金屬學及熱處理

前言

　　“金屬學及熱處理”是高等院校材料類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。本書從材料的性能應用角度出發(fā)，以材料的結構決定材料的性能為主線，闡述各種材料的共性基礎知識；從材料的組織結構出發(fā)，介紹材料的成分、組織：結構、加工工藝與性能之間的關系。同時介紹了金屬熱處理的原理與工藝、常用工程材料及選材、復合材料和納米材料等新材料及其應用等內容。本書重在理論聯(lián)系實際，列舉了大量最新的材料應用實例，有利于讀者融會貫通，各部分內容既相對獨立又互相聯(lián)系，便于教師在教學中根據需要選用。根據教學大綱的規(guī)定，建議講授理論部分的課時為60～90學時左右?！　”緯扇糠謨热萁M成：第一部分（第1-5章）為金屬學部分，闡述了金屬學的基本概念和理論，是該課程的基礎，對金屬材料的生產、應用及發(fā)展起到重要的指導作用，但是該部分內容比較抽象，所以在選取上以夠用為度；第二部分（第6-7章）為熱處理原理與工藝部分，著重闡述了鋼在不同工藝條件下的組織轉變規(guī)律及鋼的熱處理工藝的運用；第三部分（第8－11章）為工程材料部分，介紹了金屬材料、非金屬材料及新材料等方面的知識，闡述了機械零件的失效與選材知識以及工程材料在汽車、機床、儀器儀表、化工設備等領域的應用情況。本書內容由淺入深，循序漸進，避免過多的數(shù)學推導，便于教師和學生閱讀。

內容概要

本書包括金屬學、熱處理及工程材料三部分內容，比較全面系統(tǒng)地介紹了金屬及合金的基本結構與性能、金屬的凝固、相圖、塑性變形、熱處理原理與工藝、常用的工程材料(包括金屬材料、非金屬材料及新材料)等。作為應用型本科教材，本書內容由淺入深，循序漸進，避免過多的數(shù)學推導，便于教師和學生閱讀。    本書可作為材料類專業(yè)的專業(yè)基礎課教材，主要對象是應用型本科院校的材料成形及控制工程專業(yè)、焊接技術與工程專業(yè)、金屬材料工程專業(yè)以及材料加工工程等專業(yè)的學生，也可供非材料類專業(yè)(機械類、化工類)學生以及工程技術人員參考。

