金属材料概论

本书系统地介绍了金属材料的基本知识，可作为金属材料知识的入门指导书。

全书在全面介绍了金属材料基本理论的基础上，以材料的“结构——性能——应用”为主线，重点介绍了工业用钢、铸铁合金、有色金属及其合金、粉末冶金材料以及新型金属材料的性能、结构与组成、生产及加工、改性方法。

书中内容系统性强，同时，立足于材料的应用，展望了未来新型金属材料的发展方向。可供从事材料学研究的科研人员以及相关工程技术人员阅读参考，也可满足材料工程专业、塑性成形及控制专业、焊接技术与工程及机械工程专业教学的需要。

 

 

本书系统地介绍了金属材料的基本知识，可作为金属材料知识的入门指导书。书中在全面介绍金属材料基本理论的基础上，以材料的“结构—性能—应用”为主线，重点介绍了工业用钢、铸铁合金、有色金属及其合金、粉末冶金材料以及新型金属材料的性能、结构与组成、生产及加工、改性方法。书中内容系统性强，同时立足于材料的应用，展望了未来新型金属材料的发展方向。

本书可供从事材料学研究的科研人员以及相关工程技术人员阅读参考，也可满足材料工程专业、材料成型及控制专业、焊接技术与工程及机械工程专业教学的需要。

 

贾克明,佳木斯大学长期从事材料科学与工程相关领域的教学与科研工作，主要讲授《压铸模与锻模》《金属材料及热处理》《工程材料及成型技术》《金属材料概论》等本科生课程，参与编写了《铸造工艺学》等教材。

