10.2 镁合金208

10.2.1 变形镁合金208

10.2.2 铸造镁合金213

本章小结217

思考题与习题218

11 铜合金219

11.1 铜中的合金元素219

11.1.1 铜基固溶体219

11.1.2 铜合金中的强化相220

11.1.3 铜合金的退火硬化221

11.1.4 铜合金中的马氏体型相变222

11.2 工业纯铜223

11.2.1 工业纯铜的性能223

11.2.2 杂质元素对铜塑性的影响223

11.2.3 工业纯铜的应用224

11.2.4 弥散强化铜224

11.3 黄铜224

11.3.1 二元黄铜的组织和性能225

11.3.2 多元黄铜226

11.4 青铜227

11.4.1 锡青铜227

11.4.2 多元锡青铜228

11.4.3 铝青铜229

11.4.4 铍青铜229

11.4.5 其他青铜230

11.5 白铜231

11.5.1 结构白铜231

11.5.2 电工白铜232

本章小结232

思考题与习题233

12 钛合金234

12.1 钛的特性及钛冶金基础234

12.1.1 钛的基本性质234

12.1.2 钛冶金基础235

12.2 钛合金物理冶金基础236

12.2.1 钛合金二元相图236

12.2.2 主要合金元素与相的形成237

12.2.3 气体杂质元素的作用239

12.2.4 钛合金分类240

12.2.5 钛合金热处理基础241

12.2.6 钛合金的强韧化基础242

12.3 钛合金的发展与应用247

12.4 钛合金的生产工艺251

12.4.1 熔炼251

12.4.2 热加工252

12.4.3 粉末冶金钛合金253

12.5 钛合金的近期发展253

12.5.1 改善工艺，提高质量，降低成本253

12.5.2 钛合金的新发展和新应用254

本章小结256

思考题与习题256

第3篇 金属功能材料261

13 磁性合金261

13.1 金属及合金的磁性261

13.1.1 物质的磁性起源261

13.1.2 铁磁性材料特性及相关能量262

13.1.3 金属及合金的技术磁化263

13.1.4 磁性材料交流磁化时的损耗264

13.2 铁基软磁合金265

13.2.1 工业纯铁266

13.2.2 Fe-Si软磁合金267

13.2.3 其他铁基软磁合金270

13.3 Fe-Ni系软磁合金271

13.3.1 Fe-Ni合金的基本物理特性271

13.3.2 典型的Fe-Ni系软磁合金272

13.4 非晶态及纳米晶软磁合金材料277

13.4.1 非晶态软磁合金277

13.4.2 纳米晶软磁合金278

13.5 硬磁合金概述279

13.6 Alnico永磁合金281

13.6.1 磁硬化机理281

13.6.2 合金成分及制备工艺282

13.7 稀土永磁284

13.7.1 合金系相图与晶体结构285

13.7.2 稀土永磁的磁性287

13.7.3 1：5型RCo5永磁合金288

13.7.4 2：17型R2Co17永磁合金290

13.7.5 Nd-Fe-B永磁291

13.8 纳米晶多相永磁合金297

本章小结299

思考题与习题301

14 电性合金304

14.1 金属与合金的电学性能304

14.1.1 一般金属材料的导电性304

14.1.2 金属材料的超导性305

14.1.3 材料的热电势307

14.2 导电合金307

14.2.1 铝及铝合金308

14.2.2 铜及其合金308

14.2.3 复合导电材料309

14.2.4 超导合金309

14.3 精密电阻合金310

14.3.1 Cu-Mn系合金310

14.3.2 Cu-Ni系合金311

14.3.3 Cr-Ni系合金312

14.3.4 Fe-Cr-Al合金312

14.3.5 贵金属系合金及其他精密电阻合金313

14.3.6 非晶态精密电阻合金313

14.4 电热合金313

14.4.1 金属电热材料313

14.4.2 Ni-Cr系合金314

14.4.3 Fe-Cr-Al系合金314

14.5 热电偶合金315

14.5.1 热电偶电极材料316

14.5.2 热电偶的使用317

本章小结318

思考题与习题319

15 膨胀、弹性与减振合金321

15.1 膨胀合金321

15.1.1 低膨胀合金322

15.1.2 定膨胀合金323

15.1.3 热双金属324

15.2 弹性合金326

15.2.1 高弹性合金326

15.2.2 恒弹性合金327

15.3 减振合金330

15.3.1 复相型减振合金332

15.3.2 铁磁性减振合金332

15.3.3 位错型减振合金333

15.3.4 孪晶型减振合金333

15.3.5 具有形状记忆特性的减振合金333

本章小结334

思考题与习题335

16 形状记忆合金338

16.1 合金的形状记忆效应338

16.1.1 形状记忆效应的基本原理338

