2020年 07月 23日 星期四

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金属学与热处理-陈惠芬主编pdf

作者:永乐国际 来源:永乐国际 日期:2020-07-23 22:40 人气:

  高等学校规划教材 金属学与热处理 陈惠芬 主 编 副主编 马亚芹 刘克家 范培耕 北 京 冶 金 工 业 出版 社 内 容 提 要 本书内容分为金属学基础 热处理和金属材料三大模块 共 章 金属学基 础模块深入浅出地介绍了金属的晶体结构 纯金属的结晶 二元合金相图 铁碳合 金相图 三元合金相图 金属及合金的塑性变形与再结晶 金属与合金中的扩散等 内容 热处理模块除介绍常规的热处理工艺以外 将渗透和强化具体的可控气氛 热处理和表面热处理的也作了介绍 金属材料模块介绍工业用钢 铸铁 有色 金属及合金 教材内容贴近当今国内外生产 更具实用性 各章后均附有习题 本书主要作为本科生教学用书 也可供相关专业的科技人员参考 图书在版编目数据 金属学与热处理 陈惠芬主编 冶金工业出版社 高等学校规划教材 金 陈 金属学 高等学校 教材 热处理 高等学校 教材 中国版本图书馆 数据核字 第 号 出 版 人 曹胜利 地 址 北河沿大街嵩祝院北巷 号 邮编 电 话 电子信箱 责任编辑 李枝梅 美术编辑 李 心 版式设计 张 青 责任校对 卿文春 责任印制 牛晓波 兴华印刷厂印刷 冶金工业出版社发行 各地新华书店经销 年 月第 版 年 月第 次印刷 印张 千字 页 册 元 冶金工业出版社发行部 电话 传真 冶金书店 地址 东四西大街 号 电话 本书如有印装质量问题 本社发行部负责退换 前 言 本教材是根据工科类应用型本科院校冶金工程专业和金属材料成形专业教 学计划编写的 金属学与热处理 是冶金 金属成形专业的一门专业基础课 分为三个模块 金属学 热处理原理及工艺 金属材料 总共 章 使用本教材之前 应用型本科院校的学生首先应选修 物理化学 和 工程 力学 课程 其次已经完成金工实习这一实践环节 对冶金 金属材料成形和热 处理等生产环节具有一定的感性认识 本教材的第 章由贵州师范大学材料与建筑工程学院马亚芹老师编 写 第 章和第 章由上海应用技术学院材料工程系刘克家老师编写 第 章由重庆科技学院冶金与材料工程系范培耕老师编写 第 章由上海应用技 术学院材料工程系陈惠芬老师编写 全书由陈惠芬担任主编 上海应用技术学 院张红英老师对本教材的部分章节进行了审阅 此外 本教材的编写还得到了 上海应用技术学院陈锟老师的大力支持和帮助以及 上海市高等学校 材 料加工 本科教育高地建设 的资助 在此表示衷心感谢 本教材内容可适合 学时的课程教学 为了方便读者加深对课程内 容的理解每章后都附有一定量的题 由于编者水平有限 且时间仓促 若有不妥之处 希望读者提出宝贵意见 编 者 年 月 目 录 金属的晶体结构………………………………………………………………………………… 金属 ………………………………………………………………………………………… 金属键 ………………………………………………………………………………… 金属的特性…………………………………………………………………………… 金属原子的排列规则 ……………………………………………………………… 金属的晶体结构…………………………………………………………………………… 晶体与非晶体………………………………………………………………………… 空间点阵 …………………………………………………………………………… 常见的金属晶体结构 ……………………………………………………………… 晶体学概念………………………………………………………………………………… 晶胞中的原子数……………………………………………………………………… 原子半径……………………………………………………………………………… 配位数和致密度……………………………………………………………………… 晶体中原子的堆垛方式 …………………………………………………………… 晶体结构中的间隙…………………………………………………………………… 同素异晶转变 ……………………………………………………………………… 晶面指数和晶向指数 ……………………………………………………………… 合金的相结构 …………………………………………………………………………… 主要名词概念 ……………………………………………………………………… 合金的相结构 ……………………………………………………………………… 实际金属的结构 ………………………………………………………………………… 点缺陷 ……………………………………………………………………………… 线缺陷 ……………………………………………………………………………… 面缺陷 ……………………………………………………………………………… 习题 ……………………………………………………………………………………………… 纯金属的结晶 ………………………………………………………………………………… 金属结晶的规律 ………………………………………………………………………… 过冷现象及过冷度 ………………………………………………………………… 结晶的热力学条件 ………………………………………………………………… 纯金属的结晶过程 ……………………………………………………………………… 液态金属的结构 …………………………………………………………………… 金属的结晶过程 …………………………………………………………………… 目 录 形核规律 …………………………………………………………………………… 晶核长大 ………………………………………………………………………………… 液 固界面的微观结构 …………………………………………………………… 晶核的长大 ………………………………………………………………………… 固 液界面前沿液体中的温度梯度……………………………………………… 纯金属的生长形态 ………………………………………………………………… 晶粒大小的控制 ………………………………………………………………………… 晶粒大小对金属力学性能的影响………………………………………………… 过冷度对晶粒大小的影响 ………………………………………………………… 变质处理对晶粒大小的影响 ……………………………………………………… 振动 搅拌对晶粒大小的影响 …………………………………………………… 结晶理论的应用 ………………………………………………………………………… 定向凝固技术 ……………………………………………………………………… 单晶体的制备 ……………………………………………………………………… 急冷凝固技术 ……………………………………………………………………… 习题 ……………………………………………………………………………………………… 二元合金相图 ………………………………………………………………………………… 二元合金相图 …………………………………………………………………………… 二元合金相图的建立 ……………………………………………………………… 相律及杠杆定律 …………………………………………………………………… 二元匀晶相图 …………………………………………………………………………… 相图分析 …………………………………………………………………… 固溶体合金的结晶过程及组织 …………………………………………………… 二元共晶相图 …………………………………………………………………………… 相图分析 …………………………………………………………………… 典型合金的平衡结晶过程及组织………………………………………………… 包晶相图及其合金的结晶 ……………………………………………………………… 合金相图分析 ……………………………………………………………… 典型合金的平衡结晶过程及组织………………………………………………… 具有包晶转变的合金的不平衡凝固……………………………………………… 其他类型的二元合金相图 ……………………………………………………………… 形成稳定化合物的相图 …………………………………………………………… 具有固态相变的相图 ……………………………………………………………… 合金的性能与相图之间的关系 ………………………………………………………… 力学 物能与相图的关系 …………………………………………………… 合金工艺性能与相图的关系 ……………………………………………………… 金属铸锭的组织与缺陷 ………………………………………………………………… 铸锭三晶区的形成 ………………………………………………………………… 目 录 铸锭缺陷 …………………………………………………………………………… 习题 ……………………………………………………………………………………………… 铁碳合金相图 ………………………………………………………………………………… 铁碳合金的基本相 ……………………………………………………………………… 纯铁 ………………………………………………………………………………… 铁素体与奥氏体 …………………………………………………………………… 渗碳体 ……………………………………………………………………………… 相图分析 ……………………………………………………………………… 相图中的点 线 区 ………………………………………………………………… 水平线相变 …………………………………………………………………… 四条重要的特性曲线 ……………………………………………………………… 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织………………………………………………… 工业纯铁 …………………………………………………………………………… 共析钢 ……………………………………………………………………………… 亚共析钢 …………………………………………………………………………… 过共析钢 …………………………………………………………………………… 共晶白口铁 ………………………………………………………………………… 亚共晶白口铁 ……………………………………………………………………… 过共晶白口铁 ……………………………………………………………………… 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响…………………………………………… 对平衡组织的影响 ………………………………………………………………… 对力学性能的影响 ………………………………………………………………… 对工艺性能的影响 ………………………………………………………………… 钢中的杂质元素对组织性能的影响…………………………………………………… 锰的影响 …………………………………………………………………………… 硅的影响 …………………………………………………………………………… 硫的影响 …………………………………………………………………………… 磷的影响 …………………………………………………………………………… 氮的影响 …………………………………………………………………………… 氢的影响 …………………………………………………………………………… 氧及其他非金属夹杂物的影响 …………………………………………………… 习题 ……………………………………………………………………………………………… 三元合金相图 ………………………………………………………………………………… 概述 ……………………………………………………………………………………… 三元系统基本原理 ……………………………………………………………………… 三元合金相图的表示方法 ………………………………………………………… 三元系平衡相的定量 ………………………………………………………… 目 录 三元系统相图的构成要素 ………………………………………………………… 三元相图的基本类型 …………………………………………………………………… 三元匀晶相图 ……………………………………………………………………… 三元共晶相图 三元低共熔点相图 …………………………………………… 具有包晶转变的三元相图 ………………………………………………………… 生成化合物的三元相图 …………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 金属及合金的塑性变形与再结晶 ………………………………………………………… 金属的变形特性………………………………………………………………………… 应力 应变曲线…………………………………………………………………… 真应力 真应变曲线 …………………………………………………………… 金属与合金的弹性变形 ………………………………………………………… 单晶体的塑性变形……………………………………………………………………… 滑移 ………………………………………………………………………………… 孪生 ………………………………………………………………………………… 多晶体的塑性变形……………………………………………………………………… 多晶体的塑性变形过程 ………………………………………………………… 晶粒大小对塑性变形的影响 …………………………………………………… 合金的塑性变形………………………………………………………………………… 