金属材料与热处理

　　本书从高职高专学生的学习特点和认知规律出发，将工程应用的金属材料、模具材料及热处理有机结合起来。以任务驱动为抓手，以金属材料选用、热处理工艺制定为主线，从生产一线选择大量真实图片、表格、典型案例、练习题，结合金属材料在工程上的实际应用与技能要求，提炼优化10个大项内容，即认识并掌握金属材料基本性能、认识并应用金属材料的晶体结构与结晶、掌握并运用铁碳合金相图、掌握钢的热处理工艺与应用、熟悉并正确选用碳素钢、掌握常用合金钢的性能与应用、掌握常用铸铁性能与应用、合理选用非铁金属及其合金、金属材料工程选用、了解工程前沿新材料。本书可作为高职高专院校机械设计与制造、模具设计与制造、数控加工、计算机辅助设计与制造、机电一体化等专业的学生教材，也可作为中等职业技术学校机械类专业学生的教材，还可供生产一线在职机械设计人员查阅与技术工人培训使用。

暂缺《金属材料与热处理》作者简介

课题一认识并掌握金属材料基本性能1
任务一认识金属材料1
1.材料的历史与发展1
2.材料的分类4
3.金属材料的应用5
任务二了解钢铁材料的生产过程5
1.熟悉炼铁原理与过程5
2.熟悉炼钢原理与过程7
3.认识钢的浇注与最终产品8
任务三掌握金属材料的物理与化学性能9
1.掌握金属材料物理性能与应用10
2.掌握金属材料化学性能与应用12
任务四掌握并能测量金属材料的力学性能12
1.认知并理解载荷、变形、内力、应力、刚度的概念13
2.金属材料强度与塑性及其测定13
3.金属材料的硬度及其测试方法15
4.金属材料的韧性及其测试20
5.金属材料的疲劳强度及其测试21
任务五掌握金属材料的工艺性能22
1.掌握金属铸造性能及其影响因素22
2.掌握金属压力加工性能及影响因素23
3.掌握金属焊接性能及其影响因素23
4.认识金属切削加工工艺性能及其影响因素24
5.了解热处理工艺性能及其影响因素24
思考与练习25
课题二认识并应用金属材料的晶体结构与结晶28
任务一认识纯金属的晶体结构与缺陷28
1.认识晶体与非晶体28
2.掌握金属的晶体结构及类型28
3.认识金属的实际晶体结构与缺陷30
任务二掌握纯金属的结晶与应用32
1.认识过冷曲线与过冷度32
2.熟悉金属的结晶过程33
3.掌握金属晶粒大小对力学性能的影响33
4.了解细化晶粒的方法34
任务三认识并理解二元合金的晶体结构与结晶34
1.理解合金、组元、相与组织的概念35
2.掌握合金的晶体结构35
3.掌握合金的结晶过程及二元合金相图测定36
4.会分析二元合金匀晶相图37
5.会分析二元共晶相图 38
6.了解合金的力学性能与相图的关系38
任务四认识并应用金属塑性变形与再结晶39
1.认知金属的塑性变形39
2.理解并应用回复、再结晶和晶粒长大的特性41
任务五掌握并应用金属的热变形加工43
1.掌握金属材料冷热加工的区别与应用43
2.熟悉热变形加工的特点43
3.会选择金属冷热加工44
思考与练习44
课题三掌握并运用铁碳合金相图46
任务一认识铁碳合金基本组织46
1.了解纯铁的同素异构转变46
2.认识铁碳合金的基本相46
3.认识铁碳合金的基本组织（多相组织）48
任务二读懂铁碳合金相图49
1.铁碳合金的相图49
2.简化的铁碳合金相图分析49
任务三熟悉铁碳合金结晶过程及其组织51
1.共析钢（wC=0.77% Ⅰ号合金）的结晶过程分析52
2.亚共析钢（wC=0.45%，Ⅱ号合金）的结晶过程分析52
3.过共析钢（wC=1.2%，Ⅲ号合金）的结晶过程分析52
4.共晶白口铸铁（wC=4.3％，Ⅳ号合金）结晶过程分析53
5.亚共晶白口铸铁（wC=3.0％，Ⅴ号合金）的结晶过程分析54
6．过共晶白口铸铁（wC=5.0％，Ⅵ号合金）的结晶过程分析54
任务四掌握铁碳合金相图在工业生产中的应用55
1.掌握铁碳合金含碳量对平衡组织及性能的影响55
2.了解铁碳合金相图在工业生产中的应用56
思考与练习57
课题四掌握钢的热处理工艺与生产应用59
任务一掌握钢在加热时的组织转变59
