《金属学与热处理》是冶金和材料类各专业的重要的技术基础课,并兼有一般基础课性质。本教材内容分为三篇,即金属学基本原理、固态相变原理及应用、金属材料学。书中全面系统地介绍了金属与合金的晶体结构,金属与合金相图与结晶,塑性变形与再结晶,扩散,金属固态相变基本理论,改进材料性能的基本工艺方法,常用的金属材料和新型金属材料等知识。本教材的特点是与时俱进,开拓创新,较之20世纪出版的同类教材,内容有所更新,淘汰了一些陈旧的概念和过时的知识,建立新概念,阐述新理论、新工艺、新材料。本书可作为高等院校材料科学与工程、材料科学、金属材料、材料成型与控制、冶金工程等相关专业的本科教材。

第1篇 金属学基本原理
第1章 金属及合金的晶体结构
1.1材料的地位和分类
1.2决定金属材料性能的基本因素
1.3金属与合金
1.3.1基本概念
1.3.2原子结构
1.3.3原子间的键合
1.4金属的晶体结构
1.4.1空间点阵、晶格、晶胞
1.4.2晶面指数和晶向指数
1.4.3纯金属的典型晶体结构
1.4.4各向异性和多晶型性
1.5实际金属的晶体缺陷
1.5.1点缺陷
1.5.2线缺陷
1.5.3面缺陷
1.6合金的相结构
1.6.1合金系统、相及其分类
1.6.2固溶体
1.6.3中间相(金属化合物)
复习思考题
第2章 金属及合金的相图
2.1二元合金相图
2.1.1二元合金相图的建立和表示方法
2.1.2相律和杠杆定律
2.1.3二元相图的基本类型
2.2三元合金相图
2.2.1三元相图的成分表示方法
2.2.2三元匀晶相图
2.2.3组元在固态完全互不溶解的
三元共晶相图
2.2.4实际三元相图举例
复习思考题
第3章 金属与合金的结晶
3.1结晶的基本规律
3.1.1结晶过程
3.1.2结晶热力学条件
3.1.3形核
3.1.4晶核的长大
3.2固溶体的结晶和组织
3.2.1平衡结晶
3.2.2非平衡结晶
3.2.3组成过冷
3.2.4区域偏析
3.2.5组成过冷对晶体形状和铸锭组织的影响
3.3金属铸锭的组织和缺陷
3.3.1铸锭的组织
3.3.2铸锭的缺陷
复习思考题
第4章 铁碳合金及FeFe3C相图
4.1铁碳合金中的基本相
4.1.1铁(Fe)
4.1.2铁与碳的化合物(FexCy)
4.2FeFe3C相图分析
4.2.1FeFe3C平衡相图
4.2.2铁碳合金的平衡结晶过程及平衡组织
4.2.3碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响
复习思考题
第5章 金属及合金的塑性变形
5.1应力与应变
5.1.1真应力真应变曲线
5.1.2工程应力应变曲线
5.2金属及合金的弹性变形
5.2.1弹性变形的宏观定律
5.2.2弹性应变能
5.2.3影响弹性形变的内在因素
5.3单晶体的塑性变形
5.3.1滑移
5.3.2孪生
5.4多晶体的塑性变形
5.4.1多晶体塑性变形的特点
5.4.2晶粒大小对塑性变形的影响
5.4.3上、下屈服点和吕德斯带
5.5塑性变形对金属组织和性能的影响
5.5.1塑性变形对金属组织结构的影响
5.5.2塑性变形对金属性能的影响
5.6金属的断裂
5.6.1断裂的基本形式
5.6.2金属的断裂过程及断口特征
5.6.3影响断裂的基本因素
复习思考题
第6章 金属及合金的回复与再结晶
6.1变形金属与合金在加热时的变化
6.1.1显微组织的变化
6.1.2储存能及内应力的变化
6.1.3力学性能的变化
6.1.4物理性能的变化
6.2回复
6.2.1回复动力学
6.2.2回复机制
6.3再结晶
6.3.1再结晶晶核的形成与长大
6.3.2影响再结晶的因素
6.4晶粒长大
6.4.1正常晶粒长大
6.4.2晶粒的异常长大
6.4.3再结晶退火后的组织
6.5金属的热加工
6.5.1动态回复
6.5.2动态再结晶
6.5.3热加工后组织与性能
复习思考题
第7章 金属及合金中的扩散
7.1扩散现象及定义
7.1.1扩散现象
7.1.2扩散的定义
7.2金属中的扩散理论概要
7.2.1扩散定律
7.2.2扩散定律在固态相变中的应用
7.2.3原子的运动和扩散系数
7.2.4扩散机理
7.3原子迁移的热力学分析
7.3.1扩散的驱动力
7.3.2原子热激活跃迁
7.4实际金属中的扩散
7.4.1纯金属中的自扩散
7.4.2金属晶体结构对扩散系数的影响
7.5固态相变中原子的迁移
7.5.1温度对扩散的影响
7.5.2体扩散和晶界扩散
7.5.3碳原子在钢中的扩散
7.5.4合金元素的扩散