单相固溶体的塑性变形 ………………………………………………………… 多相合金的塑性变形 …………………………………………………………… 塑性变形对金属组织和性能的影响 ………………………………………………… 塑性变形对组织结构的影响 …………………………………………………… 塑性变形对金属性能的影响 …………………………………………………… 金属及合金的回复与再结晶 ………………………………………………………… 形变金属与合金在退火过程中的变化 ………………………………………… 回复 ………………………………………………………………………………… 再结晶……………………………………………………………………………… 晶粒长大…………………………………………………………………………… 金属的加工 ……………………………………………………………………………… 金属的热加工与冷加工 ………………………………………………………… 动态回复与动态再结晶 ………………………………………………………… 热加工后的组织与性能 ………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 金属与合金中的扩散………………………………………………………………………… 概述 ……………………………………………………………………………………… 扩散现象和本质…………………………………………………………………… 目 录 扩散机理 …………………………………………………………………………… 固态金属扩散的条件 …………………………………………………………… 固态扩散的分类…………………………………………………………………… 扩散定律 ………………………………………………………………………………… 菲克第一定律……………………………………………………………………… 菲克第二定律……………………………………………………………………… 扩散应用举例……………………………………………………………………… 影响扩散的因素………………………………………………………………………… 温度 ………………………………………………………………………………… 晶体结构 …………………………………………………………………………… 固溶体类型………………………………………………………………………… 晶体缺陷…………………………………………………………………………… 化学成分 …………………………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 钢的热处理原理……………………………………………………………………………… 概述 ……………………………………………………………………………………… 热处理的作用……………………………………………………………………… 热处理与相图……………………………………………………………………… 钢在加热时的组织转变 ……………………………………………………………… 奥氏体的特性……………………………………………………………………… 奥氏体形成的热力学条件 ……………………………………………………… 奥氏体的形成过程………………………………………………………………… 奥氏体等温形成动力学 ………………………………………………………… 奥氏体晶体长大及控制 ………………………………………………………… 钢在冷却时的组织转变 ……………………………………………………………… 概述 ………………………………………………………………………………… 过冷奥氏体等温转变图 ………………………………………………………… 珠光体转变………………………………………………………………………… 马氏体转变………………………………………………………………………… 贝氏体转变………………………………………………………………………… 过冷奥氏体连续冷却转变图及其应用 ……………………………………………… 过冷奥氏体连续冷却转变图的建立 …………………………………………… 图与图的比较 ………………………………………………………… 过冷奥氏体连续冷却转变图的应用 …………………………………………… 钢在回火时的转变……………………………………………………………………… 淬火碳钢回火时转变的分类 …………………………………………………… 碳钢回火时的组织转变过程 …………………………………………………… 回火的各种组织及其力学性能的变化 ………………………………………… 目 录 钢的热处理工艺………………………………………………………………………… 钢的退火与正火…………………………………………………………………… 钢的淬火…………………………………………………………………………… 钢的回火…………………………………………………………………………… 钢的化学热处理…………………………………………………………………… 钢的特种热处理技术 …………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 工业用钢 ……………………………………………………………………………………… 钢中的合金元素及作用 ……………………………………………………………… 合金元素在钢中存在的形式 …………………………………………………… 合金元素对铁碳相图的影响 …………………………………………………… 钢的分类及牌号………………………………………………………………………… 钢的分类…………………………………………………………………………… 钢的牌号…………………………………………………………………………… 工程结构用钢…………………………………………………………………………… 碳素结构钢………………………………………………………………………… 普通低合金结构钢………………………………………………………………… 机械零件用钢…………………………………………………………………………… 调质钢 ……………………………………………………………………………… 渗碳钢 ……………………………………………………………………………… 弹簧钢 ……………………………………………………………………………… 滚动轴承钢………………………………………………………………………… 工具钢 …………………………………………………………………………………… 刃具钢 ……………………………………………………………………………… 模具钢 ……………………………………………………………………………… 量具钢 ……………………………………………………………………………… 特殊性能钢 ……………………………………………………………………………… 