具体描述
《金属材料及热处理(第4版)》是为高等职业技术学校和高等专科学校的材料、机制及相近专业编写的教材。《金属材料及热处理(第4版)》在编写过程中充分突出了职业技术教育的特点，在内容安排上尽量选择与生产实践相关的题材。《金属材料及热处理(第4版)》主要讲授金属学、金属材料及热处理方面的基本知识，并介绍了机械工业常用非金属材料。内容包括金属材料的性能、常见金属的晶体结构与结晶、金属的塑性变形与再结晶、合金的结构与结晶、铁碳合金相图和碳钢、钢的热处理、合金结构钢、特殊性能钢、工具钢、粉末冶金与硬质合金、铸铁、非铁金属、非金属材料、纳米材料简介、机械零件的毛坯选择与质量检验。为加深理解和学用结合，每章都附有思考题和习题。
《金属材料及热处理(第4版)》可作为高等职业技术教育和高等专科学校的材料成形、焊接以及机械制造类专业教材，也可作为成人大专、职工培训和继续教育教材，并可供工程技术人员参考。
《金属材料与热处理》是一本严谨而深入的学术著作，其内容聚焦于金属材料的微观结构、性能演变及其在各种热处理工艺下的响应。本书旨在为读者构建一个全面而系统的金属材料科学基础，并深刻理解热处理作为一种重要的材料改性手段，如何精准调控金属的内在品质。 第一部分：金属材料的基础理论 本书的首要部分将带领读者走进金属世界的微观维度。我们将从原子键合的本质出发，解析金属晶体结构的形成，重点阐述面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密排六方（HCP）等基本晶格类型，以及它们的结构特点、原子堆积方式和滑移系的差异，这将直接关联到金属的塑性变形能力。 紧接着，我们将深入探讨晶体缺陷，这是理解金属宏观性能的关键。位错（刃位错、螺位错）的形成、运动和交互作用是塑性变形和强化的核心机制，本书将详细解析它们的 Burgers 矢量、滑移方向和滑移面，以及在不同应力作用下的行为。同时，我们还将关注点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）以及面缺陷（晶界、畴界）对材料性能的影响，包括扩散、相变和强度等方面。 固溶体是合金形成的重要基石。本书将区分并详细阐述间隙固溶体和取代固溶体，并基于相图原理，讲解固溶度极限、相律等概念。理解固溶强化机制，即溶质原子对位错运动的阻碍作用，是掌握合金强化的基础。 晶粒组织是影响金属性能的另一关键因素。本书将系统介绍晶粒的形状、尺寸和取向，以及它们如何通过晶界对材料的强度、韧性、塑性和疲劳性能产生重要影响。晶界强化（Hall-Petch 效应）将是重点讲解的内容，阐述减小晶粒尺寸如何提高材料的屈服强度。 第二部分：相变与相图 相变是金属材料性能发生根本性改变的重要过程。本书将从热力学角度出发，解释相变的驱动力，包括自由能的变化。我们将重点关注扩散型相变和无扩散型相变（马氏体相变）。 对于扩散型相变，本书将深入剖析原子扩散的机制，包括空位机制、间隙机制和取代机制，并介绍 Fick 定律及其应用，用于预测和控制扩散速率。这将为理解退火、正火等过程中的组织演变奠定基础。 马氏体相变作为一种重要的无扩散型相变，将在本书中得到详尽阐述。我们将讲解马氏体转变的切变机制，描述马氏体相的形态（板条状、片状）以及其对材料硬度和脆性的影响。理解马氏体相变的动力学和转变温度（Ms, Mf），对于钢的淬火工艺至关重要。 相图是指导合金设计和热处理的重要工具。本书将系统介绍二元合金相图的构成要素，包括相区、共晶点、共析点、包晶点等，并详细讲解各种相图类型（如连续固溶体相图、部分固溶体相图、化合物相图）的判读方法。我们将重点解析相律，即 Gibbs 相律，并应用它来分析给定温度和成分下的平衡相组成。 第三部分：热处理工艺原理与实践 本书的第三部分将聚焦于各种金属材料的热处理工艺，深入解析其背后的科学原理和实际操作要点。 退火 (Annealing): 退火是用于消除材料内应力、改善塑性、细化晶粒、均匀组织和消除脆性的热处理工艺。本书将详细介绍不同类型的退火，包括： 完全退火 (Full Annealing): 针对中碳钢和高碳钢，在相变温度以上进行加热，保温后缓慢冷却，旨在获得均匀的珠光体和铁素体组织，以提高塑性和韧性。 不完全退火 (Process Annealing): 针对低碳钢，在相变温度以下进行加热，以消除加工硬化，恢复塑性，但不会发生显著的相转变。 球化退火 (Spheroidizing Annealing): 针对高碳钢，将渗碳体细片或网状组织转变为球状颗粒，以大幅提高塑性和降低硬度，便于后续加工。 等温退火 (Isothermal Annealing): 将材料加热到奥氏体化温度后，快速冷却到某一温度下保温一段时间，使组织转变完全，然后再冷却到室温。这种方法可以更精确地控制组织和性能。 