工程材料与金属热处理

本书以教育部颁布的《机械制造基础课程教学基本要求》和《工程材料及机械制造基础系列课程改革》为指导，结合目前教改的基本指导思想和原则以及实施素质，联合多个院校正从事该课程教学的一线教师而编写的简明教材。本书主要内容包括工程材料的宏观性能、微观结构、钢铁及合及其合金材料、非铁金属材料、金属材料的热处理、非金属材料及复合材料等。全书图文并茂，通俗易懂，版面新颖，注重联系生产实际，突出学生技能的培养。教材编写时密切关注日新月异的新材料、新技术的发展，给予适当的介绍。由此可见本书与同类教材相比，选材内容较丰富、简明，具有一定的特色。

前言
第0章绪论1
0.1材料科学的发展与应用1
0.2工程材料1
0.3工程材料与金属热处理课程的教学
目标和基本要求2
第1章工程材料的分类与性能4
1.1工程材料的分类4
1.1.1材料4
1.1.2工程材料及分类4
1.2工程材料的性能5
1.2.1物理性能5
1.2.2化学性能5
1.2.3力学性能5
复习思考题13
第2章金属材料的结构15
2.1固体材料的结构15
2.1.1晶态结构15
2.1.2非晶态结构16
2.2金属晶体结构16
2.2.1常见金属晶体的结构16
2.2.2实际金属的结构17
2.3纯金属的结晶17
2.3.1纯金属的结晶过程17
2.3.2细化晶粒的方法18
2.3.3金属的同素异构转变19
2.4合金的晶体结构19
2.4.1固溶体20
2.4.2金属化合物20
2.4.3机械混合物20
2.5匀晶相图20
2.5.1相图的建立21
2.5.2相图分析21
2.5.3合金的平衡结晶过程21
*2.5.4杠杆定律21
2.5.5枝晶偏析22
2.6共晶相图23
2.7合金的结晶24
2.7.1合金的结晶过程24
2.7.2合金结晶的冷却曲线24
复习思考题25
第3章钢的热处理原理26
3.1热处理概述26
3.2钢在加热时的转变26
3.2.1奥氏体转变温度与FeFe3C相图的
关系27
3.2.2奥氏体的形成27
3.2.3影响奥氏体转变速度的因素28
3.2.4奥氏体的晶粒度及控制因素30
3.3钢在冷却时的转变31
3.3.1过冷奥氏体的等温转变图32
3.3.2过冷奥氏体的连续冷却转变图39
3.3.3过冷奥氏体冷却转变图的应用39
复习思考题40
第4章钢的热处理工艺41
4.1钢的热处理工艺分类41
4.2钢的普通热处理41
4.2.1钢的退火与正火41
4.2.2钢的淬火与回火44
4.3钢的表面热处理47
4.3.1钢的表面淬火47
4.3.2钢的化学热处理50
4.4钢的热处理新技术54
4.4.1可控气氛热处理54
4.4.2真空热处理55
4.4.3离子渗扩热处理55
4.4.4形变热处理56
4.4.5激光淬火和电子束淬火58
4.5热处理工艺的应用59
4.5.1常见的热处理缺陷59
4.5.2热处理工件的结构工艺性59
4.5.3热处理技术条件的标注及热处理
工序位置安排60
复习思考题61
第5章金属材料综述62
5.1常用金属材料的种类和用途62
5.1.1认识金属材料62
5.1.2金属材料的分类63
5.2碳素钢与合金钢概述64
5.3有色金属概述64
复习思考题65
第6章工业用钢66
6.1工业用钢的分类66
6.1.1我国的习惯分类方法66
6.1.2常存杂质和合金元素在钢中的
作用68
6.2非合金钢73
6.2.1非合金钢的种类、牌号、性能和
用途73
6.2.2碳素结构钢74
6.2.3碳素工具钢78
6.3合金钢80
6.3.1合金钢的分类方法80
6.3.2合金结构钢82
6.3.3特殊性能钢95
6.3.4合金工具钢105
复习思考题113
第7章铸铁115
7.1概述115
7.1.1铸铁的特点115
7.1.2铸铁的分类115
7.2铸铁的石墨化116
7.3常用铸铁118
复习思考题126
第8章有色金属及合金127
8.1有色金属127
8.2铝及铝合金127
8.2.1概述127
8.2.2纯铝的性能、牌号及用途127
8.2.3铝合金128
8.3铜及铜合金135
8.3.1概述135
8.3.2铜合金的分类及牌号表示方法136
8.3.3加工黄铜（黄铜）137
8.3.4加工白铜138
8.3.5青铜139
8.4钛及钛合金141
8.4.1加工钛(纯钛)的性能、牌号及
用途141
8.4.2钛合金141
8.5滑动轴承合金142
8.5.1滑动轴承合金的理想组织143
8.5.2常用滑动轴承合金143
8.6粉末冶金材料和硬质合金144
8.6.1常用的粉末冶金材料144
8.6.2硬质合金146
复习思考题148
第9章非金属材料149
9.1非金属材料的概念149
9.2高分子材料149
9.2.1高分子材料的基本知识149
9.2.2常用高分子材料151
9.3陶瓷材料157
9.3.1认识陶瓷材料157
9.3.2陶瓷材料的种类及应用158
9.3.3陶瓷的基本性能158
9.3.4陶瓷材料领域的前沿技术160
9.3.5宝石、钻石和金刚石161
复习思考题161
第10章新型材料163
10.1问题的提出——新型材料163
10.2复合材料163
10.2.1认识复合材料163
10.2.2复合材料中各组元的作用164
10.2.3复合材料的性能特征165
10.2.4常用的复合材料166
10.3纳米材料168
10.3.1纳米材料的分类169
10.3.2纳米材料的特性169
10.3.3纳米材料的应用170
10.4其他新型材料——功能材料171
10.4.1功能材料常见的分类方法171
10.4.2几种主要功能材料的简介171
复习思考题175
第11章工程材料的应用选择176
11.1机械零件的失效分析及工程材料的
选择176
11.1.1机械零件的失效与分析176
11.1.2工程材料选择的基本原则177
11.2机床零件用材的选择分析178
11.3汽车零件用材的选择分析178
11.4仪器仪表用材的选择分析179
11.5模具用材的选择分析179
11.5.1模具材料选择和使用的意义179
11.5.2模具钢的分类及性能要求180
11.5.3冷作模具钢180
11.5.4热作模具钢183
11.5.5塑料模具材料187
11.6化工设备用材选材分析190
11.6.1化工设备用材料190
11.6.2压力容器用钢190
复习思考题193
附录195
附录A试验195
附录B黑色金属硬度强度换算表
(部分)222
参考文献225

