本書以機械產(chǎn)品常用金屬材料為重點，介紹了各類金屬材料的基本知識、成分和性能特點及影響因素，以及保證和提高材料使用功能的生產(chǎn)、加工、熱處理、表面處理等內容；根據(jù)對典型零件的功能分析和材料在不同工況條件下的使用特征，說明了材料選擇和應用原則；結合典型零件失效分析，討論了失效原因和應采取的對策。
書后以附錄形式為讀者提供了金屬材料方面常用數(shù)據(jù)資料。
本書可供機械產(chǎn)品設計或制造單位的設計、工藝、熱處理及材料采購、檢驗、質量控制等各類人員使用，也可作為科研單位和工科院校金屬材料、機械設計、機械加工等專業(yè)教師、學生的參考資料。
張文華，沈陽水泵廠（退休），熱處理處長 /教授研究員級高級工程師，1966年畢業(yè)于大連工學院（現(xiàn)大連理工大學）金屬材料專業(yè)。
畢業(yè)后在沈陽水泵廠從事泵用金屬材料應用試驗研究及熱處理技術工作。退休前任熱處理處處長、教授研究員級高級工程師。
退休后，先后（或同時）受聘于沈陽水泵廠、上海凱泉泵業(yè)集團、、安徽三聯(lián)泵業(yè)集團、沈陽航發(fā)泵業(yè)公司、沈陽石油設備廠等多家企業(yè)任技術顧問。
畢業(yè)后至今50年來，一直從事于通用機械，特別是泵用金屬材料的相關工作。在通用機械產(chǎn)品使用金屬材料的國內外標準應用、零部件材料的正確選擇、保證和提高材料使用功能應該采取的措施、熱處理、零件失效分析等方面積累一定經(jīng)驗。
多年來在所從事技術領域中，先后完成材料應用試驗研究、技術攻關項目數(shù)十項。參與研制并生產(chǎn)的核電站〈P300反應堆冷卻劑泵〉獲國家機械部科學技術進步一等獎。
第1章金屬材料的相關知識001
1.1概述001
1.2金屬材料的晶體結構001
1.2.1空間點陣和晶格001
1.2.2晶胞001
1.2.3晶系003
1.2.4常用金屬結構類型003
1.2.5實際金屬晶體結構的特點003
1.3金屬的同素異晶轉變005
1.4鐵碳合金中的基本組織005
1.4.1鐵素體005
1.4.2奧氏體005
1.4.3滲碳體006
1.4.4珠光體006
1.4.5萊氏體006
1.4.6貝氏體007
1.4.7馬氏體008
1.4.8索氏體008
1.4.9托氏體(屈氏體)008
1.5鐵碳合金狀態(tài)圖(相圖)009
1.5.1鐵碳合金狀態(tài)圖009
1.5.2合金元素對鐵碳合金狀態(tài)圖的影響011
1.6鋼的結晶和固態(tài)相變013
1.6.1共析鋼013
1.6.2亞共析鋼013
1.6.3過共析鋼014
1.7鋼的過冷奧氏體轉變曲線圖及應用014
1.7.1鋼的等溫轉變及奧氏體等溫轉變曲線(TTT曲線)015
1.7.2鋼的連續(xù)轉變及奧氏體連續(xù)轉變曲線(CCT曲線)016
1.7.3合金元素對過冷奧氏體轉變曲線的影響017
1.8鋼中合金元素的作用018
1.8.1硅(Si)021
1.8.2錳(Mn)021
1.8.3磷(P)021
1.8.4硫(S)022
1.8.5鉻(Cr)022
1.8.6鎳(Ni)022
1.8.7鉬(Mo)023
1.8.8釩(V)023
1.8.9鈦(Ti)023
1.8.10鈮(Nb)024
1.8.11鎢(W)024
1.8.12鋁(Al)024
1.8.13銅(Cu)024
1.8.14硼(B)025
1.8.15鈷(Co)025
1.8.16稀土元素(RE)025
1.8.17氮(N)025
1.8.18氫(H)026
1.8.19氧(O)026
第2章金屬材料的分類、編號、識別及主要特性027
2.1金屬材料的分類027
2.1.1純金屬028
2.1.2合金028
2.1.3黑色金屬及合金029