7.5.5铁原子的自扩散
复习思考题

第2篇 固态相变原理及应用第8章金属固态相变原理
8.1金属固态相变概论
8.1.1固态相变的类型
8.1.2固态相变的特点
8.2钢的加热转变
8.2.1奥氏体的组织结构
8.2.2奥氏体的形成
8.2.3奥氏体形成动力学
8.2.4奥氏体晶粒长大及控制
8.3钢的冷却转变概述
8.3.1过冷奥氏体的等温转变图(TTT图)
8.3.2过冷奥氏体的连续冷却转变图(CCT图)
8.3.3影响冷却转变的因素
8.4共析分解与珠光体
8.4.1珠光体的组织结构和定义
8.4.2珠光体的组织形态
8.4.3共析分解过程
8.4.4粒状珠光体的形成
8.4.5先共析相的析出
8.4.6影响珠光体转变组织的内在因素
8.5马氏体相变
8.5.1马氏体相变的基本特征
8.5.2马氏体相变及马氏体的定义
8.5.3钢中马氏体的物理本质
8.5.4FeC合金马氏体相变热力学条件
8.5.5马氏体的形核与长大
8.5.6奥氏体的热稳定化和残留奥氏体
8.5.7马氏体的机械性能
8.6贝氏体相变
8.6.1贝氏体的组织形貌
8.6.2贝氏体相变的过渡性特征
8.6.3贝氏体的定义
8.6.4关于贝氏体相变机制
8.6.5钢中贝氏体的机械性能
8.7淬火钢的回火转变
8.7.1碳素钢马氏体的脱溶
8.7.2回火时α相的变化
8.7.3残余奥氏体的转变
8.7.4回火硬度曲线和二次硬化
8.7.5淬火钢回火组织的概念
8.7.6回火组织的力学性能
8.7.7回火脆性
复习思考题
第9章 金属热处理工艺
9.1加热工艺
9.1.1加热速度
9.1.2加热温度的选择
9.1.3升温、保温时间
9.2钢的退火与正火
9.2.1钢的退火
9.2.2钢的正火
9.3钢的淬火和回火
9.3.1钢的淬火
9.3.2钢的回火
9.4钢的形变热处理
9.4.1高温形变热处理
9.4.2低温形变热处理
9.5钢的表面淬火
9.5.1感应加热原理
9.5.2感应加热表面淬火的特点
9.6钢的化学热处理
9.6.1化学热处理的基本原理和过程
9.6.2渗碳
9.6.3氮化
9.6.4碳氮共渗
复习思考题

第3篇 金属材料学第10章工业用钢总论
10.1钢的分类及编号
10.1.1钢的分类
10.1.2碳素钢的编号
(GB/T 221—2000)
10.1.3合金钢的编号
(GB/T 221—2000)
10.2合金相概述
10.2.1合金钢是一个复杂系统
10.2.2合金元素在系统中的分布状态
10.2.3合金元素与铁的相互作用
10.2.4合金元素与碳的相互作用
10.2.5钢中的金属间化合物
10.2.6合金元素对FeC相图的影响
10.2.7合金元素对加热转变的影响
10.2.8合金元素对过冷奥氏体转变的影响
10.2.9合金元素对淬火钢回火转变的影响
10.3合金元素对钢性能的影响
10.3.1力学性能与组织的关系
10.3.2合金元素对钢强韧性的影响
复习思考题
第11章 工程构件用钢
11.1工程构件用钢的用途及特点
11.1.1工程构件用钢的用途及性能要求
11.1.2工程构件用钢的机械性能特点
11.1.3合金元素对构件用钢性能的影响
11.2钢的宏观组织及杂质的作用
11.2.1钢的物理不均匀性
11.2.2钢的化学不均匀性
11.2.3碳和杂质元素对钢组织和性能的影响
11.3工程构件用钢钢种
11.3.1普通碳素工程构件用钢
11.3.2低合金工程构件用钢
11.3.3微合金化钢
11.3.4低碳贝氏体型钢和铁素体马氏体双相钢
11.3.5低合金高强度钢的发展趋势
复习思考题
第12章 机械制造用结构钢
12.1调质钢
12.1.1调质钢的工作条件及对性能的要求
12.1.2调质钢的合金化
12.1.3常用调质钢
12.1.4调质钢的冶金质量
12.1.5调质钢的热处理特点
12.2渗碳钢
12.2.1渗碳钢的服役条件和对性能的要求
12.2.2渗碳钢的合金化
12.2.3常用渗碳钢
12.2.4渗碳钢的热处理特点
12.2.5贝氏体渗碳钢
12.3弹簧钢
12.3.1弹簧的服役条件和性能要求
12.3.2弹簧钢的合金化
12.3.3典型弹簧钢
12.3.4弹簧钢的热处理特点
12.4轴承钢
12.4.1滚动轴承的服役条件及对性能的要求
12.4.2轴承钢的合金化
12.4.3轴承钢的热处理特点
复习思考题
第13章 工模具用钢
13.1刃具钢
13.1.1刃具钢的服役条件和性能要求
13.1.2碳素工具钢
13.1.3低合金刃具钢
13.2高速钢
