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绪论 1

第1篇 金属材料基础 4

1 金属学基础 4

1.1 金属的晶体结构和缺陷 4

1.1.1 纯金属的晶体结构 4

1.1.2 金属的晶体缺陷 8

1.2 金属的结晶 10

1.2.1 纯金属的结晶过程 10

1.2.2 金属铸锭的组织和结构 11

1.2.3 细晶强化与变质处理 12

1.3 金属的塑性变形与再结晶 13

1.3.1 金属塑性变形对金属组织和性能的影响 13

1.3.2 塑性变形金属的加热回复与再结晶 14

1.3.3 金属的热加工 15

1.4 二元合金的相结构和相图 16

1.4.1 合金的相结构 16

1.4.2 二元合金相图的类型和分析 18

习题和思考题 21

2 铁碳合金的结构和相图 22

2.1 Fe-Fe3C合金相图分析 23

2.1.1 铁碳合金相图中的基本相 23

2.1.2 Fe-Fe3C合金相图 23

2.2 典型铁碳合金的结晶过程及组织 24

2.2.1 共析钢 24

2.2.2 亚共析钢 25

2.2.3 过共析钢 26

2.3 铁碳合金性能与成分、组织的关系 27

2.3.1 合金性能与相图的关系 27

2.3.2 Fe-Fe3C合金相图的应用 28

习题和思考题 29

3 钢的热处理和表面改性 30

3.1 钢在热处理时的组织转变 30

3.1.1 钢在加热时的组织转变 31

3.1.2 钢在冷却时的组织转变 32

3.2 钢的热处理工艺对组织和性能的影响 35

3.2.1 钢的退火和正火 35

3.2.2 钢的淬火 36

3.2.3 钢的回火 38

3.3 钢的表面处理强化 39

3.3.1 钢的表面热处理强化 40

3.3.2 钢的化学热处理强化 40

3.3.3 钢的表面处理改性 42

习题和思考题 47

4 钢的合金化对组织和性能的影响 48

4.1 合金元素在钢中的存在形式和作用 48

4.2 合金元素对钢热处理的影响 49

4.2.1 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 49

4.2.2 合金元素对加热和冷却转变的影响 50

4.2.3 合金元素对回火转变的影响 50

4.3 合金元素对钢加工性能的影响 51

4.4 钢中杂质对性能的影响 52

4.5 钢的分类简介 52

4.5.1 碳钢的分类与牌号 52

4.5.2 合金钢的分类 53

习题和思考题 54

第2篇 过程装备用金属材料 54

5 金属材料的主要性能 56

5.1 金属材料的力学性能 56

5.1.1 力学性能 56

5.1.2 服役条件对力学性能的影响 64

5.2 金属材料的加工工艺性能 65

5.2.1 焊接性能 65

5.2.2 铸造性能 68

5.2.3 压力加工性能 68

5.2.4 机加工性能 69

5.2.5 热处理性能 69

5.3 金属材料的物理性能与耐腐蚀性能 69

5.3.1 物理性能 69

5.3.2 耐腐蚀性能 70

习题和思考题 70

6 过程装备失效与材料的关系 72

6.1 金属材料常见失效形式及其判断 72

6.1.1 变形失效 72

6.1.2 断裂失效 74

6.1.3 表面损伤 83

6.2 过程装备及其构件失效的原因和失效分析 86

6.2.1 过程装备及其构件失效的原因 86

6.2.2 失效分析方法简介 87

习题和思考题 88

7 黑色金属及其选用 90

7.1 压力容器用钢 90

7.1.1 压力容器的工况分析 90

7.1.2 压力容器对材料性能的要求 90

7.1.3 压力容器用钢 91

7.2 高温及低温构件用钢 95

7.2.1 高温用钢 95

7.2.2 低温用钢 103

7.3 耐腐蚀构件用钢 108

7.3.1 腐蚀的工况特点 108

7.3.2 合金元素对金属耐蚀性的影响 109

7.3.3 杂质对钢铁耐蚀性的影响 111

7.3.4 碳钢的耐蚀性 113

7.3.5 耐蚀低合金钢 114

7.3.6 耐蚀高合金钢 119

7.3.7 耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢 122

7.4 零部件用钢 126

7.4.1 回转件用钢 126

7.4.2 支撑件用钢及铸铁 129

7.5 管道用钢及铸铁 134

7.5.1 压力管道的工况分析及对材料性能的要求 134

7.5.2 管道用钢及铸铁 134

习题和思考题 135

8 有色金属及其选用 137