2.1.4有色金屬及合金029
2.2鋼鐵材料牌號表示方法031
2.2.1中國鋼鐵材料牌號表示方法(GB)032
2.2.2日本鋼鐵材料牌號表示方法(JIS)045
2.2.3韓國鋼鐵材料牌號表示方法(KS)051
2.2.4俄羅斯鋼鐵材料牌號表示方法（ГОСТ）054
2.2.5美國鋼鐵材料牌號表示方法(SAE、AISI、ASTM、UNS、ASI)058
2.2.6德國鋼鐵材料牌號表示方法(DIN)064
2.2.7英國鋼鐵材料牌號表示方法(BS)069
2.2.8法國鋼鐵材料牌號表示方法(NF)073
2.2.9瑞典鋼鐵材料牌號表示方法(SS)076
2.2.10歐洲標準鋼鐵材料牌號表示方法(EN)078
2.2.11國際標準化組織鋼鐵材料牌號表示方法(ISO)079
2.2.12核泵常用鋼鐵材料牌號表示方法083
2.2.13鋼鐵材料的商業(yè)牌號084
2.3有色金屬及合金牌號表示方法084
2.3.1中國有色金屬及合金牌號表示方法(GB)084
2.3.2日本有色金屬及合金牌號表示方法(JIS)087
2.3.3俄羅斯有色金屬及合金牌號表示方法(ГОСТ)088
2.3.4美國有色金屬及合金牌號表示方法(ASTM)089
2.3.5德國有色金屬及合金牌號表示方法(DIN)090
2.3.6英國有色金屬及合金牌號表示方法(BS)092
2.3.7法國有色金屬及合金牌號表示方法(NF)093
2.3.8國際標準化組織有色金屬及合金牌號表示方法(ISO)094
2.3.9歐洲標準化委員會有色金屬及合金牌號表示方法(EN)095
2.4常用金屬材料的特性及用途096
2.4.1普通碳素結構鋼096
2.4.2低合金高強度鋼098
2.4.3優(yōu)質碳素結構鋼101
2.4.4合金結構鋼108
2.4.5彈簧鋼108
2.4.6不銹鋼108
2.4.7耐熱鋼132
2.4.8鑄鋼159
2.4.9非調質鋼177
2.4.10灰鑄鐵179
2.4.11球墨鑄鐵184
2.4.12可鍛鑄鐵187
2.4.13耐蝕鑄鐵190
2.4.14抗磨鑄鐵(含高鉻鑄鐵)194
2.4.15銅及銅合金196
2.4.16鑄造鋁合金220
2.4.17鈦及鈦合金226
2.4.18鑄造軸承合金226
2.4.19耐蝕合金(高鎳合金)240
2.4.20高溫合金241
2.5耐磨用金屬材料261
2.5.1耐磨鑄鐵261
2.5.2耐磨合金鋼263
2.5.3錳系耐磨鋼267
2.6低溫用金屬材料269
2.6.1低溫用鋼269
2.6.2鈦及鈦合金272
2.6.3鋁及鋁合金273
2.6.4鎳基合金274
2.7高溫用金屬材料275
2.8耐腐蝕用金屬材料276
第3章金屬材料的成形知識277
3.1煉鋼277
3.1.1常見的煉鋼方法277
3.1.2鋼冶煉時可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害280
3.2鑄錠（模鑄）282
3.2.1鑄錠工藝方法282
3.2.2鑄錠時可能產(chǎn)生的質量缺陷和危害283
3.3連鑄286
3.3.1連鑄生產(chǎn)特點286
3.3.2連鑄可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害287
3.4鍛造（鍛壓）288
3.4.1鍛造（鍛壓）工藝方法288
3.4.2熱鍛造（鍛壓）加工可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害290
3.4.3鍛后熱處理291
3.5軋制291
3.5.1軋制加工工藝方法291
3.5.2軋制可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害292
