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第1篇 金属材料及热处理1

1 绪论1

1.1 按材料的化学组成分类1

1.2 按材料的使用性能分类2

1.3 “工程材料”课程概述2

习题3

2 金属材料的性能4

2.1 金属的力学性能4

2.1.1 强度和塑性4

2.1.2 硬度9

2.1.3 冲击韧性15

2.1.4 疲劳强度17

2.2 材料的物理、化学及工艺性能19

2.2.1 材料的物理性能19

2.2.2 材料的化学性能20

2.2.3 材料的工艺性能20

习题21

3 金属材料的结构与组织22

3.1 纯金属的结构与组织22

3.1.1 理想金属晶体结构23

3.1.2 实际金属晶体结构24

3.1.3 纯金属的结晶组织26

3.2 合金的晶体结构30

3.2.1 纯金属的结构30

3.2.2 合金的结构30

习题32

4 铁碳合金及其相图33

4.1 铁碳合金的结构33

4.1.1 纯铁的同素异构转变33

4.1.2 铁碳合金的基本相33

4.1.3 铁碳合金的生成相34

4.2 铁碳合金的组织35

4.2.1 铁碳合金相图35

4.2.2 铁碳合金的结晶过程分析及组织37

4.3 铁碳合金成分、组织与性能之间的关系42

4.3.1 铁碳合金成分对其组织的影响42

4.3.2 铁碳合金成分对其力学性能的影响42

4.4 铁碳合金相图的应用44

习题45

5 钢的热处理47

5.1 钢的热处理概述47

5.2 钢在加热时的组织转变47

5.2.1 加热温度47

5.2.2 转变过程47

5.2.3 奥氏体晶粒长大及其控制措施49

5.3 钢在冷却时的组织转变51

5.3.1 过冷奥氏体等温冷却转变52

5.3.2 奥氏体冷却时的转变产物及其性能53

5.3.3 过冷奥氏体连续冷却转变57

5.4 钢的退火与正火58

5.4.1 钢的退火58

5.4.2 钢的正火61

5.5 钢的淬火与回火63

5.5.1 钢的淬火63

5.5.2 钢的回火68

习题71

6 工业用钢72

6.1 碳钢的成分及分类72

6.1.1 碳钢的成分72

6.1.2 碳钢的分类72

6.2 碳钢成分与其组织、性能的关系73

6.2.1 平衡状态下碳钢成分与组织、性能的关系73

6.2.2 热处理状态下碳钢成分与组织、性能的关系73

6.3 常用碳钢的牌号、性能及应用74

6.3.1 普通碳素结构钢74

6.3.2 优质碳素结构钢75

6.3.3 碳素工具钢77

6.3.4 铸造碳钢78

6.4 合金钢的成分、组织、性能及应用79

6.4.1 合金钢的成分79

6.4.2 合金钢的组织80

6.4.3 合金钢的性能及应用83

6.5 合金钢的分类84

6.6 合金结构钢84

6.6.1 低合金高强度钢84

6.6.2 合金渗碳钢85

6.6.3 合金调质钢87

6.6.4 合金弹簧钢90

6.6.5 滚动轴承钢90

6.6.6 易切削钢92

6.7 合金工具钢93

6.7.1 合金刃具钢93

6.7.2 合金模具钢96

6.7.3 合金量具钢99

6.8 特殊性能钢99

6.8.1 不锈钢99

6.8.2 耐热钢102

6.8.3 耐磨钢102

习题104

第2篇 冶金物理化学105

7 冶金原理105

7.1 冶金行业概况105

7.2 金属的分类105

7.3 金属冶炼技术106

7.3.1 钢铁冶炼107

7.3.2 铝冶炼110

7.3.3 锌冶炼111

7.3.4 锡冶炼113

7.3.5 铜冶炼113

习题115

8 冶金过程的热现象116

8.1 热力学基本概念116

8.1.1 系统与环境116

8.1.2 性质116

8.1.3 状态116

8.1.4 过程与途径117

8.1.5 状态函数117

8.1.6 内能118

8.1.7 热和功118

8.2 热力学第一定律120

8.2.1 热力学第一定律的概念120

8.2.2 热力学第一定律的应用120

8.3 冶金过程的热计算122

8.3.1 恒压热与恒容热122

8.3.2 显热与潜热124

8.3.3 热容125

8.3.4 化学反应的热效应129

习题135

9 冶金过程的方向和限度136

9.1 自发过程的方向与限度136

9.2 热力学第二定律137

9.3 自由能138

9.3.1 亥姆霍兹自由能138

9.3.2 吉布斯自由能139

9.3.3 吉布斯自由能变化与亥姆霍兹自由能变化的计算140

9.3.4 吉布斯自由能的计算140

9.3.5 压力、浓度对吉布斯自由能的影响143

9.4 多相化学反应的等温方程式144

9.4.1 平衡常数144

9.4.2 化学反应等温方程式的应用144

9.4.3 影响平衡的因素147

9.5 氧化物的标准生成吉布斯自由能与分解压148

9.5.1 氧化物的标准生成吉布斯自由能148

9.5.2 氧化物的分解压148

9.5.3 氧化物标准生成吉布斯自由能与温度的关系图150

习题153

10 溶液154

10.1 溶液的定义154

10.2 拉乌尔定律和亨利定律154