書籍目錄

前言第1章  金屬材料的性能與結構  1.1  金屬材料的性能    1.1.1  金屬材料的力學性能    1.1.2  金屬材料的物理性能和化學性能    1.1.3  金屬材料的工藝性能    1.1.4  金屬材料的經濟性能  1.2  金屬的晶體結構    1.2.1  金屬    1.2.2  晶體結構    1.2.3  實際金屬的晶體結構  1.3  合金的相結構    1.3.1  固溶體    1.3.2  金屬化合物  本章小結第2章  純金屬的結晶  2.1  金屬結晶的現(xiàn)象    2.1.1  金屬結晶的宏觀現(xiàn)象    2.1.2  金屬結晶的微觀現(xiàn)象  2.2  金屬結晶的條件      2.2.1  金屬結晶的熱力學條件      2.2.2  金屬結晶的結構條件  2.3  金屬結晶的過程    2.3.1  晶核的形成方式    2.3.2  晶體的長大方式  2.4  晶粒大小的控制  2.5  金屬鑄錠的組織與缺陷    2.5.1  鑄錠的組織    2.5.2  鑄錠的缺陷    2.5.3  鋼中的雜質元素  本章小結第3章  合金的結晶  3.1  固態(tài)合金中的相與組織  3.2  二元合金相圖的建立    3.2.1  二元相圖的表示方法    3.2.2  二元合金相圖的測定方法    3.2.3  杠桿定律  3.3  幾種典型的二元合金相圖    3.3.1  二元勻晶相圖    3.3.2  二元共晶相圖    3.3.3  二元包晶相圖    3.3.4  二元共析相圖    3.3.5  組元間形成穩(wěn)定化合物的相圖  3.4  相圖與合金性能的關系  3.5  三元合金相圖簡介  本章小結第4章  鐵碳合金  4.1  鐵碳合金的組元  4.2  Fe-Fe3C相圖分析    4.2.1  相圖中的基本相    4.2.2  相圖中的點、線、區(qū)    4.2.3  包晶轉變    4.2.4  共晶轉變    4.2.5  共析轉變  4.3  典型鐵碳合金平衡結晶過程及組織    4.3.1  工業(yè)純鐵    4.3.2  共析鋼    4.3.3  E共析鋼    4.3.4  過共析鋼    4.3.5  共晶白口鑄鐵    4.3.6  E共晶白口鑄鐵    4.3.7  過共晶白口鑄鐵  4.4  鐵碳合金的成分一組織一性能之間的關系    4.4.1  含碳量對平衡組織的影響    4.4.2  含碳量對力學性能的影響    4.4.3  含碳量對工藝性能的影響  4.5  Fe-Fe3C相圖的應用  4.6  應用Fe-Fe3C相圖應注意的問題  本章小結第5章  金屬的塑性變形、回復和再結晶  5.1  單晶體的塑性變形    5.1.1  滑移    5.1.2  孿生  5.2  多晶體的塑性變形  5.3  塑性變形對金屬組織和性能的影響  5.4  回復和再結晶    5.4.1  回復    5.4.2  再結晶    5.4.3  晶粒長大  5.5  金屬材料的熱塑性變形    5.5.1  熱加工與冷加工的區(qū)別    5.5.2  熱加工對金屬組織和性能的影響  5.6  金屬的斷裂    5.6.1  斷裂的基本形式    5.6.2  影響斷裂的基本因素  本章小結第6章  鋼的熱處理原理  6.1  熱處理概述  6.2  鋼在加熱時的轉變    6.2.1  奧氏體轉變溫度與Fe-Fe3C相圖的關系    6.2.2  奧氏體的形成    6.2.3  影響奧氏體轉變速度的因素    6.2.4  奧氏體的晶粒度及控制因素  6.3  鋼在冷卻時的轉變    6.3.1  過冷奧氏體的等溫轉變圖    6.3.2  過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變圖    6.3.3  過冷奧氏體轉變圖的應用  本章小結第7章  鋼的熱處理工藝  7.1  鋼的熱處理工藝分類  7.2  鋼的普通熱處理    7.2.1  退火與正火    7.2.2  退火與正火的選擇    7.2.3  淬火和回火  7.3  鋼的表面熱處理    7.3.1  感應加熱表面熱處理    7.3.2  火焰加熱表面熱處理  7.4  鋼的化學熱處理    7.4.1  滲碳    7.4.2  滲氮    7.4.3  碳氮共滲  7.5  鋼的熱處理新技術    7.5.1  可控氣氛熱處理    7.5.2  真空熱處理    7.5.3  離子滲擴熱處理    7.5.4  形變熱處理    7.5.5  表面技術  本章小結第8章  金屬材料  8.1  工業(yè)用鋼    8.1.1  鋼的分類和編號    8.1.2  工業(yè)用鋼中合金元素的作用    8.1.3  碳素鋼    8.1.4  合金結構鋼    8.1.5  合金工具鋼    8.1.6  特殊性能鋼  8.2  鑄鐵    8.2.1  鑄鐵的特點和分類    8.2.2  鑄鐵的石墨化    8.2.3  常用鑄鐵  8.3  有色金屬及合金    8.3.1  鋁及鋁合金    8.3.2  銅及銅合金    8.3.3  鎂及鎂合金    8.3.4  鈦及鈦合金    8.3.5  滑動軸承合金  本章小結第9章  非金屬材料  9.1  高分子材料    9.1.1  高分子材料的基本知識    9.1.2  高分子材料的性能特點    9.1.3  常用高分子材料及其應用    9.1.4  合成橡膠    9.1.5  粘合劑  9.2  陶瓷材料    9.2.1  陶瓷的制作工藝    9.2.2  陶瓷的組織結構    9.2.3  陶瓷的性能    9.2.4  常用陶瓷材料的分類及其應用  本章小結第10章  新型材料  10.1  新型材料的分類  10.2  功能材料    10.2.1  形狀記憶合金    10.2.2  超導材料    10.2.3  儲氫材料    10.2.4  智能材料    10.2.5  梯度功能材料  10.3  復合材料    10.3.1  復合材料的定義及其分類    10.3.2  復合材料中各組元的作用    10.3.3  復合材料的性能特征    10.3.4  復合材料的復合機制    10.3.5  復合材料的應用  10.4  納米材料    10.4.1  納米材料的分類    10.4.2  納米材料的特性    10.4.3  納米材料的應用    10.4.4  納米材料的制備  本章小結第11章  工程用金屬材料的選用  11.1  機械零件的失效與分析  11.2  工程材料選擇的基本原則  11.3  軸、齒輪等工件的選材及工藝路線分析    11.3.1  軸類零件    11.3.2  齒輪類零件  11.4  箱體類零件分析    11.4.1  常用箱體類零件及選材    11.4.2  箱體類零件加工工藝分析    11.4.3  化工設備用材  11.5  工程材料應用舉例  本章小結參考文獻