8.1 钛及钛合金 137

8.1.1 钛和钛合金的基本性能 137

8.1.2 钛及钛合金的耐蚀性 140

8.1.3 钛在过程装备中的选用 142

8.2 铝及铝合金 142

8.2.1 纯铝的性能 142

8.2.2 铝合金的性能 143

8.2.3 铝合金的加工性能 145

8.2.4 铝及铝合金的耐腐蚀性能 146

8.2.5 铝及铝合金在过程装备中的选用 147

8.3 铜及铜合金 147

8.3.1 纯铜的性能 147

8.3.2 铜合金的性能 148

8.3.3 铜和铜合金在过程装备中的选用 151

8.4 镍和镍合金 154

8.4.1 纯镍的基本性能 154

8.4.2 镍基合金的基本性能 155

8.4.3 镍及其合金在过程装备中的选用 155

8.5 轴承合金 158

8.5.1 轴承合金的性能要求及组织特征 158

8.5.2 锡基和铅基轴承合金 159

8.5.3 铜基轴承合金 161

8.5.4 铝基轴承合金 163

8.5.5 轴承合金在过程装备上的选用 164

习题和思考题 166

9 选材原则和材料数据库、专家系统简介 168

9.1 过程装备材料选用的一般原则 168

9.1.1 使用性能原则 168

9.1.2 加工工艺性能原则 169

9.1.3 经济性原则 169

9.2 工程材料数据库简介 169

9.3 材料选用专家系统简介 171

习题和思考题 173

第3篇 过程装备用非金属材料 173

10 高分子材料基础 176

10.1 高分子材料概述 176

10.1.1 高分子材料的基本概念及分类 176

10.1.2 高分子材料的命名 177

10.2 高分子材料的结构与性能 178

10.2.1 高分子材料组织结构的特点 178

10.2.2 影响高分子材料性能的因素 180

10.2.3 高分子材料的主要性能特点和断裂特点 183

10.3 高分子材料的成型加工 184

10.3.1 塑料的成型加工 184

10.3.2 橡胶的成型加工 189

10.3.3 成型加工方法对高分子材料性能的影响 189

10.4 高分子材料的改性 191

10.4.1 改性目的和方法简介 191

10.4.2 聚合物的共混改性 192

10.4.3 聚合物的填充与增强改性 193

习题和思考题 195

11 高分子材料及其选用 196

11.1 过程装备用高分子材料的选择原则 196

11.1.1 过程装备选用的高分子材料性能特点 196

11.1.2 过程装备对高分子材料的选择原则 197

11.2 常用工程塑料 199

11.2.1 耐腐蚀性塑料 199

11.2.2 耐磨性塑料 205

11.2.3 耐热工程塑料 208

11.2.4 其他 211

11.3 橡胶及热塑性弹性体 212

11.3.1 橡胶的性能和用途 212

11.3.2 耐磨橡胶 213

11.3.3 耐腐蚀橡胶 214

11.3.4 耐油橡胶 215

11.3.5 耐热橡胶 215

11.3.6 热塑性弹性体的性能和用途 217

11.4 热固性塑料 218

习题和思考题 219

12 无机非金属材料 220

12.1 无机非金属材料基本特性 220

12.1.1 无机非金属材料的定义与分类 220

12.1.2 无机非金属材料的组成与结构 220

12.1.3 无机非金属材料的基本性能 224

12.2 过程装备用无机非金属材料的性能特点及应用 225

12.2.1 化工陶瓷 225

12.2.2 特种陶瓷 226

12.2.3 玻璃 230

12.2.4 化工搪瓷 231

12.2.5 隔热耐火材料 232

12.2.6 石墨材料 235

习题和思考题 238

13 复合材料 239

13.1 复合增强理论及增强体材料 239

13.1.1 复合增强理论简介 239

13.1.2 增强体材料 241

13.1.3 复合材料的性能特点 241

13.2 树脂基复合材料（玻璃钢） 242

13.2.1 玻璃钢的组成材料 243

13.2.2 玻璃钢的制备方法 244

13.2.3 玻璃钢的性能特点和应用 246

13.3 金属基复合材料 248

13.3.1 金属基复合材料制备方法 248

13.3.2 金属基复合材料的特性 248

13.4 陶瓷基复合材料 250

13.4.1 陶瓷基复合材料制备方法 250

13.4.2 陶瓷基复合材料的特性 250

习题和思考题 251

参考文献 253

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