金属工艺学 机械工程材料

绪论……………………………………… 1

一、我国材料工业发展概况 1

二、工程材料在机械制造业中的作用与地位 1

目 录 1

三、机械工程材料课的主要内容 2

四、本课程的特点和学习方法 2

第一章金属的机械性能 3

§1-1强度和塑性 3

一、强度 3

§1-2硬度 5

二、塑性 5

一、布氏硬度 6

二、洛氏硬度 7

三、维氏硬度 8

§1-3 冲击韧性 8

一、摆锤式一次冲击试验 9

二、多次冲击试验的概念 10

§1-4疲劳的概念 10

一、硬度实验 11

§1-5实验一金属的机械性能 11

思考题与练习题 14

二、一次冲击韧性实验 14

第二章金属的晶体结构与结晶 16

§2-1 金属的晶体结构 16

一、晶体与非晶体 16

二、晶体结构的基本知识 16

三、常见金属的晶格类型 17

四、晶格的致密度 18

一、多晶体结构 19

§2-2金属的实际晶体结构 19

二、晶体中的缺陷 20

§2-3纯金属的结晶 22

一、纯金属的冷却曲线和过冷现象 22

二、金属的结晶过程 23

三、晶粒大小对金属机械性能的影响 24

四、细化晶粒的方法 25

§2-4金属的同素异晶转变 26

思考题与练习题 27

§3-1金属塑性变形简介 28

§3-2加工硬化 28

一、加工硬化现象 28

第三章加工硬化与再结晶 28

二、产生加工硬化的原因 29

三、加工硬化在生产中的利弊 29

§3-3 回复与再结晶 30

一、回复 30

二、再结晶 30

三、晶粒长大 31

§3-4热加工与冷加工的概念 32

思考题与练习题 33

二、组元 34

四、相 34

三、系 34

五、组织 34

一、合金 34

§4-1合金的基本概念 34

第四章二元合金状态图 34

§4-2合金的结构 35

一、固溶体 35

二、金属化合物 37

三、机械混合物 38

§4-3二元合金状态图 39

一、二元合金状态图的建立 39

二、共晶状态图 40

三、匀晶状态图 43

四、共析状态图 44

思考题与练习题 44

第五章铁碳合金状态图 46

§5-1 铁碳合金的基本组织 46

一、铁素体 46

二、奥氏体 47

三、渗碳体 47

四、珠光体 47

二、铁碳合金状态图分析 48

一、简化的铁碳合金状态图 48

§5-2铁碳合金状态图分析 48

五、莱氏体 48

§5-3钢的结晶过程 50

一、共析钢的结晶过程 50

二、亚共析钢的结晶过程 50

三、过共析钢的结晶过程 50

§5-4 合金成分、组织、性能之间的关系和铁碳合金状态图的应用 52

一、碳的质量分数对平衡组织的影响 52

二、碳的质量分数对机械性能的影响 53

三、铁碳合金状态图的应用 53

§5-5课堂讨论铁碳合金状态图 54

一、讨论目的 54

二、讨论题 54

三、讨论方法（仅供参考） 54

§5-6 实验二铁碳合金平衡组织的观察 55

一、实验目的 55

二、铁碳合金在平衡状态下的组织特征 55

四、实验步骤 56

三、实验设备及材料 56

五、实验报告要求 57

附一金相显微镜的使用 57

附二金相试样的制备 59

思考题与练习题 61

第六章碳钢 63

§6-1钢铁生产 63

一、炼铁 63

二、炼钢 63

二、锰的影响 65

三、硫的影响 65

§6-2钢中常存杂质元素的影响 65

一、硅的影响 65

四、磷的影响 66

§6-3碳钢的分类、钢号与应用范围 66

一、碳钢的分类 66

二、碳素结构钢 67

三、碳素工具钢 68

四、铸造碳钢 70

思考题与练习题 71

第七章钢的热处理 72

§7-1概述 72

§7-2钢在加热时的组织转变 72

一、奥氏体的形成 73

二、影响奥氏体形成的因素 74

三、奥氏体晶粒长大及控制 74

§7-3钢在冷却时的组织转变 75

一、过冷奥氏体的等温转变 76

二、过冷奥氏体的连续冷却转变 79

三、马氏体的组织形态和性能特点 80

§7-4钢的退火与正火 82

一、退火 82

二、正火 84

三、退火与正火的选择 84

§7-5钢的淬火与回火 85

一、淬火 85

二、回火 89

三、钢的淬透性 92

一、钢的表面淬火 95

§7-6钢的表面热处理 95

二、钢的化学热处理 97

§7-7其它热处理工艺简介 101

一、形变热处理 101

二、真空热处理 102

三、可控气氛热处理 103

四、激光热处理 103

三、讨论方法（仅供参考） 104

一、实验目的 104

§7-9实验三钢的热处理 104

§7-8课堂讨论钢的热处理 104

二、讨论题目 104

一、讨论目的 104

二、热处理工艺的确定 105

三、实验设备及材料 106

四、实验步骤 106

思考题与练习题 107

五、实验报告要求（格式可由学生自行设计） 107

第八章合金钢 110

§8-1合金钢的分类与编号 110

一、合金钢的分类 110

二、合金钢的编号 110

§8-2合金元素在钢中的作用 111

