فصل اول: تولد تصادفی یک آلیاژ بی‌نام

مقدمه......................................................................................................................................... ۲۷

۱-۱. نقاط عطف در فناوری...................................................................................................... ۳۱

۱-۱-۱. داستان فولاد ابزار جدید........................................................................................ ۳۲

۱-۱-۲. سه سال بعد از پرواز برادران رایت....................................................................... ۳۳

۱-۱-۳. کشف شگفت انگیز دکتر ویلم............................................................................... ۳۵

۱-۱-۴. هنری فورد و خودروی معروفش........................................................................... ۳۸

۱-۱-۵. فولاد زنگ نزن....................................................................................................... ۳۸

۱-۲. دوره نوآوری..................................................................................................................... ۴۰

۱-۲-۱. فولاد های تندبر و فولادهای ابزار اولیه................................................................. ۴۱

۱-۳. جدول زمانی برخی از تحولات در اوایل قرن ۲۰ام.......................................................... ۴۵

۱-۴. نوآوری مداوم مواد............................................................................................................ ۴۹

فصل دوم: ساختار فلزات و آلیاژها

مقدمه......................................................................................................................................... ۵۳

۲-۱. ساختمان اتم..................................................................................................................... ۵۴

۲-۲. پیوند میان اتم‌ها................................................................................................................ ۵۸

۲-۲-۱. پیوند واندروالسی و پیوند هیدروژنی..................................................................... ۶۰

۲-۲-۲. پیوند فلزی.............................................................................................................. ۶۱

۲-۲-۳. پیوند یونی.............................................................................................................. ۶۳

۲-۲-۴. پیوند کووالانسی..................................................................................................... ۶۴

۲-۲-۵. پیوند ثانویه یا واندروالسی...................................................................................... ۶۵

۲-۳. ساختارهای بلوری و عیوب در آن‌ها................................................................................. ۶۶

۲-۳-۱. شبکه فضایی و سیستم‌های بلوری......................................................................... ۶۶

۲-۳-۲. عیوب کریستالی و تغییر شکل پلاستیک................................................................ ۷۰

۲-۴. ساختار بلوری فلز............................................................................................................. ۷۸

۲-۴-۱. سیستم مکعبی وجوه مرکز پر(fcc)....................................................................... ۷۹

۲-۴-۲. سیستم مرکز پر ( bcc).......................................................................................... ۸۶

۲-۵. نفوذ.................................................................................................................................. ۸۹

۲-۵-۱. عملیات حرارتی و نفوذ.......................................................................................... ۹۲

۲-۶. محلول‌های جامد............................................................................................................... ۹۳

۲-۶-۱. محلول‌هاى جامد جانشین...................................................................................... ۹۴

۲-۶-۲. محلول‌های جامد بین نشین.................................................................................... ۹۵

۲-۷. آلوتروپی آهن.................................................................................................................... ۹۹

۲-۸. ذوب............................................................................................................................... ۱۰۲

۲-۹. ساختار های انجماد........................................................................................................ ۱۰۶

۲-۹-۱. ساختار ماکرو........................................................................................................ ۱۰۸

۲-۹-۲. ساختار مقیاس میانی............................................................................................ ۱۰۸

۲-۹-۳. ریز ساختارها........................................................................................................ ۱۰۹

۲-۹-۴. ساختارهای مقیاس اتمی ( مقیاس نانو)............................................................... ۱۱۰

۲-۱۰. استفاده از نمودارهای فازی تعادل................................................................................ ۱۱۰

۲-۱۰-۱. قانون فاز گیبس................................................................................................. ۱۱۱

۲-۱۱. ترمودینامیک شیمیایی.................................................................................................. ۱۱۲

۲-۱۱-۱. آنتالپی و ظرفیت حرارتی.................................................................................. ۱۱۲

۲-۱۱-۲. تعادل شیمیایی و انرژی آزاد گیبس.................................................................. ۱۱۳

۲-۱۲. استحاله‌های فازی......................................................................................................... ۱۱۴

۲-۱۲-۱. قانون اهرم.......................................................................................................... ۱۱۵