1.了解热处理基本情况与热处理工艺曲线59
2.认识钢在加热时的组织转变61
任务二掌握钢在冷却时的组织转变63
1.了解碳钢冷却方式对其性能的影响63
2.认识过冷奥氏体等温转变图并能分析转变产物的性能64
3.了解过冷奥氏体的连续冷却转变66
任务三掌握并应用钢的退火与正火工艺67
1.熟练掌握并应用退火工艺67
2.熟练掌握并应用正火工艺69
任务四掌握并应用钢的淬火工艺70
1.熟练掌握并应用钢的淬火70
2.熟悉钢的淬火方法72
3.认识钢的淬透性与淬硬性73
4.避免淬火缺陷的产生及预防措施73
5.了解淬火前的准备和装炉方法74
任务五掌握并应用钢的回火工艺76
1.认识回火过程中的组织转变76
2.掌握回火方法及其应用76
任务六掌握并应用钢的表面热处理与化学热处理78
1.掌握钢的表面热处理与应用78
2.掌握钢的表面化学热处理80
3.了解气相沉积与应用83
任务七了解热处理新技术84
1.了解形变热处理与应用84
2.了解真空热处理与应用85
3.了解可控气氛热处理85
4.了解激光热处理85
5.了解电子束淬火86
任务八掌握热处理工艺制订86
1.熟悉热处理技术条件86
2.了解热处理工艺代号86
3.熟悉热处理工序位置安排88
任务九了解金属表面防腐与防护方法89
1.熟悉金属表面化学氧化处理89
2.了解电镀技术90
3.熟悉镀铬工艺91
4.熟悉镀锌工艺92
5.了解电刷镀工艺93
思考与练习94
课题五熟悉并正确选用碳素钢99
任务一掌握碳素钢的分类方法99
1.熟悉钢中常存元素对其性能的影响99
2.掌握碳素钢的分类方法100
任务二认识并能正确选用碳素结构钢101
1.掌握常用的普通碳素结构钢的牌号与选用101
2.掌握常用的优质碳素结构钢的牌号与选用103
任务三认识并会选用碳素工具钢104
1.掌握碳素工具钢命名与牌号105
2.熟悉碳素工具钢的成分、性能和用途105
任务四了解其他专用优质碳素钢的牌号和应用106
思考与练习107
课题六掌握常用合金钢的性能与应用109
任务一掌握合金元素在钢中的作用及合金钢的分类109
1.掌握合金元素在钢中的作用109
2.熟悉合金钢的分类110
任务二掌握常用低合金钢的牌号与应用111
1.掌握低合金钢的牌号与命名112
2.熟悉低合金高强度结构钢的种类与应用112
3.了解低合金耐候钢112
4.了解低合金专业用钢113
任务三掌握常用合金结构钢的牌号与应用114
1.掌握合金结构钢的牌号114
2.熟悉机械零件常用的合金结构钢114
任务四掌握合金工具钢的牌号与应用119
1.掌握合金工具钢的牌号119
2.熟悉合金工具钢的应用119
任务五掌握制造量具及刃具的低合金工具钢性能与应用120
任务六掌握高速工具钢的牌号与选用121
1.了解高速工具钢的牌号121
2.了解高速工具钢的特性121
3.熟悉高速工具钢的锻造与热处理121
4.了解高速工具钢的应用123
任务七了解滚动轴承钢的性能与应用124
1.了解滚动轴承钢的牌号与性能124
2.熟悉滚动轴承钢的热处理与应用124
任务八了解常用特殊性能钢与应用125
1.了解不锈钢的性能与应用125
2.了解耐热钢的性能与应用127
3.了解特殊物理性能钢性能与应用128
4.了解低温钢的性能与应用129
5.了解铸造合金钢的种类与应用129
思考与练习129
课题七掌握常用铸铁的性能与应用132
任务一掌握铸铁的分类与通用性能132
1.熟悉铸铁的分类132
2.掌握铸铁的组织与性能132
3.了解铸铁的石墨化及影响因素133
任务二掌握灰铸铁的性能与用途134
1.熟悉灰铸铁的化学成分、显微组织和性能134
2.掌握灰铸铁的牌号及用途135
3.掌握灰铸铁的热处理135
任务三掌握可锻铸铁的性能与用途136
1.掌握可锻铸铁的组织与性能136
2.掌握可锻铸铁的牌号及用途137
任务四掌握球墨铸铁的性能与用途138
1.掌握球墨铸铁的组织与性能138
2.掌握球墨铸铁的牌号及用途139