13.2.1高速钢的服役条件和性能特点
13.2.2高速钢的合金化
13.2.3高速钢中的组成相和碳化物的不均匀性
13.2.4高速钢的热处理特点
13.2.5高速钢的发展
13.3模具钢
13.3.1冷作模具钢
13.3.2热作模具钢
13.3.3塑料模具钢
13.3.4轧制工具钢
复习思考题
第14章 特殊性能钢
14.1不锈耐酸钢
14.1.1金属的腐蚀
14.1.2不锈钢的合金化
14.1.3不锈钢的组织与分类
14.1.4马氏体不锈钢
14.1.5铁素体不锈钢
14.1.6奥氏体不锈钢
14.1.7其它类型不锈钢
14.2耐热钢
14.2.1耐热钢的热稳定性和热强性
14.2.2常用耐热钢及热处理
14.3耐磨钢
14.3.1钢的耐磨性及其影响因素
14.3.2高锰钢
14.3.3低合金耐磨钢及石墨钢
复习思考题
第15章 铸铁
15.1铸铁的石墨化及分类
15.1.1铁碳合金双重相图
15.1.2铸铁的石墨化
15.1.3铸铁的分类
15.2工业常用铸铁
15.2.1灰口铸铁
15.2.2球墨铸铁
15.2.3蠕墨铸铁
15.2.4可锻铸铁
15.2.5合金铸铁
复习思考题
第16章 有色金属及合金
16.1有色金属及合金概论
16.1.1有色金属的分类及编号
16.1.2有色合金的分类及编号
16.1.3有色金属及合金的用途
16.1.4有色金属及合金的生产
16.1.5有色金属的合金化
16.2铜及铜合金
16.2.1工业纯铜
16.2.2黄铜
16.2.3青铜
16.3铝及其合金
16.3.1工业纯铝
16.3.2铝合金
16.4钛及钛合金
16.4.1纯钛
16.4.2钛的合金化
16.4.3钛合金的热处理
复习思考题
第17章 新型金属材料
17.1金属功能材料
17.1.1电磁材料
17.1.2形状记忆合金
17.1.3贮氢合金
17.2金属亚稳材料
17.2.1纳米材料
17.2.2非晶态材料
17.3有序金属间化合物结构材料
17.3.1金属间化合物的基本结构
17.3.2金属间化合物材料的性能特点
17.3.3金属间化合物工程
……

本书是根据“材料成型及控制工程”、“冶金工程”等专业21世纪《金属学与热处理》课程新教学大纲编著的新教材,依据教学改革要求,在近年来的教学实践的基础上撰写。《金属学与热处理》是“材料成型及控制工程”、“冶金工程”各专业的重要的技术基础课,并兼有一般基础课性质。着重阐述金属与合金的化学成分、组织、结构与性能之间的关系及其变化规律,讲述其在材料生产技术中的应用。书中全面系统地介绍了金属与合金的晶体结构,金属与合金相图与结晶,塑性变形与再结晶,扩散,金属固态相变基本理论,改进材料性能的基本工艺方法,常用的金属材料和新型金属材料等知识。本书从组织结构角度出发来阐明问题,**放在与金属材料科学有关的基本现象、基本概念、基本规律和基本技术方法上,以便为合理选择使用金属材料和制订热加工工艺规程,获得优质零件、构件、钢材掌握好必要的理论知识,并为从事金属材料的研究、开发打下基础。本教材内容分为三篇,即金属学基本原理、固态相变原理及应用、金属材料学。阐述内容力求由浅入深,深广适中,循序渐进,注意理论联系实际,阐明各种现象的本质,避免作过多的数学推导,便于教学和学生阅读。为了使学生学会总结归纳所学知识并训练学生分析问题和解决问题的能力,各章均安排了复习思考题。教学改革,更新教学内容是永恒的主题。本教材是作者们在多年来讲授该课程的基础上,依据继承与创新相结合的原则,在讲述成熟理论的基础上,增加国内外近年来出现的新理论、新知识而编写的,同时精选内容,缩短篇幅,并注重理论向技术的转化,推动技术创新,适应21世纪教学改革和培养创新型人才的需求。本教材的特点是与时俱进,开拓创新,较之20世纪出版的同类教材,内容有所更新。淘汰了一些陈旧的概念和过时的知识,建立新概念,阐述新理论、新工艺、新材料。根据教学大纲的规定,本教材的讲课时数为80学时。考虑到各校对本课程的具体学时安排不尽相同,在使用本教材时可对有关内容根据实际情况作适当的增删和调整,讲授和自学相结合。本教材共17章,其中第1章、第4章、第7章~10章、第12章、第13章、第15章、第16章由刘宗昌撰写;第2章、第3章由高占勇撰写;第5章、第6章由李惠琴撰写;第11章、第14章由赵莉萍撰写;第17章由李涛、刘宗昌合作撰写;王海燕、冯甸臣编写了各章的复习思考题;*后,由刘宗昌负责全书的总成。在撰写过程中参考了许多著作、教科书、论文等资料,特向这些专家和作者致谢。由于作者水平有限,书中难免存在缺点,敬希批评指正。