10.2.1 拉乌尔定律154

10.2.2 亨利定律155

10.2.3 稀溶液的依数性157

10.3 分配定律与萃取159

10.3.1 分配定律159

10.3.2 萃取159

10.4 理想溶液160

10.4.1 理想溶液的定义160

10.4.2 理想溶液的热力学函数161

10.4.3 理想溶液的化学平衡162

10.5 实际溶液、活度及其标准状态162

10.5.1 实际溶液对理想溶液的偏差162

10.5.2 活度163

10.5.3 活度的标准状态165

习题166

11 表面性质167

11.1 表面张力和表面能167

11.2 影响表面张力的因素168

11.3 附加压力169

11.3.1 附加压力的定义169

11.3.2 曲界面两侧压力差与曲率半径的关系170

11.3.3 附加压力的应用170

11.4 润湿现象171

11.4.1 润湿现象和润湿角171

11.4.2 固体表面的吸附作用172

11.4.3 表面活性剂172

11.4.4 表面活性剂在固－液界面的吸附作用174

11.4.5 胶束理论174

11.4.6 表面活性剂的增溶作用及其影响因素175

习题176

12 冶金过程反应速率177

12.1 冶金过程化学反应速率与热力学的关系177

12.2 化学反应速率表示法177

12.2.1 平均反应速率177

12.2.2 瞬时反应速率177

12.3 基元反应及化学反应速率方程178

12.3.1 基元反应178

12.3.2 化学反应速率方程178

12.4 具有简单级数的反应179

12.4.1 一级反应179

12.4.2 二级反应180

12.4.3 三级反应181

12.4.4 零级反应182

12.4.5 n级反应182

12.5 温度对反应速率的影响——阿累尼乌斯公式183

12.6 活化能184

12.6.1 活化能的定义184

12.6.2 活化能与温度的关系184

12.6.3 活化能的求算185

习题186

第3篇 冶金热工基础187

13 气体力学原理187

13.1 气体的主要物理性质187

13.1.1 气体的温度187

13.1.2 气体的压力188

13.1.3 气体的体积189

13.1.4 气体的密度191

13.1.5 气体的重度192

13.1.6 阿基米德原理192

13.2 气体平衡方程式193

13.2.1 气体绝对压力的变化规律193

13.2.2 气体表压力的变化规律194

13.3 气体流动的动力学基础195

13.3.1 气体流动的状态195

13.3.2 运动气体的连续方程式199

13.3.3 气体的能量202

13.4 压头损失206

13.4.1 摩擦阻力损失206

13.4.2 局部阻力损失207

13.4.3 负位压头引起的压头损失207

13.4.4 气体通过管束时的压头损失208

13.4.5 气体通过散料层的压头损失208

13.4.6 减少总压头损失的措施209

13.5 烟囱209

13.5.1 烟囱的工作原理209

13.5.2 烟囱的计算210

习题213

14 燃料及燃烧214

14.1 燃料概述214

14.2 燃料的化学组成及特性214

14.2.1 固体和液体燃料的化学组成214

14.2.2 固体燃料的主要特性215

14.2.3 液体燃料的特性216

14.2.4 气体燃料的化学组成217

14.3 燃料燃烧计算217

14.3.1 理论空气需要量217

14.3.2 实际空气需要量与过剩空气系数218

14.3.3 固体和液体燃料的烟气量219

14.4 燃烧温度220

14.4.1 燃烧温度的基本概念220

14.4.2 影响理论燃烧温度的因素221

14.4.3 过剩空气系数的检测计算221

14.5 气体旋转射流221

14.6 燃烧反应速度和NOx的生成221

14.6.1 燃烧反应速度221

14.6.2 影响燃烧反应速度的因素222

14.6.3 燃烧过程中NOx的生成222

14.7 气体的自然着火222

习题223

15 传热原理224

15.1 传热方式225

15.2 传热的基本方程226

15.3 传热的公式226

15.3.1 傅里叶导热定律226

15.3.2 传导传热227

15.3.3 对流传热231

15.3.4 辐射传热232

15.3.5 综合传热233

习题234

16 耐火材料235

16.1 冶金炉耐火材料的破坏方式及选用原则235

16.1.1 冶金炉耐火材料的破坏方式235

16.1.2 冶金炉耐火材料的选用原则236

16.2 铝冶炼用耐火材料236

16.3 钢铁冶炼用耐火材料237

16.3.1 高炉用耐火材料237

16.3.2 转炉用耐火材料239

16.3.3 电炉用耐火材料240

16.3.4 炉外精炼用耐火材料241

16.4 连铸用耐火材料242

16.5 轧钢用耐火材料242

16.5.1 均热炉用耐火材料242

16.5.2 加热炉用耐火材料243

16.6 炼铜用耐火材料243

16.7 炼锌用耐火材料244

习题245

参考文献246