3.掌握球墨铸铁的热处理工艺与应用140
任务五掌握蠕墨铸铁的性能与用途140
1.掌握蠕墨铸铁的组织与性能140
2.掌握蠕墨铸铁的牌号及用途141
思考与练习142
课题八合理选用非铁金属及其合金144
任务一掌握铝及其合金的性能与应用144
1.掌握纯铝的性能、牌号及用途144
2.掌握铝合金的性能、牌号及用途145
任务二掌握铜及其合金性能与应用148
1.掌握工业纯铜的性能、牌号及用途149
2.掌握常用铜合金的性能与应用150
任务三掌握锌及锌合金的性能与应用154
1.熟悉锌的基本性质154
2.掌握锌合金的基本特性154
3.了解锌合金的牌号、性能和用途154
任务四了解钛及钛合金的性能与选用155
1.熟悉纯钛的性能、牌号及用途155
2.了解钛合金性能与应用156
任务五了解轴承合金的性能与选用157
1.熟悉滑动轴承合金的性能157
2.了解常用滑动轴承合金的用途157
任务六了解粉末冶金的特点与制造过程158
1.了解粉末冶金生产过程158
2.熟悉粉末冶金的特点159
3.掌握粉末冶金的应用159
任务七熟悉硬质合金的特点与应用160
1.了解硬质合金生产过程160
2.掌握硬质合金的性能特点与应用160
3.了解硬质合金的分类、代号161
4.了解钢结硬质合金性能与应用164
思考与练习165
课题九掌握金属材料的工程选用168
任务一认识金属材料的失效形式和预防措施168
1.认识金属材料的失效形式及预防措施168
2.理解失效的基本影响因素170
任务二熟悉金属材料选用的原则与程序171
1.熟悉金属材料选用原则171
2.能把握金属材料选用程序172
任务三正确选用制造机械传动轴的材料并制订热处理工艺173
1.熟悉轴类零件需要的性能指标173
2.能根据传动轴受力情况进行选材173
3.能正确选用机床主轴材料及热处理工艺制定174
4.能正确选用内燃机曲轴材料及热处理工艺制定175
任务四正确选用齿轮类零件材料并制订热处理工艺176
1.熟悉齿轮的工作条件、主要失效形式及性能要求176
2.能正确选用机床齿轮材料并制订热处理工艺177
3.能正确选用汽车、拖拉机齿轮材料及热处理工艺制定178
任务五正确选用箱体类零件材料179
任务六正确选用冷作模具材料并制订热处理工艺180
1.熟悉冷作模具对材料性能要求181
2.熟悉冷作模具材料种类与热处理工艺181
3.能根据冲压件种类选用冷作模具材料183
任务七正确选用热作模具材料并制订热处理工艺185
1.熟悉热作模具的工作条件与要求185
2.熟悉压铸模材料选用186
3.熟悉热锻模材料选用187
任务八正确选用塑料模具材料并制订热处理工艺190
1.了解塑料模具的分类与失效形式190
2.了解塑料模具材料的性能要求191
3.能正确选用塑料模具材料并制订热处理工艺191
思考与练习200
课题十了解工程前沿新材料的特点与应用（选学）204
任务一了解新型高温材料的特点与应用204
1.了解高温合金分类与应用205
2.了解高温陶瓷材料的性能与应用206
任务二了解形状记忆材料的特点与应用206
1.了解形状记忆合金的性能207
2.了解形状记忆陶瓷的特性208
3.了解形状记忆高分子材料性能208
4.了解形状记忆合金的应用209
任务三了解非晶态合金材料的特点与应用211
任务四了解超导材料的特点与应用212
1.了解超导材料分类213
2.了解超导材料的应用214
任务五了解纳米材料的特点与应用215
1.理解纳米材料的定义及分类215
2.了解纳米材料的结构与性能215
3.了解纳米材料的应用216
任务六了解功能材料的特点与应用217
1.了解功能材料的分类217
2.了解功能材料的性能特点和用途218
思考与练习221
思考与练习答案汇总222
附录228
附录一国内外常用模具钢号对照表（近似）228
附录二压痕直径与布氏硬度对照表229
附录三钢铁材料硬度与强度换算表230
附录四常用热处理工艺及代号（GB/T12603—2005）231
参考文献233