3.6拉拔293
3.6.1拉拔加工工藝方法293
3.6.2拉拔可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害293
3.7擠壓294
3.7.1擠壓加工工藝方法294
3.7.2擠壓可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害295
3.8沖壓295
3.8.1沖壓加工工藝方法295
3.8.2沖壓可能產(chǎn)生的質量缺陷及危害296
3.9鑄造296
3.9.1鑄造生產(chǎn)的主要工藝方法分類296
3.9.2鑄造產(chǎn)品的質量及影響因素298
3.10鍛件生產(chǎn)及質量控制299
3.10.1鍛件生產(chǎn)流程299
3.10.2鍛件質量缺陷及檢驗301
3.10.3鍛件的質量控制302
3.11板材生產(chǎn)及質量控制302
3.11.1板材生產(chǎn)流程303
3.11.2軋板質量缺陷和檢驗304
3.11.3軋板的質量控制305
3.12管材生產(chǎn)及質量控制305
3.12.1管材生產(chǎn)流程305
3.12.2管材的質量缺陷和檢驗306
3.12.3鋼管的質量控制307
3.13鑄件生產(chǎn)及質量控制307
3.13.1砂型鑄造鑄件生產(chǎn)流程308
3.13.2鑄件可能產(chǎn)生的缺陷和檢驗309
3.13.3鑄件的質量控制310
第4章金屬材料的性能及影響因素312
4.1金屬材料的力學性能及影響因素312
4.1.1金屬材料的強度312
4.1.2金屬材料的塑性316
4.1.3金屬材料的韌性318
4.1.4金屬材料的斷裂韌性319
4.1.5金屬材料的疲勞性能321
4.1.6金屬材料的耐磨性能323
4.1.7金屬材料的高溫性能329
4.1.8金屬材料的低溫性能332
4.1.9金屬材料的硬度333
4.2金屬材料的耐腐蝕性能及影響因素335
4.2.1腐蝕的基本知識336
4.2.2金屬的鈍化339
4.2.3機械零件（產(chǎn)品）常見腐蝕類型340
4.2.4均勻腐蝕342
4.2.5電偶腐蝕343
4.2.6晶間腐蝕344
4.2.7點腐蝕347
4.2.8縫隙腐蝕350
4.2.9應力腐蝕斷裂354
4.2.10腐蝕疲勞359
4.2.11空泡腐蝕（腐蝕介質中的氣蝕）361
4.2.12沖刷腐蝕和腐蝕磨損364
4.3金屬材料的抗輻照性能366
4.3.1輻照效應的結果367
4.3.2影響材料抗輻照性能的材料因素368
4.4金屬材料的物理性能368
4.4.1比熱容369
4.4.2熱膨脹性369
4.4.3導熱性369
4.4.4熱穩(wěn)定性370
4.4.5密度370
4.4.6熔點370
4.4.7電阻370
4.4.8彈性模量371
4.4.9切變模量371
4.4.10泊松比371
4.5金屬材料的工藝性能371
4.5.1鑄造性能（可鑄性）371
4.5.2鍛壓性能（可鍛壓性）372
4.5.3焊接性能（可焊性）372
4.5.4切削加工性能（可切削性）372
4.5.5熱處理性能（可熱處理性）373
第5章金屬材料的熱處理375
5.1鋼的熱處理原理375
5.1.1鋼加熱（保溫）過程的轉變375
5.1.2奧氏體冷卻過程的轉變376
5.1.3鋼回火時的轉變377
5.1.4鋼的時效強化378
5.2鋼常見的熱處理方法379
5.2.1鋼的均勻化退火379
5.2.2鋼的完全退火380
5.2.3鋼的不完全退火384
5.2.4鋼的等溫退火385
5.2.5鋼的去應力退火385
5.2.6鋼的正火387
5.2.7鋼的淬火388
5.2.8鋼的回火392
5.2.9鋼的調質處理393