فصل سوم: خواص مکانیکی و مکانیزم‌های استحکام بخشی

مقدمه....................................................................................................................................... ۱۱۹

۳-۱.خواص مکانیکی............................................................................................................. ۱۱۹

۳-۱-۱. الاستیسیته............................................................................................................. ۱۲۴

۳-۱-۲. پلاستیسیته............................................................................................................ ۱۲۶

۳-۱-۳. تغییر فرم خزشی.................................................................................................. ۱۳۵

۳-۱-۴. خستگی................................................................................................................ ۱۳۷

۳-۱-۵. چقرمگی............................................................................................................... ۱۳۹

۳-۱-۶. سختی................................................................................................................... ۱۴۰

۳-۲. مکانیزم های استحکام بخشی......................................................................................... ۱۴۰

۳-۲-۱. استحکام بخشی محلول جامد.............................................................................. ۱۴۱

۳-۲-۲. استحکام بخشی محلول جامد آهن و فولادها...................................................... ۱۴۲

۳-۲-۳. اثر اندازه دانه....................................................................................................... ۱۴۳

۳-۲-۴. ضعیف شدن مرزدانه‌ها........................................................................................ ۱۴۶

۳-۲-۵. کار سرد................................................................................................................ ۱۴۷

۳-۲-۶. آنیل....................................................................................................................... ۱۴۸

۳-۳. پارامترهای کرنش سختی................................................................................................ ۱۵۰

۳-۳-۱.کرنش سختی در آلومینیوم خالص صنعتی........................................................... ۱۵۳

۳-۳-۲. معمای دکتر ویلم ( پیرسختی)............................................................................. ۱۵۵

۳-۳-۳. مثال هایی از سایر آلیاژهای رسوب (پیر) سختی پذیر آلومینیوم......................... ۱۵۹

۳-۴. سایر مکانیزم های استحکام بخشی مهم.......................................................................... ۱۶۰

۳-۴-۱. سخت سازی توزیعی............................................................................................ ۱۶۰

۳-۴-۲. سخت سازی تشکیل مارتنزیتی............................................................................ ۱۶۴

فصل چهارم: کشف فلزات- مروری تاریخی

مقدمه....................................................................................................................................... ۱۶۷

۴-۱. فلزات بومی.................................................................................................................... ۱۶۸

۴-۲.عصر برنز........................................................................................................................ ۱۷۱

۴-۳.تولید فلزات – عملیات استخراج..................................................................................... ۱۷۳

۴-۳-۱. آهن....................................................................................................................... ۱۷۶

۴-۴. کشف فلزات مدرن......................................................................................................... ۱۸۲

۴-۴-۱. بریلیم.................................................................................................................... ۱۸۲

۴-۴-۲. کادمیم................................................................................................................... ۱۸۳

۴-۴-۳.کروم....................................................................................................................... ۱۸۳

۴-۴-۴. مولیبدن................................................................................................................. ۱۸۳

۴-۴-۵. تنگستن................................................................................................................. ۱۸۴

۴-۴-۶. وانادیم.................................................................................................................. ۱۸۴

۴-۴-۷.منیزیم..................................................................................................................... ۱۸۴

۴-۴-۸.تیتانیم..................................................................................................................... ۱۸۵

۴-۴-۹. ایریدیوم، ردیم، پالادیم و پلاتین و طلا............................................................... ۱۸۵

۴-۴-۱۰. آلومینیوم............................................................................................................. ۱۸۵

۴-۵. تصفیه فلزات.................................................................................................................. ۱۸۶

فصل پنجم: تولید آلیاژ مدرن

مقدمه....................................................................................................................................... ۱۹۱

۵-۱. اثر آلیاژی شدن بر انجماد............................................................................................... ۱۹۴

۵-۱-۱. انجماد فلزات خالص........................................................................................... ۱۹۴

۵-۱-۲. انجماد آلیاژها....................................................................................................... ۱۹۶

۵-۲ . ساختار انجمادی........................................................................................................... ۱۹۹

۵-۳ .کوره‌های ذوب................................................................................................................ ۲۰۸