一、合金元素与铁的作用 111

二、合金元素与碳的作用 111

三、合金元素对铁碳合金状态图的影响 112

四、合金元素对钢热处理组织转变的影响 113

§8-3合金结构钢 115

一、普通低合金结构钢（简称普低钢） 115

二、合金渗碳钢 116

三、合金调质钢 118

四、合金弹簧钢 120

五、滚动轴承钢 122

六、其它结构钢 125

§8-4合金工具钢 128

一、合金刃具钢 129

二、合金模具钢 131

三、量具钢 137

§8-5特殊性能钢 137

一、不锈钢 137

二、耐热钢 138

三、耐磨钢 140

三、讨论方法（仅供参考） 141

二、讨论题 141

一、讨论目的 141

§8-6课堂讨论合金钢 141

思考题与练习题 142

第九章铸铁 143

§9-1概述 143

一、铸铁的特点 143

二、铸铁的分类 143

§9-2铸铁的石墨化及其影响因素 144

一、铁碳合金双重状态图 144

三、影响石墨化的因素 145

二、石墨化过程 145

§9-3灰铸铁 146

一、灰铸铁的成分、组织和性能 146

二、灰铸铁的孕育处理 148

三、灰铸铁的牌号和用途 148

四、灰铸铁的热处理 149

§9-4可锻铸铁 150

一、可锻铸铁的成分、组织和性能 150

二、可锻铸铁的牌号和用途 151

§9-5蠕墨铸铁 152

§9-6球墨铸铁 152

一、球墨铸铁的成分、组织和性能 152

二、球墨铸铁的牌号和用途 154

三、球墨铸铁的热处理 154

§9-7合金铸铁简介 155

一、耐磨铸铁 155

二、耐热铸铁 155

一、实验目的 157

§9-8实验四 常见铸铁组织的观察 157

三、耐蚀铸铁 157

二、概述 158

三、实验设备及材料 158

四、实验内容 158

五、实验报告要求 159

思考题与练习题 159

一、纯铝的性质、代号和用途 160

二、铝合金的分类 160

§10-1铝及铝合金 160

第十章非铁金属及其合金 160

三、铝合金的热处理——淬火与时效 161

四、形变铝合金 162

五、铸造铝合金 165

§10-2铜及铜合金 166

一、纯铜 166

二、铜合金 166

§10-3滑动轴承合金 171

一、对轴承合金性能和组织的要求 171

三、常用的轴承合金 172

二、轴承合金的组织 172

思考题与练习题 175

第十一章粉末冶金材料 176

§11-1 概述 176

一、粉末冶金工艺简介 176

二、粉末冶金的特点与应用 176

§11-2粉末冶金减摩材料 177

一、含油轴承材料 177

二、金属塑料减摩材料 178

§11-3粉末冶金铁基结构材料 178

§11-4硬质合金 179

一、硬质合金的特点 179

二、硬质合金的分类 179

三、硬质合金的用途 180

思考题与练习题 182

§12-1 高分子化合物的基本知识 183

一、基本概念 183

第十二章非金属材料 183

二、高分子化合物的合成 184

三、高分子材料的分类与命名 185

§12-2工程塑料 186

一、塑料的组成及分类 186

二、工程塑料的性能 188

三、常用工程塑料 188

四、塑料的成型 191

五、塑料制品的加工 192

六、工程塑料的选用 193

§12-3 橡胶 195

一、橡胶的组成 195

二、橡胶的性能 196

三、常用橡胶及其性能 197

§12-4 陶瓷 198

一、陶瓷的性能 198

二、常用陶瓷材料及其应用 199

一、复合材料的分类 200

二、复合材料的性能 200

§12-5复合材料 200

三、常用复合材料及其应用 201

思考题与练习题 202

第十三章 典型零件和工具的选材及工 203

艺路线分析 203

§13-1选用材料的一般原则 203

一、材料的使用性能 203

二、材料的工艺性能 205

一、变形失效 207

二、断裂失效 207

§13-2零件和工具的失效方式 207

三、材料的经济性 207

三、表面损伤失效 208

§13-热处理的技术条件、工序位置和结构工艺性 209

一、热处理的技术条件 209

二、热处理工序的合理安排 211

三、热处理零件的结构工艺性 212

四、热处理与切削加工性的关系 213

一、齿轮 214

§13-4典型零件的选材及工艺分析 214

二、轴类 216

§13-5典型工具的选材及工艺分析 218

一、刃具——手用丝锥 218

二、模具——冷变形模具 219

§13-6 习题课 222

一、生产实例 222

二、习题 226

思考题与练习题 226

附表一压痕直径与布氏硬度对照表 228

附表 228

附表二维氏硬度换算表（载荷5kgf） 232

附表三黑色金属硬度及强度换算表 234

（GB1172—74） 234

附表四 常用结构钢退火及正火工艺规范 237

附表五 常用工具钢退火与正火工艺规范 238

附表六 常用钢材回火温度与硬度对照表 239

附表七国内外常用钢钢号对照表 240