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页数:218

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出版时间:2009-8

价格:30.00元

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isbn号码:9787111275640

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《金属材料基础知识与应用》 图书简介 本书是一本系统介绍金属材料基础知识、性能、分类、加工工艺及典型应用的高等教育通用教材。内容紧密结合当前金属材料科学与工程领域的前沿进展，并充分考虑了材料应用的多样性和复杂性，旨在为读者构建扎实的金属材料理论体系，并培养解决实际工程问题的能力。全书共分为十五章，内容循序渐进，结构清晰，图文并茂，深入浅出，力求使读者在理解理论知识的同时，也能深刻体会材料特性在实际工程中的重要作用。 第一章 金属的原子结构与晶体结构 本章将从微观层面出发，深入探讨金属材料的本质。首先，我们将回顾元素周期表，了解金属元素的构成及其在周期表中的位置，进而介绍原子结构的基本概念，包括原子核、电子层、电子云等。在此基础上，重点阐述金属原子之间的化学键——金属键的形成机制、特点及其对金属宏观性能的影响。随后，将详细介绍晶体结构的概念，包括晶格、基元、晶向、晶面等。特别地，我们将重点讲解最常见的金属晶体结构——面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密排六方（HCP）结构的原子排列方式、密排面和密排方向，以及它们对材料塑性变形能力的决定性作用。此外，本章还将介绍非晶态金属（金属玻璃）的结构特点，并探讨晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的存在形式、形成原因及其对材料力学性能、扩散行为等的影响。通过本章的学习，读者将能理解金属材料宏观性能的微观根源。 第二章 金属的相图与相变 相图是理解和控制金属材料组织与性能的关键工具。本章将系统介绍二元合金相图的基本原理，包括纯组元相图、固溶体、化合物、共晶、共析、包晶等典型相变类型。我们将详细讲解如何读取和分析相图，如何根据相图预测在不同温度和成分下合金的相组成和组织状态。在此基础上，，将深入探讨固态相变的过程，包括形核与长大的理论，以及相变的驱动力与动力学。重点介绍退火、正火、淬火、回火等热处理工艺的原理，以及这些工艺如何通过控制相变过程来优化金属材料的性能。此外，还将简要介绍三元相图的表示方法及应用前景。 第三章 金属的力学性能 力学性能是评价金属材料能否胜任工程应用的首要指标。本章将全面介绍金属材料的主要力学性能，包括强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性（伸长率、断面收缩率）、硬度、韧性（冲击韧性）、疲劳强度和蠕变。我们将详细讲解这些性能的测试方法，如拉伸试验、硬度试验、冲击试验、疲劳试验和蠕变试验，并分析测试结果的意义。重点阐述应力-应变曲线的各个阶段及其代表的意义，以及影响金属材料力学性能的各种因素，包括化学成分、微观组织、晶粒尺寸、缺陷类型及分布，以及加工和热处理工艺。同时，本章还将介绍断裂力学的一些基本概念，如裂纹扩展的条件、断裂韧度等，为理解材料的可靠性提供理论基础。 第四章 金属的物理性能 除了力学性能，金属材料的物理性能也对工程应用至关重要。本章将系统介绍金属材料的典型物理性能，包括密度、导电性、导热性、热膨胀系数、磁性、电化学性能等。我们将解释这些性能的微观起源，例如电子在金属中的运动对导电性和导热性的影响，原子热振动对热膨胀的影响，以及电子自旋对磁性的贡献。