绪论

第1章金属材料的性能

1.1物理和化学性能3

1.1.1金属的物理性能3

1.1.2金属的化学性能4

1.2力学性能5

1.2.1拉伸试验及性能指标5

1.2.2压缩试验及性能指标11

1.2.3弯曲试验及性能指标11

1.2.4扭转试验及性能指标13

1.2.5冲击试验及性能指标14

1.2.6金属的硬度15

1.2.7金属的疲劳18

1.2.8金属的磨损19

1.2.9金属的蠕变20

1.3金属材料的工艺性能21

1.3.1液态成型(铸造)22

1.3.2塑性加工(冷热塑性加工)22

1.3.3焊接22

1.3.4切削加工22

1.3.5热处理22

1.4金属材料的经济性23

1.4.1原材料费23

1.4.2加工费23

1.4.3热处理费23

第2章金属材料的结构与组成

2.1材料的结构25

2.1.1晶体与非晶体25

2.1.2晶体中的化学键合25

2.1.3晶体结构27

2.1.4晶体中的缺陷29

2.2金属的组成特点33

2.2.1金属及合金的化学组成33

2.2.2合金材料组元的结合形式34

2.3金属的结晶35

2.3.1金属结晶理论35

2.3.2结晶理论的应用38

2.3.3晶体的同素异构现象43

2.4晶体材料的相图与相变44

2.4.1相图的基本知识45

2.4.2匀晶相图分析46

2.4.3共晶相图及其结晶过程47

2.4.4铁碳相图53

第3章金属材料的改性方法

3.1热处理工艺方法58

3.1.1钢的预备热处理58

3.1.2钢的终热处理62

3.1.3热处理新工艺73

3.2表面处理工艺方法76

3.2.1表面改性的目的76

3.2.2钢的表面淬火76

3.2.3化学热处理79

3.2.4表面变形强化83

3.2.5气相沉积83

3.3 固溶处理及时效强化84

3.3.1铝合金的固溶时效强化84

3.3.2铜合金的固溶时效强化85

3.4钢的合金化86

3.4.1钢中合金元素及其分类依据87

3.4.2合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响89

3.4.3钢的强化机制93

3.4.4改善钢的塑性和韧性的基本途径96

3.4.5合金元素对钢相变的影响100

3.4.6钢的冶金质量105

第4章工业用钢

4.1概述109

4.1.1钢材的生产109

4.1.2钢的分类、编号和成分特点110

4.1.3碳钢和合金钢的特点113

4.1.4合金元素在钢中的作用114

4.2结构钢115

4.2.1工程结构钢115

4.2.2机器结构钢117

4.3工具钢125

4.3.1刃具钢125

4.3.2模具钢129

4.3.3量具钢131

4.4特殊性能钢132

4.4.1不锈钢132

4.4.2耐热钢132

4.4.3耐磨钢133

第5章铸铁合金

5.1概述136

5.1.1铸铁合金的种类136

5.1.2铸铁的组织与相138

5.2铸铁的结晶及组织形成140

5.2.1铁碳合金双重状态图140

5.2.2白口铸铁的一次结晶144

5.2.3灰口铸铁的一次结晶145

5.2.4球墨铸铁的一次结晶149

5.2.5铸铁的二次结晶154

5.2.6化学成分和工艺条件对铸铁组织的影响156

5.3灰口铸铁157

5.3.1灰口铸铁的组织和性能157

5.3.2灰口铸铁的生产162

5.3.3灰口铸铁的热处理163

5.4球墨铸铁164

5.4.1球墨铸铁的组织及性能164

5.4.2球墨铸铁的生产166

5.4.3球墨铸铁的热处理171

5.5蠕墨铸铁174

5.5.1蠕墨铸铁的组织及性能174

5.5.2蠕墨铸铁的生产177

第6章有色金属及其合金

6.1铝及铝合金181

6.1.1工业纯铝181

6.1.2铝合金182

6.1.3变形铝合金185

6.1.4铸造铝合金187

6.2铜及铜合金190

6.2.1工业纯铜190

6.2.2铜合金190

6.2.3黄铜191

6.2.4青铜192

6.3钛及钛合金193

6.3.1纯钛193

6.3.2钛合金193

6.3.3钛合金的性能194

6.3.4钛合金的热处理195

6.4镁及镁合金195

6.4.1镁合金195

6.4.2变形镁合金196

6.4.3铸造镁合金197

6.4.4镁合金的热处理197

6.5轴承合金198

6.5.1对滑动轴承合金性能的要求198

6.5.2常用滑动轴承合金199

6.6其他有色金属及合金200

6.6.1锌及锌合金200

6.6.2镍及镍合金201

6.6.3稀有金属202

第7章粉末冶金材料

7.1粉末冶金原理和生产过程207

7.1.1粉末的制取208

7.1.2压制成型209

7.1.3烧结211

7.1.4烧结后处理212

7.2结构材料213

7.2.1制造零件的结构材料213

7.2.2减摩擦材料214

7.2.3多孔材料215

7.3工具材料218

7.3.1硬质合金218

7.3.2超硬材料219

7.3.3粉末高速钢221

7.4其他粉末冶金材料222

7.4.1耐热材料222

7.4.2电磁材料223

7.4.3原子能材料225

第8章新型金属材料

8.1新型钢铁材料227

8.1.1非调质结构钢227

8.1.2低淬透性含钛优质碳素结构钢228

8.1.3保证淬透性结构钢229

8.1.4节约贵重合金元素的合金结构钢231

8.1.5中低碳弹簧钢231

8.1.6无间隙原子钢232

8.1.7沉淀强化钢232

8.1.8增磷钢和增氮钢233

8.1.9双相钢233

8.1.10无磁模具钢233

8.1.11新型不锈钢234

8.1.12SiMnCr高强度钢234

8.1.13新型耐磨钢234

8.1.14新型耐热钢237

8.1.15新型铸铁238

8.2新型有色金属材料238

8.2.1新型铝合金238

8.2.2新型镁合金245

8.2.3新型铜合金250

8.3金属基复合材料250

8.3.1金属-金属复合材料250

8.3.2金属-非金属复合材料259

参考文献

 

20世纪70年代，人们把能源、信息和材料归纳为现代物质文明的三大支柱，而材料又是其他技术发展的基础。材料的使用和发展与生产力和科学技术水平密切相关。其中，金属材料的发展历史为悠久，且具有良好的综合性能特点，一直是人类生产劳动的重要物质基础。目前开设材料类专业的各大高校大多以金属材料的制备和加工成型为主线。

本书系统梳理了金属材料的性能、金属材料的结构与组成、金属材料的改性方法、工业用钢、铸铁合金、有色金属及其合金、粉末冶金材料以及新型金属材料相关的知识与技术。书中全面介绍了金属材料的理论知识，围绕“结构—性能—应用”的特点，阐述了目前国内外主要应用的金属材料以及新型金属材料的发展状况，可以帮助读者全面了解金属材料的相关知识与发展、应用情况。

本书在编写过程中，力求文字精炼、准确、通俗易懂；尽量做到理论联系实际，使内容丰富、新颖、由浅入深；突出理论知识的同时，注重实践性和实用性；在时效性方面，尽量反映材料科学领域的新技术、新材料和新工艺，使读者的认识跟上现代科技发展的步伐，符合高等教育的新要求。

本书共8章，其中绪论、第1章～第4章由佳木斯大学贾克明编写，第5章～第8章由佳木斯大学董海编写。全书由贾克明统稿。本书在编写过程中得到了佳木斯大学优秀学科团队(项目编号JDXKTD-2019001)的大力支持，在此表示感谢。

由于时间仓促，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏，恳请读者批评指正。

编著者

2021年1月