不锈钢 ……………………………………………………………………………… 耐热钢 ……………………………………………………………………………… 耐磨钢 ……………………………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 铸铁 ………………………………………………………………………………………… 铸铁的石墨化过程及分类 …………………………………………………………… 铸铁的石墨化过程 ……………………………………………………………… 铸铁的分类 ……………………………………………………………………… 灰口铸铁 ……………………………………………………………………………… 灰口铸铁的化学成分 组织和性能 …………………………………………… 灰口铸铁的牌号和用途 ………………………………………………………… 目 录 影响灰口铸铁组织与性能的因素……………………………………………… 灰口铸铁的孕育处理 …………………………………………………………… 灰口铸铁的热处理 ……………………………………………………………… 球墨铸铁 ……………………………………………………………………………… 球墨铸铁的化学成分 组织和性能 …………………………………………… 球墨铸铁的牌号和用途 ………………………………………………………… 球墨铸铁的热处理 ……………………………………………………………… 蠕墨铸铁 ……………………………………………………………………………… 蠕墨铸铁的化学成分与金相组织……………………………………………… 蠕墨铸铁的牌号 性能与用途 ………………………………………………… 可锻铸铁 ……………………………………………………………………………… 可锻铸铁的化学成分 组织及石墨化退火 …………………………………… 可锻铸铁的牌号 性能及用途 ………………………………………………… 特殊性能铸铁 ………………………………………………………………………… 耐磨铸铁 ………………………………………………………………………… 耐热铸铁 ………………………………………………………………………… 耐蚀铸铁 ………………………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 有色金属合金 ……………………………………………………………………………… 铝及铝合金 …………………………………………………………………………… 纯铝 ……………………………………………………………………………… 铝合金的分类 …………………………………………………………………… 铝及铝合金的强化 ……………………………………………………………… 变形铝合金 ……………………………………………………………………… 铸造铝合金 ……………………………………………………………………… 耐热铝合金 ……………………………………………………………………… 铜及铜合金 …………………………………………………………………………… 纯铜 紫铜 ……………………………………………………………………… 黄铜 ……………………………………………………………………………… 青铜 ……………………………………………………………………………… 钛及钛合金 …………………………………………………………………………… 纯钛 ……………………………………………………………………………… 钛的合金化 ……………………………………………………………………… 工业用钛合金 …………………………………………………………………… 钛合金的热处理 ………………………………………………………………… 习题 …………………………………………………………………………………………… 附 录 …………………………………………………………………………………………… 参考文献 ………………………………………………………………………………………… 金属的晶体结构 金属 金属是由原子 确切地说是离子 以某种聚集状态组成的材料 它具有特殊的性质 高的导 电性和导热性 一般不透明 有金属光泽 一定的强度和韧性 正的电阻温度系数等 上述固态金 属的特性 取决于组成金属的原子结构特点及由此而决定的结合方式 金属键 金属原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的 核外的电子被原子核吸引 各 电子间相互并靠一种离心力保持着与核的距离 不同的电子在一系列轨道或壳层上绕核转 动 内层电子的能量低 最为稳定 最外层的电子能量高 与核结合力弱 最不稳定 金属原子 的结构特点是 其最外层的电子数很少 通常只有 个 由于这些外层电子与原子核的结合力 弱 所以很容易脱离原子核的而变成电子 这些最外层的电子即为价电子 处于聚集状态的金属原子 全部或大部分将它们的价电子贡献出来 为全体所共有 共有化 的电子 称之为电子或电子云 已不再只 围绕 自己的原子核运动 而是与所有的价电子一 起在所有原子核周围着 原子失去电子后则变成正离子 共有化的电子和正离子 以静电引力而结合起来 这种结合方式叫做金属键 它没有饱和性和方向性 图 示意地绘 出了金属键模型 在固态金属中 并非所有原子都变为正离子 只是绝大部分处于正离子状态 仍有少部分原子处于中性原子状态 图 金属键模型示意图 金属的特性 金属主要是由金属键结合而成 根据金属键的本质 可以解释固态金属的一些特性 在外 加电场作用下 金属中的电子能够沿着电场方向定向运动 形成电流 从而显示出良好的导 电性 这种运动为金属所特有 电子的运动和正离子的振动能传递热能 使金属具有良好的 导热性 金属的晶体结构 由于金属键没有饱和性和方向性 所以当金属原子作相对位移时 金属的正离子始终被包围 在电子云中 从而保持着金属键结合 这样 金属就能变形而不断裂 具有塑性 由于金属中的电子很容易吸收可见光的能量 而被激发到较高的能级 当它跳回到原来 的能级时 就把吸收的可见光能量重新辐射出来 从而使金属不透明 具有金属光泽 在外电场作用下 加速运动的电子与偏离平衡的金属正离子发生碰撞 使电子的运 动速度降低 宏观上就表现为电阻 随着温度的升高 离子或原子本身振动的振幅加大 可阻碍 电子的通过 使电阻升高 因而金属具有正的电阻温度系数 金属材料的化学成分不同 其性能也不同 例如金 铜 铝的塑性很好 可以顺利进行压力加 工 甚至可以碾成金属箔 而镁 锑难以进行压力加工 但是对于同一种成分的金属材料 通过不 同的加工处理工艺 改变材料内部的组织结构 也可以使其性能发生极大的变化 由此可以看



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