针对每种物理性能，将介绍其主要的测量方法和相关的评价指标。同时，还将列举不同金属材料在该性能方面的典型值，并分析其在不同应用场景下的优势和局限性。例如，在电子电器领域，优良的导电性和导热性是铜及其合金的重要应用基础；在航空航天领域，低密度和合适的线膨胀系数则是铝合金和钛合金的关键优势。 第五章 钢铁材料（一）：黑色金属的分类与性能 钢铁是人类最重要的金属材料，其产量和应用范围最为广泛。本章将系统介绍钢铁材料的分类，重点聚焦于黑色金属。我们将详细介绍碳素钢和合金钢的基本概念、化学成分范围以及它们在冶金工业中的重要地位。对于碳素钢，将根据其含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，并详细阐述不同含碳量对钢的强度、塑性、硬度和热处理性能的影响。对于合金钢，将介绍合金元素（如硅、锰、铬、镍、钼、钒、钨等）的加入对钢的性能产生的显著影响，包括提高强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性等，并介绍常见合金钢的牌号和应用领域。本章还将简要介绍铸铁的分类（灰铸铁、球墨铸铁、白口铸铁、可锻铸铁）及其特点。 第六章 钢铁材料（二）：热处理与表面强化 热处理是改善钢铁材料性能的根本手段。本章将深入讲解钢铁材料的主要热处理工艺。我们将详细介绍退火（退火、再结晶退火、完全退火、不完全退火、球化退火）、正火、淬火（水淬、油淬、空气淬）、回火（低温回火、中温回火、高温回火）等基本工艺的原理、操作要点及对组织和性能的影响。着重分析淬火时奥氏体向马氏体的转变机理，以及回火过程中碳化物析出和转变对韧性恢复的影响。此外，本章还将介绍表面强化技术，包括感应淬火、火焰淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗、离子氮化等，并分析这些技术如何通过改变材料表层组织来获得高硬度、高耐磨性，而保持心部良好的韧性。 第七章 铝及铝合金 铝及铝合金因其轻质、高强度、优良的耐蚀性、良好的导电导热性和易加工性，在航空航天、汽车、建筑、包装等领域得到广泛应用。本章将介绍铝的基体特性，以及各种合金元素（如铜、硅、镁、锌、锰等）对铝的强化机理和性能的影响。我们将详细介绍铝合金的主要分类，包括铸造铝合金和变形铝合金。对于变形铝合金，将重点介绍其牌号体系（如1XXX、2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX、7XXX系列）及其代表性的牌号，并详细阐述不同系列铝合金的性能特点、热处理方式（如固溶处理、时效处理）和主要应用领域。对于铸造铝合金，将介绍常见的牌号及其在铸件生产中的应用。 第八章 铜及铜合金 铜及其合金以其优异的导电性、导热性、耐蚀性、良好的塑性和加工性而成为重要的工程材料。本章将介绍纯铜的性能特点，并重点阐述合金元素（如锌、锡、镍、铝、硅、铍等）对铜的强化机理及性能的影响。我们将详细介绍黄铜、青铜、白铜、铝青铜、铍青铜等主要铜合金的组成、性能特点、热处理工艺及典型应用。例如，黄铜因其良好的强度和加工性广泛应用于制造阀门、管件；青铜因其优异的耐磨性和耐蚀性而常用于制造轴承、齿轮；白铜则因其优良的耐蚀性和装饰性而用于制造仪器仪表、装饰品。 第九章 钛及钛合金 钛及其合金以其密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀性极佳等优异性能，在航空航天、医疗器械、化工等领域具有不可替代的地位。本章将介绍钛的特性，并重点阐述不同合金元素（如铝、钒、钼、锡、锆等）对钛的强化机理及性能的影响。我们将详细介绍钛合金的主要分类，包括α型、近α型、α+β型、β型钛合金，并分析不同类型钛合金的组织特点、性能优势及相应的热处理工艺。例如，α+β型钛合金兼具α型和β型钛合金的优点，具有良好的综合性能，是应用最广泛的一类。