۵-۳-۱. کوره‌های قوس الکتریکی..................................................................................... ۲۱۱

۵-۳-۲. کوره‌های القایی..................................................................................................... ۲۱۳

۵-۳-۳. ذوب القایی در خلاء (Vacuum induction melting)................................ ۲۱۴

۵-۳-۴. کوره‌های بوته دار................................................................................................. ۲۱۶

۵-۳-۵. سایر کوره‌ها ‌........................................................................................................ ۲۲۰

۵-۴. ریخته‌گری محصول اولیه................................................................................................ ۲۲۳

۵-۴-۱. ریخته‌گری تک باره  شمش................................................................................. ۲۲۴

۵-۴-۲. روش‌های ریخته‌گری مداوم................................................................................. ۲۲۵

۵-۵. ریخته‌گری صنعتی (کارخانه ای).................................................................................... ۲۲۸

۵-۵-۱. ریخته‌گری با قالب‌های یک بار مصرف ماسه ای................................................. ۲۲۹

۵-۵-۲. ریخته‌گری با قالب های مصرفی (یک بارمصرف) Expenduble :.................. ۲۲۹

۵-۵-۳. ریخته‌گری با قالب دائم ‌...................................................................................... ۲۳۲

۵-۵-۴. ریخته‌گری تحت فشار Die casting................................................................. ۲۳۳

۵-۵-۵. ریخته‌گری آلیاژهای غیرآهنی............................................................................... ۲۳۵

۵-۵-۶. آلیاژهای ریخته‌گری آلومینیوم.............................................................................. ۲۳۶

۵-۶. آلیاژهای آلومینیوم – مس – سیلیسیم‌............................................................................. ۲۳۹

۵-۶-۱. آلیاژهای ریخته‌گری مس...................................................................................... ۲۴۱

۵-۶-۲. آلیاژهای ریخته‌گری منیزیم.................................................................................. ۲۴۳

۵-۶-۳. آلیاژهای ریخته‌گری روی..................................................................................... ۲۴۶

۵-۷. متالورژی پودر................................................................................................................ ۲۴۷

۵-۷-۱. اتمیزه کردن با آب............................................................................................... ۲۵۰

۵-۷-۲. اتمیزه با گاز......................................................................................................... ۲۵۱

فصل ششم: ساخت و پرداخت محصولات فلزی

مقدمه....................................................................................................................................... ۲۵۷

۶-۱. فرآیندهای شکل‌دهی...................................................................................................... ۲۵۹

۶-۱-۱. تجهیزات شکل‌دهی فلز....................................................................................... ۲۶۱

۶-۲. کارخانه های تولید اولیه.................................................................................................. ۲۶۵

۶-۳. آهنگری.......................................................................................................................... ۲۷۰

۶-۳-۱. آهنگری قالب باز.................................................................................................. ۲۷۲

۶-۳-۲. آهنگری قالب بسته............................................................................................... ۲۷۳

۶-۳-۳. آهنگری نوردی.................................................................................................... ۲۷۵

۶-۳-۴. آهنگری شعاعی.................................................................................................... ۲۷۷

۶-۴. کشش و روزن رانی........................................................................................................ ۲۸۱

۶-۵. شکل‌دهی....................................................................................................................... ۲۸۳

۶-۵-۱. خم‌کاری میله و تیوب........................................................................................... ۲۸۶

۶-۵-۲. خم‌کاری ورقه‌ای.................................................................................................. ۲۸۹

۶-۵-۳. شکل‌دهی چرخشی.............................................................................................. ۲۹۱

۶-۶. متالورژی پودر................................................................................................................ ۲۹۳

۶-۷. فرآیندهای زدایش ماده................................................................................................... ۲۹۶

۶-۷-۱. راهبردهای پیوستگی سطحی برای فرآیندهای سایشی....................................... ۳۰۱

۶-۷-۲. راهبردهای صافی سطحی برای عملیات برداشت تراشه‌ای................................ ۳۰۲

۶-۸. فرآیندهای اتصال............................................................................................................ ۳۰۳