5.2.10鋼的冷處理394
5.2.11鋼的固溶處理394
5.2.12鋼的時效（沉淀硬化）處理395
5.2.13鋼的調整處理396
5.2.14鋼的穩(wěn)定化退火處理397
5.2.15不銹鋼的敏化處理397
5.2.16鋼的火焰表面淬火398
5.2.17鋼的感應加熱表面淬火399
5.2.18鋼的激光表面淬火402
5.2.19鋼的真空熱處理403
5.2.20鋼的可控氣氛熱處理404
5.2.21鋼的滲碳405
5.2.22鋼的滲氮407
5.2.23鋼的碳氮共滲411
5.2.24鋼的氮碳共滲412
5.2.25鋼的硫氮碳共滲413
5.2.26鋼的QPQ處理415
5.2.27鋼的滲硼415
5.2.28鋼的滲金屬416
5.3典型金屬材料的熱處理417
5.3.1調質鋼的熱處理417
5.3.2彈簧鋼的熱處理419
5.3.3工具類鋼的熱處理421
5.3.4軸承鋼的熱處理423
5.3.5馬氏體時效鋼的熱處理424
5.3.6鐵素體不銹鋼的熱處理427
5.3.7奧氏體不銹鋼的熱處理430
5.3.8奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的熱處理437
5.3.9馬氏體不銹鋼的熱處理441
5.3.10沉淀硬化不銹鋼的熱處理450
5.3.11耐熱鋼的熱處理455
5.3.12高溫合金的熱處理458
5.3.13耐蝕合金的熱處理461
5.3.14低溫用鋼的熱處理462
5.3.15灰鑄鐵的熱處理463
5.3.16球墨鑄鐵的熱處理464
5.3.17高鉻白口抗磨鑄鐵的熱處理466
5.3.18銅及常用銅合金的熱處理468
5.3.19鋁及鋁合金的熱處理470
5.3.20鈦及鈦合金的熱處理474
第6章金屬材料的表面處理478
6.1堆焊478
6.1.1堆焊材料478
6.1.2堆焊方法480
6.1.3堆焊的質量檢驗和質量控制485
6.2熱噴涂488
6.2.1熱噴涂原理概述489
6.2.2熱噴涂材料489
6.2.3熱噴涂方法、種類及特點490
6.2.4熱噴涂層的選用原則493
6.2.5待噴涂面的制備493
6.2.6熱噴涂層的質量檢驗和質量控制494
6.3電鍍496
6.3.1電鍍的基本知識496
6.3.2電鍍層的分類496
6.3.3電鍍方法的標志(用于緊固件)498
6.3.4鍍前的表面處理501
6.3.5鍍后處理502
6.3.6電鍍層的質量檢驗和質量控制503
6.4鍍硬鉻505
6.4.1鍍鉻層特性505
6.4.2鍍硬鉻的工藝程序及控制505
6.4.3鍍鉻層的質量檢驗和質量控制506
6.4.4核電產(chǎn)品的鍍鉻506
6.4.5鍍硬鉻對疲勞強度的影響506
6.4.6對于其他金屬和合金鍍層的相關說明507
6.5化學鍍509
6.5.1化學鍍的機理及特點509
6.5.2化學鍍鎳用材料509
6.5.3化學鍍鎳層的性能特點及應用510
6.5.4化學鍍層的質量檢驗和質量控制510
6.6磷化510
6.6.1磷化及其作用510
6.6.2磷化液配方的選擇511
6.6.3磷化處理工藝要點512
6.6.4磷化層的質量檢驗和質量控制514
6.6.5磷化工藝的工序安排515
6.7發(fā)藍515
6.7.1發(fā)藍處理及其作用515
6.7.2發(fā)藍溶液的配方及其反應機理515
6.7.3發(fā)藍的工藝流程及控制要點516
6.7.4發(fā)藍的質量檢驗516
6.7.5低溫和常溫發(fā)藍（黑）工藝517
6.7.6發(fā)藍工藝的工序安排517
6.8其他表面處理新技術介紹517
6.8.1氣相沉積技術517
6.8.2高能束技術（激光合金化技術和離子注入技術）518
6.9表面處理的正確選擇和實施519