扩散退火 (Diffusion Annealing): 用于降低合金的成分不均匀性，通过长时间高温保温，使元素在固相中发生扩散，实现成分均匀化。 正火 (Normalizing): 正火是将钢加热到相变温度以上，保温后在空气中冷却的热处理工艺。与退火相比，正火的冷却速度稍快，获得的组织晶粒更细，性能更优。本书将深入分析正火对钢的强度、硬度和韧性的影响，以及它在改善切削加工性能方面的作用。 淬火 (Quenching): 淬火是使钢快速冷却到相变温度以下，以获得马氏体等硬质组织的热处理工艺，是提高钢硬度和强度的关键。本书将详细讲解： 淬火介质: 如水、油、聚合物水溶液等，以及不同介质的冷却能力对淬火组织和性能的影响。 淬火临界冷却速度: 解释了获得马氏体所必需的最低冷却速度，并介绍其在实际应用中的意义。 过冷奥氏体转变动力学: 结合 TTT 图 (Time-Temperature-Transformation) 和 CCT 图 (Continuous-Cooling-Transformation)，深入分析钢在不同冷却速率下可能形成的组织，包括珠光体、贝氏体和马氏体。 淬火应力与变形: 阐述淬火过程中产生的应力以及由此引起的变形，并介绍抑制变形的措施。 回火 (Tempering): 回火是在淬火后，将钢重新加热到相变温度以下，保温一段时间后冷却的热处理工艺，用于降低淬火脆性，恢复材料的韧性，并根据不同回火温度获得不同的性能。本书将重点讲解： 回火温度与组织性能的关系: 详细阐述低温回火、中温回火和高温回火所获得的组织（如回火马氏体、回火贝氏体、回火索氏体、回火球墨铁素体），以及它们对材料硬度、强度、韧性和塑性的影响。 回火脆性: 深入分析可逆回火脆性和不可逆回火脆性的产生机理，以及如何避免。 回火工艺: 介绍回火过程中的加热速率、保温时间和冷却速率对回火效果的影响。 渗碳 (Carburizing)、氮化 (Nitriding) 和碳氮共渗 (Carbonitriding): 这些表面热处理工艺旨在提高工件表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时保持心部的韧性。本书将详细阐述： 渗碳: 在富碳气氛中加热，使碳原子渗入钢表面，然后进行淬火和回火，形成高碳渗层。 氮化: 在富氮气氛中加热，使氮原子渗入钢表面，形成氮化物，提高表面硬度和耐磨性。 碳氮共渗: 同时渗入碳和氮，结合了渗碳和氮化的优点。 感应加热淬火 (Induction Hardening) 和火焰加热淬火 (Flame Hardening): 这两种表面淬火方法具有加热速度快、局部加热、热影响区小等优点。本书将介绍其工作原理、设备要求以及适用范围。 时效处理 (Aging Treatment): 对于某些合金（如铝合金、铜合金、不锈钢），时效处理是获得高强度和优良综合性能的关键。本书将深入解析： 过饱和固溶体的析出强化: 解释在过饱和固溶体中，过饱和溶质原子通过扩散形成新的沉淀相，从而阻碍位错运动，提高强度。 自然时效和人工时效: 区分不同温度和时间下的时效处理。 时效曲线: 分析时效过程中强度和塑性的变化趋势。 第四部分：常用金属材料的组织与性能 本书的最后部分将结合前述的理论和工艺，系统介绍几种常用金属材料在不同热处理状态下的组织特点和性能表现。 钢铁材料: 碳素钢: 详细分析不同碳含量下碳素钢的组织（铁素体、珠光体、莱氏体、渗碳体）及其在退火、正火、淬火和回火后的性能变化。 合金钢: 介绍常用合金元素（如锰、硅、铬、钼、镍、钒等）对钢的相变、淬透性、回火稳定性和综合性能的影响。重点讲解合金钢在淬火和回火后的组织特点和性能优势。 不锈钢: 介绍奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢的组织特点、耐腐蚀性以及相应的热处理工艺。 铸铁: 简要介绍灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的组织和性能特点，以及它们相关的热处理工艺。 有色金属材料: 铝合金: 详细介绍铝合金（如 duralumin, 锻铝等）的固溶强化和时效强化机理，以及它们在不同热处理状态下的性能变化，包括强度、塑性、韧性和耐蚀性。 铜合金: 介绍黄铜、青铜等铜合金的固溶强化和加工硬化，以及某些特殊铜合金的热处理方法。 镁合金、钛合金等: 简要介绍这些高性能金属材料的组织特点和关键热处理工艺。 本书的编写力求严谨、系统、清晰，辅以大量的图表和实例，旨在为读者提供一个扎实的金属材料科学知识体系，并能够灵活运用热处理工艺来解决实际工程问题。阅读本书，您将能够深刻理解金属材料为何如此表现，以及如何通过精妙的热处理技术，赋予它们卓越的性能。
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