本章还将介绍钛合金的焊接性、加工性以及在特种应用领域的潜力。 第十章 其他重要金属材料 除了上述常见的金属材料，本章将介绍一些在特定领域具有重要作用的其他金属材料。我们将介绍镁合金，分析其超轻特性、强度、加工性以及在汽车、航空航天、消费电子等领域的应用前景。我们将介绍耐热合金，讲解其在高温环境下的优异性能，以及在航空发动机、燃气轮机等关键设备中的应用。我们将介绍贵金属（如金、银、铂），介绍其独特的化学稳定性和物理特性，以及在电子、珠宝、催化剂等领域的应用。此外，还将简要介绍一些功能材料，如形状记忆合金、超塑性材料等，展示金属材料在不断发展的新兴技术中的作用。 第十一章 金属材料的腐蚀与防护 金属材料在服役环境中常常面临腐蚀的挑战，导致材料性能下降甚至失效。本章将系统介绍金属腐蚀的基本原理、腐蚀类型（如电化学腐蚀、化学腐蚀）及其影响因素。我们将详细分析金属的电化学腐蚀过程，包括阳极反应、阴极反应和电解质溶液的作用。重点介绍常见金属的腐蚀行为，如钢铁的锈蚀、铝合金的氧化腐蚀、铜合金的氯化物腐蚀等。在此基础上，本章将详细介绍各种金属防腐蚀技术，包括：物理防护（涂层、电镀、搪瓷等）、化学防护（钝化、缓蚀剂等）、电化学防护（牺牲阳极法、外加电流法）以及材料选择等。通过本章的学习，读者将能够认识到腐蚀的危害，并掌握有效的防腐蚀策略。 第十二章 金属材料的连接技术 工程结构中，金属材料的连接是不可或缺的环节。本章将详细介绍金属材料的各种连接技术。我们将详细介绍焊接技术，包括电弧焊（手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳保护焊）、气焊、电阻焊（点焊、缝焊）、激光焊等，分析不同焊接方法的原理、优缺点及适用范围。我们将介绍钎焊技术，包括钎焊和铜焊，讲解其与焊接的区别和应用。此外，还将介绍螺纹连接、铆接、粘接等机械连接和化学连接方式，并分析各种连接方式的强度、可靠性、经济性和适用性。 第十三章 金属材料的加工与成形 金属材料的性能与其加工与成形过程密切相关。本章将介绍金属材料的主要加工与成形方法。我们将详细介绍压力加工，包括锻造（自由锻、模锻）、轧制、挤压、拉拔等，分析这些工艺对材料组织和性能的影响。我们将介绍铸造工艺，包括砂型铸造、金属型铸造、压铸、离心铸造等，介绍不同铸造方法的原理、特点及应用。我们将介绍切削加工，包括车削、铣削、钻削、磨削等，分析切削参数对加工精度和表面质量的影响。此外，还将介绍金属的粉末冶金工艺，以及3D打印等新兴的增材制造技术。 第十四章 金属材料的无损检测 无损检测（NDT）技术是确保金属构件质量、判断材料内部缺陷的重要手段。本章将详细介绍金属材料的各种无损检测方法。我们将重点介绍射线检测（X射线、γ射线）、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等常用方法。针对每种检测方法，将详细讲解其工作原理、检测对象、优缺点及适用范围，并提供典型的检测图像或信号，帮助读者理解如何通过检测结果来判断材料的内部缺陷。本章旨在培养读者对无损检测技术的认识，并了解其在质量控制中的关键作用。 第十五章 金属材料的未来发展趋势 本章将展望金属材料领域未来的发展趋势，激发读者的创新思维。我们将探讨新型金属材料的研发，例如高性能轻合金、高熵合金、形状记忆合金、智能金属材料等。我们将关注材料的绿色制造与可持续发展，如节能环保的冶金工艺、废旧金属的回收利用等。同时，还将介绍先进的计算材料学方法，如第一性原理计算、分子动力学模拟、机器学习等在材料设计与性能预测中的应用。最后，将展望金属材料在新能源、生物医学、信息技术等战略性新兴产业中的广阔应用前景，鼓励读者积极投身于金属材料科学与工程的研究与实践。

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