随着我国工业技术的发展和改革开放的不断深入，汽车装备制造业、冶金、铁路、航空航天等行业保持较快的增长，各相关行业如何选择工程材料就显得非常重要，这就需要工程技术人员、管理人员要懂得工程材料及相关知识。
为满足社会不断增长的人才需求，越来越多的高等院校、技师学院、职业技术学院均开设工程材料(含金属材料热处理)及相关课程，本课程是各高校机械类和近机类专业本科生及专科生进入专业领域的专业基础课。
本书以教育部机械基础课程教学指导委员会颁布的《普通高等学校工程材料及机械制造基础系列课程教学基本要求》为指导，结合目前教学改革的现状编写而成，以培养学生具有合理选择工程材料及金属热处理方法的能力。
本书按照由浅入深、循序渐进、便于教学的思路，首先从工程材料宏观性能的介绍开始，使学生对工程材料有一个初认识；随之深入到材料的微观组织结构和材料热处理过程中的组织结构转变，以了解工程材料的本质并掌握必要的材料基础理论知识和常用金属材料热处理的方法和应用。最后，通过对机械零件的失效分析、合理选材的阐述，培养学生分析问题和解决问题的能力。另外，为了便于实验课程开展，本书附录部分包含有相应的实验内容，供教学选用。
本书由方勇、王萌萌、许杰任主编，由方勇统稿。参加本书编写的单位(人员)有：水利部产品质量标准研究所的方勇(前言、绪论、第1～4章、第11章)和许杰(第8、9章、附录)；青岛技师学院的王萌萌(第5、6、7章)；中国石油大学的宋琪(第1～7章复习题解答)；天津海运职业学院吴国强(第10章，第8章和第9章的电子课件和习题解答)和郭国杰(第1～7章电子课件)。
本书由青岛科技大学孟庆东教授任主审，他对书稿进行了认真、细致的审阅，提出了许多建设性的意见。另外，各编者所在学校领导及主管部门也给予了大力支持，在此一并对上述单位与个人表示衷心感谢。
本书主要作为高等学校机械类、近机械类、机电类等专业的本、专科的工程材料及金属热处理课程的教材，也可供其他相关专业的师生和工程技术人员参考，另外，为了配合本书的教学，还设计制作了电子课件，授课教师可以在www.cmpedu.com上下载使用。
限于编者水书有限，书中恐有许多错误、不妥之处，希望采用本书的广大读者，提出宝贵的意见和建议，以利于今后的修订，使之更趋完善，在此深表感谢。

编者