6.9.1表面處理類型的正確選擇520
6.9.2表面處理工藝的正確實施521
第7章金屬材料的檢驗與試驗523
Ⅰ化學成分檢驗523
7.1金屬材料的化學成分檢驗523
7.1.1常見的分析檢驗方法523
7.1.2取樣和制樣524
7.1.3檢驗分析524
7.1.4結果評定和允許偏差524
Ⅱ力學性能檢驗528
7.2金屬材料的硬度試驗528
7.2.1布氏硬度試驗528
7.2.2錘擊式布氏硬度試驗532
7.2.3洛氏硬度試驗533
7.2.4維氏硬度試驗537
7.2.5肖氏硬度試驗543
7.2.6里氏硬度試驗544
7.2.7鋼鐵硬度與強度的換算關系545
7.3室溫拉伸試驗545
7.3.1靜拉伸試驗原理545
7.3.2試驗設備要求545
7.3.3拉伸試樣制備546
7.3.4拉伸試驗的一般要求及結果評定557
7.4高溫拉伸試驗和低溫拉伸試驗558
7.5室溫沖擊試驗559
7.5.1沖擊試驗原理559
7.5.2試驗設備要求560
7.5.3沖擊試樣制備560
7.5.4沖擊試驗的一般要求和結果評定563
7.6高溫沖擊試驗和低溫沖擊試驗566
7.7金屬材料的磨損試驗567
7.7.1典型的磨損試驗機567
7.7.2磨損結果的測定及表示方法569
7.8力學性能的其他試驗方法569
7.8.1疲勞試驗569
7.8.2壓縮試驗570
7.8.3靜扭轉試驗570
7.8.4剪切試驗570
7.8.5落錘試驗和動態(tài)撕裂試驗571
7.8.6斷裂韌度試驗571
7.8.7高溫強度試驗571
Ⅲ工藝性能試驗572
7.9金屬管的擴口試驗和壓扁試驗572
7.9.1金屬管的擴口試驗572
7.9.2金屬管的壓扁試驗573
Ⅳ腐蝕試驗574
7.10均勻（全面）腐蝕試驗575
7.11不銹鋼的晶間腐蝕試驗576
7.12不銹鋼三氯化鐵點腐蝕試驗581
7.13腐蝕試驗的其他方法582
7.13.1鹽霧腐蝕試驗582
7.13.2不銹鋼縫隙腐蝕試驗583
7.13.3不銹鋼應力腐蝕試驗583
7.13.4電偶腐蝕試驗583
7.13.5點腐蝕電位測量試驗584
7.13.6點腐蝕臨界溫度試驗584
7.13.7腐蝕疲勞試驗584
7.13.8空泡腐蝕試驗584
7.13.9腐蝕磨損試驗584
Ⅴ無損檢驗（檢測）585
7.14滲透檢測（PT）585
7.15磁粉檢測（MT）586
7.16超聲波檢測（UT）587
7.17射線檢測（RT）589
7.18渦流檢測（ET）590
7.19無損檢測的其他方法591
7.19.1聲發(fā)射檢測（AE）591
7.19.2光纖檢測591
7.19.3紅外線檢測（IT）591
Ⅵ宏觀組織缺陷檢驗592
7.20鋼材的酸蝕檢驗592
7.21鋼材的硫印檢驗596
7.22宏觀檢驗的其他方法597
Ⅶ顯微組織檢驗599
7.23金屬基本組織的檢驗與評定599
7.23.1鋼的基本組織檢驗和評定599
7.23.2鑄鐵的基本組織檢驗與評定601
7.23.3有色金屬及合金的組織檢驗602
7.24鋼中非金屬夾雜物的檢驗與評定602
7.25帶狀組織和魏氏組織的檢驗與評定603
7.25.1帶狀組織的檢驗與評定603
7.25.2魏氏組織的檢驗與評定603
7.26奧氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼中α相的檢驗與評定603
7.27鋼的脫碳層深度的檢驗與評定604
7.28鋼的滲氮層的檢驗與評定604
7.29金屬平均晶粒度的檢驗與評定605
7.30金屬表面硬化層深度的檢驗與評定605
第8章材料的采購與驗收607
8.1材料采購技術規(guī)格書（技術條件）607
8.2供貨商的考察、評定和資格認定615