۶-۸-۱. جوشکاری............................................................................................................ ۳۰۴

۶-۸-۲. لحیم‌کاری و زردجوش (Brazing And Soldering)..................................... ۳۱۸

فصل هفتم: سنجش و بازرسی فلزات – جستجو برای کیفیت

مقدمه....................................................................................................................................... ۳۲۳

۷-۱. متالوگرافی...................................................................................................................... ۳۲۵

۷-۲. آزمون سختی.................................................................................................................. ۳۲۹

۷-۲-۱. تست های ماکروسختی سنجی............................................................................. ۳۳۱

۷-۲-۲.تست نانوسختی..................................................................................................... ۳۳۶

۷-۳. تست کشش.................................................................................................................... ۳۳۷

۷-۴. چقرمگی شکست........................................................................................................... ۳۴۲

۷-۴-۱.آزمون چقرمگی شکست....................................................................................... ۳۵۰

۷-۵. تست ضربه..................................................................................................................... ۳۵۲

۷-۵-۱. تست خستگی...................................................................................................... ۳۵۳

۷-۵-۲. بررسی غیر مخرب............................................................................................... ۳۶۰

فصل هشتم: چدن

مقدمه....................................................................................................................................... ۳۷۱

۸-۱. مبانی متالورژی چدن...................................................................................................... ۳۷۳

۸-۱-۱. چدن های سفید و خاکستری............................................................................... ۳۷۴

۸-۲. طبقه بندی چدن‌ها.......................................................................................................... ۳۸۴

۸-۲-۱. چدن های خاکستری............................................................................................ ۳۸۵

۸-۲-۲. چدن داکتیل......................................................................................................... ۳۹۲

۸-۲-۳. چدن مالیبل........................................................................................................... ۴۰۲

۸-۲-۴. چدن گرافیتی فشرده........................................................................................... ۴۰۵

۸-۲-۵. چدن های ویژه..................................................................................................... ۴۰۶

فصل نهم: عملیات حرارتی فولاد

مقدمه....................................................................................................................................... ۴۱۳

۹-۱. سیستم آهن-کربن.......................................................................................................... ۴۱۴

۹-۲. فازهای متداول در فولادها.............................................................................................. ۴۱۸

۹-۲-۱. تشکیل سمنتیت و پرلیت..................................................................................... ۴۱۸

۹-۲-۲. فولادهای یوتکتوئید و تشکیل پرلیت................................................................... ۴۱۹

۹-۲-۳. مارتنزیت............................................................................................................... ۴۲۸

۹-۲-۴. بینیت.................................................................................................................... ۴۳۵

۹-۳. دماهای بحرانی و نمودارهای تبدیلات فازی.................................................................. ۴۳۹

۹-۳-۱. نمودارهای تبدیلات فازی.................................................................................... ۴۴۴

۹-۴. روش آنیل کردن (annealing) و افزایش سختی با عملیات حرارتی نرمال كردن.... ۴۴۶

۹-۴-۱. چرخههای حرارتی مربوط به روشهای متداول آنیل کردن................................. ۴۴۶

۹-۴-۲. راهنمای عملیات آنیل کردن................................................................................ ۴۵۰

۹-۵. انواع مختلف عملیات آنیل کردن فولاد........................................................................... ۴۵۳

۹-۵-۱. آنیل کردن با هدف تنشزدایی ساختاری.............................................................. ۴۵۳

۹-۵-۲. آنیل کردن با تبلور مجدد ساختار فولاد............................................................... ۴۵۴

۹-۵-۳.کروی کردن ساختار فولادها................................................................................. ۴۵۵

۹-۵-۴. نرمال کردن ساختار انواع فولاد........................................................................... ۴۵۶

۹-۶. کوره‌های حرارتی و گرمایش القایی................................................................................ ۴۵۷

۹-۶-۱. حرارت‌دهی کورهای............................................................................................ ۴۵۸

۹-۶-۲.گرمایش القایی....................................................................................................... ۴۵۹

۹-۶-۳.اثر سرعت حرارت‌دهی فولاد بر دماهای تبدیلات فازی...................................... ۴۶۴