16.1.2 形状记忆合金的伪弹性340

16.2 钛镍与铜基形状记忆合金342

16.3 铁基形状记忆合金344

16.4 磁控形状记忆合金345

本章小结347

思考题与习题347

17 其他功能材料349

17.1 贮氢合金349

17.2 超大磁致伸缩合金351

17.2.1 合金成分对于性能的影响352

17.2.2 合金制备工艺、组织结构与磁致伸缩性能的关系353

17.2.3 应力作用对合金磁致伸缩性能的影响354

17.3 磁阻与磁阻抗合金355

17.3.1 磁阻材料355

17.3.2 巨磁阻抗材料357

17.4 磁蓄冷与磁制冷合金360

17.4.1 磁蓄冷材料361

17.4.2 磁制冷材料361

17.5 生物医学材料365

本章小结366

思考题与习题367

第4篇 新型金属材料371

18 有序金属间化合物结构材料371

18.1 金属间化合物的基本结构372

18.1.1 金属间化合物的晶体结构及缺陷372

18.1.2 金属间化合物的电子结构与键性378

18.1.3 金属间化合物的晶界结构380

18.2 金属间化合物结构材料的基本力学性能特征382

18.2.1 金属间化合物的屈服强度反常温度关系382

18.2.2 金属间化合物的本征脆性387

18.2.3 金属间化合物的室温环境脆性389

18.3 金属间化合物结构材料的发展392

18.3.1 Ni-Al系金属间化合物合金393

18.3.2 Fe-Al系富铁金属间化合物395

18.3.3 Ti-Al系金属间化合物合金396

18.3.4 其他金属间化合物结构合金研究399

本章小结400

思考题与习题400

19 金属基复合材料403

19.1 金属基复合材料体系选择403

19.1.1 基体材料403

19.1.2 增强体材料405

19.2 金属基复合材料性能设计407

19.2.1 连续纤维增强金属基复合材料的强度408

19.2.2 非连续金属基复合材料的强度409

19.2.3 颗粒增强金属基复合材料的强度409

19.3 金属基复合材料的界面410

19.3.1 金属基复合材料的界面化学410

19.3.2 纤维覆盖层412

19.4 金属基复合材料的强化与断裂412

19.4.1 金属基复合材料的强化413

19.4.2 金属基复合材料的断裂414

19.4.3 金属基复合材料的磨损417

19.4.4 金属基复合材料的蠕变特点417

19.5 金属基复合材料的制造工艺418

19.5.1 液相工艺418

19.5.2 固相工艺420

19.5.3 金属基复合材料的加工421

19.6 金属基复合材料的工程性能和应用421

19.6.1 铝基复合材料422

19.6.2 镁基复合材料428

19.6.3 钛基复合材料429

本章小结430

思考题与习题431

20 金属玻璃433

20.1 金属玻璃的形成433

20.1.1 金属玻璃形成热力学434

20.1.2 非晶形成动力学435

20.1.3 玻璃形成能力判据436

20.2 金属玻璃的制备方法438

20.2.1 快淬和平流铸造技术438

20.2.2 净化和深过冷技术439

20.2.3 粉末法439

20.2.4 金属模铸造法439

20.2.5 水淬法440

20.2.6 喷铸吸铸法440

20.2.7 电弧熔炼吸铸法441

20.2.8 定向凝固法441

20.2.9 压铸法441

20.3 金属玻璃体系442

20.3.1 Pd基合金系442

20.3.2 Mg基合金系442

20.3.3 稀土基合金系443

20.3.4 La基合金443

20.3.5 Nd基和Pr基合金443

20.3.6 Ce基及其他稀土基合金443

20.3.7 Ti基合金系443

20.3.8 Fe基合金系444

20.3.9 Cu基合金系444

20.3.10 Ni基金属玻璃合金系445

20.3.11 Zr基合金系445

20.3.12 Al基合金系445

20.4 金属玻璃的性能及应用446

20.4.1 高性能结构材料446

20.4.2 微型精密器件447

本章小结449

思考题与习题450

21 高熵合金452

21.1 高熵合金概述453

21.1.1 高熵合金特点453

21.1.2 高熵合金的微观组织457

21.1.3 高熵合金的制备方法460

21.2 高熵合金的微观结构稳定性461

21.2.1 高熵合金微观结构稳定性热力学分析461

21.2.2 高熵合金微观结构稳定性的影响因素463

21.2.3 高熵合金微观结构稳定性的综合分析464

21.3 高熵合金的性能468

21.3.1 室温硬度及压缩和拉伸性能468

21.3.2 高熵合金力学性能随温度的变化472

21.3.3 高熵合金其他力学性能475

21.3.4 高熵合金抗腐蚀性能476

21.3.5 高熵合金的物理性能477

本章小结478

思考题与习题478