8.3材料（鑄、鍛件）生產(chǎn)過程中的質量監(jiān)控617
8.4采購材料的復驗和驗收619
8.5材料代用619
第9章產(chǎn)品設計的材料選擇625
9.1以力學性能為主的零件選材626
9.2摩擦磨損條件下零件選材628
9.2.1黏著磨損及選材629
9.2.2減摩材料的選用631
9.2.3磨料磨損、沖蝕磨損及選材631
9.2.4汽蝕及選材633
9.3低溫條件下的零件選材634
9.4高溫條件下的零件選材635
9.5腐蝕條件下零件選材636
9.5.1腐蝕介質及腐蝕636
9.5.2影響腐蝕的因素641
9.5.3金屬材料的耐蝕性642
9.5.4腐蝕選材698
9.6核電設備對金屬材料的特殊要求761
9.6.1核環(huán)境的特殊性761
9.6.2核電設備的選材763
第10章典型零件選材、工序質量控制分析和典型零件失效分析766
10.1典型零件選材和工序質量控制分析766
10.1.1主給水泵泵軸766
10.1.2耐腐蝕泵泵軸770
10.1.3海水提升泵葉輪772
10.1.4潛鹵泵葉輪775
10.1.5渣漿泵葉輪777
10.1.6鍋爐給水泵筒體778
10.1.7飛輪780
10.1.8軸套784
10.1.9平衡套786
10.1.10多級泵拉緊螺栓789
10.1.11給水泵主螺栓791
10.1.12雙頭螺栓794
10.1.13主螺母796
10.1.14彈簧799
10.1.15耐腐蝕泵殼體801
10.1.16軸承套圈803
10.2因選材或處理不當引起的零件失效分析805
10.2.1軸斷裂失效分析（一）806
10.2.2軸斷裂失效分析（二）807
10.2.3泵軸脆斷失效隱患分析810
10.2.4葉輪磨蝕失效分析（一）812
10.2.5葉輪磨蝕失效分析（二）813
10.2.6緊固螺栓松弛失效分析814
10.2.7不銹鋼螺柱銹蝕失效分析816
10.2.8螺母裂紋失效分析817
10.2.9泵輪葉片裂紋失效分析819
10.2.10渦輪套裂紋失效分析822
10.2.11輸水管應力腐蝕破裂失效分析825
10.2.12試驗回路管路穿孔失效分析827
附錄829
附錄A縮寫829
A1標準相關縮寫829
A2材料相關縮寫829
A3熔煉及鑄造相關縮寫830
A4鍛壓加工相關縮寫830
A5熱處理及表面（改性）處理相關縮寫830
A6焊接相關縮寫831
A7性能相關縮寫831
A8組織分析相關縮寫832
A9無損檢測相關縮寫832
A10腐蝕相關縮寫832
附錄B術語833
B1金屬材料術語833
B2金屬熔煉術語835
B3鑄造術語836
B4鍛壓加工術語839
B5焊接術語840
B6金屬熱處理術語842
B7力學性能術語845
B8無損檢測術語848
B9金屬腐蝕術語849
附錄C常用數(shù)據(jù)、資料850
C1元素的物理化學性質850
C2常用不銹鋼材料物理化學性質854
C3常用有色金屬材料的密度855
C4溫度換算(攝氏度華氏度)857
C5黑色金屬各種硬度之間的換算861
C6肖氏硬度與洛氏、布氏、維氏硬度的換算862
C7里氏硬度換算863
C8鋼鐵硬度與強度換算表（一）866
C9鋼鐵硬度與強度換算表(二)869
C10力學性能新舊名稱對照表871
C11不同腐蝕速率單位的換算系數(shù)871
C12鑄鐵常用的浸蝕劑872
C13結構鋼與工具鋼常用的侵蝕劑873
C14不銹鋼常用腐蝕試劑874
C15常用電解拋光液的配方、適用范圍及工作參數(shù)876
C16滲層組織常用侵蝕試劑877
C17常用鋼材理論質量的計算方法877
C18鋼材的涂色標記878
參考文獻880
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