۹-۷. سختگردانی و بازپخت ساختار فولاد............................................................................. ۴۶۶

۹-۷-۱. محیط سرمایش ناگهانی........................................................................................ ۴۷۳

۹-۷-۲.عملیات حرارتی بازپخت...................................................................................... ۴۷۴

۹-۸. عملیات سردکاری فولاد................................................................................................. ۴۷۶

۹-۸-۱. تجهیزات مورد نیاز برای عملیان سردکاری......................................................... ۴۷۹

۹-۹. سخت‌کاری یا سخت کردن سطحی (Surface or Case Hardening)............ ۴۸۰

۹-۹-۱. روش‌های پخش مولکولی دخیل در عملیات سخت‌کاری سطحی....................... ۴۸۳

۹-۹-۲.کربن‌دهی یا کربوره کردن (Carburizing)........................................................ ۴۸۴

۹-۹-۳. روش نیتروژندهی................................................................................................ ۴۸۹

۹-۹-۴.دیگر روش‌های انتشار مولکولی............................................................................ ۴۹۰

۹-۱۰. فرآیندهای سخت‌کاری موضعی ساختار فولاد............................................................. ۴۹۲

۹-۱۰-۱. گرمایش القایی.................................................................................................... ۴۹۳

۹-۱۰-۲. عملیات حرارتی سطحی لیزری......................................................................... ۴۹۶

۹-۱۰-۳. سختکاری با پرتو الکترونی (EB).................................................................... ۴۹۶

۹-۱۰-۴. سخت‌کاری پوست‌های...................................................................................... ۴۹۷

۹-۱۱. تجهیزات فرآیند حرارتی............................................................................................. ۴۹۷

۹-۱۱-۱.کوره‌های منقطع................................................................................................... ۴۹۷

۹-۱۱-۲.کوره‌های پیوسته.................................................................................................. ۴۹۹

۹-۱۱-۳.اتمسفرهای کوره................................................................................................. ۵۰۰

۹-۱۱-۴. اتمسفر طبیعی.................................................................................................... ۵۰۰

۹-۱۱-۵.کوره‌های خلاء..................................................................................................... ۵۰۲

۹-۱۱-۶. کورهی پلاسما.................................................................................................... ۵۰۴

۹-۱۱-۷. کوره سیال بستر................................................................................................. ۵۰۵

۹-۱۱-۸. کوره‌های دارای دیگ حمام نمک و مایع........................................................... ۵۰۵

فصل دهم: ماندگاری و دوام فلزات و آلیاژها

مقدمه....................................................................................................................................... ۵۱۱

۱۰-۱. انواع مختلف سایش..................................................................................................... ۵۱۲

۱۰-۱-۱. سایش خراشان (غیرچسبان)............................................................................. ۵۱۲

۱۰-۱-۲. سایش فرسایشی................................................................................................. ۵۱۵

۱۰-۱-۳. سایش چسبان.................................................................................................... ۵۱۸

۱۰-۲. تخریب‌های ناشی از دما............................................................................................... ۵۲۸

۱۰-۲-۱. خستگی ناشی از حرارت.................................................................................. ۵۲۸

۱۰-۲-۲. تغییر شکل خزشی و گسیختگی تنشی............................................................. ۵۲۸

۱۰-۲-۳. شکست ناشی از اکسیداسیون........................................................................... ۵۳۲

۱۰-۳. شکست ترد و شکست نرم........................................................................................... ۵۳۲

۱۰-۳-۱. شکست بین دانه‌ای............................................................................................ ۵۳۳

۱۰-۳-۲. شکست درون دانه‌ای......................................................................................... ۵۳۴

۱۰-۳-۳. شکست قطعات.................................................................................................. ۵۳۴

۱۰-۴.خستگی........................................................................................................................ ۵۴۲

۱۰-۴-۱. رشد ترک خستگی............................................................................................ ۵۴۵

۱۰-۴-۲. علایم ساحلی..................................................................................................... ۵۴۹

۱۰-۴-۳. شکست در اثر بارگذاری بیش از حد پس از خستگی.................................... ۵۵۰