章節(jié)摘錄

　　加熱溫度越高，奧氏體形成速度就越快，轉變所需要的時間就越短。這是由兩方面原因造成的：一方面，溫度越高則奧氏體與珠光體的自由能差越大，轉變的推動力越大；另一方面，溫度越高則原子擴散越快，因而碳的重新分布與鐵的晶格重組就越快，所以，使奧氏體的形核、長大，殘余滲碳體的溶解及奧氏體的均勻化都進行得越快?？梢?，同一個奧氏體化狀態(tài)，既可通過較低溫度較長時間的加熱得到，也可由較高溫度較短時間的加熱得到。因此，在制訂加熱工藝時，應全面考慮溫度和時間的影響?！　?.加熱速度的影響　　加熱速度對奧氏體化過程也有重要影響，對于共析鋼來說，加熱速度越快，珠光體的過熱度越大，相變驅動力越大，轉變的開始溫度就越高。研究表明，隨著形成溫度的升高，形核率的增長速率高于長大速率。如對于Fe-C合金，當奧氏體轉變溫度從740℃升到800℃時，形核率增加270倍，而長大速率增長80倍。因此，加熱速度越快，奧氏體形成溫度越高，起始晶粒越細小?！　?.原始組織的影響　　在化學成分相同的情況下，原始組織中碳化物分散度越大，鐵素體和滲碳體的相界面就越多，奧氏體的形核率就越大；原始珠光體越細，其層片間距越小，則相界面越多，越有利于形核；同時，由于珠光體層片間距小，則碳原子的擴散距離小，擴散速度加快，使得奧氏體形成速度加快。因此，鋼的原始組織越細，奧氏體的形成速度越快?！　?.化學成分的影響　　鋼中含碳量增加，則奧氏體的形成速度加快。這是因為隨著含碳量增加，滲碳體的數(shù)量相應地增加，鐵素體和滲碳體相界面的面積增加，因此增加了奧氏體形核的部位，增大了奧氏體的形核率。同時，碳化物數(shù)量增加使碳的擴散距離減小，碳和鐵原子的擴散系數(shù)增大，從而加快了奧氏體的長大速度。鋼中加入合金元素并不改變珠光體向奧氏體轉變的基本過程，但能影響奧氏體的形成速度，一般都使之減慢，原因如下：　　1）合金元素會改變鋼的平衡臨界點。鎳、錳、銅等都使臨界點降低，而鉻、鎢、釩、硅等則使之升高。因此，在同一溫度奧氏體化時，與碳素鋼相比合金元素改變了過熱度，因而也就改變了奧氏體與珠光體的自由能差，這對于奧氏體的形核與長大都有重要影響。　　2）合金元素在珠光體中的分布不均勻。鉻、鉬、鎢、釩、鈦等能形成碳化物的元素，主要存在于共析碳化物中，鎳、硅、鋁等不形成碳化物的元素，主要存在于共析鐵素體中。因此，合金鋼奧氏體化時，除了必須進行碳的擴散使之重新分布外，還必須進行合金元素的擴散使之重新分布。合金元素的擴散速度比碳原子要慢得多，所以合金鋼奧氏體的均勻化要緩慢得多?！　　?/pre>








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