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绪论1

0.1 材料与材料科学的发展1

0.2 “机械工程材料”在机械工业中的地位与作用2

0.3 21世纪机械工程材料的发展趋势3

0.4 学习本课程的目的、性质与要求3

第1章 机械工程材料的结构5

主要问题提示5

学习重点与方法提示5

1.1 固体材料结构的有关概念5

1.1.1 晶体与非晶体5

1.1.2 晶体结构的基本概念6

1.2 固体材料的晶体结构7

1.2.1 纯金属的晶体结构7

1.2.2 共价晶体与离子化合物的晶体结构12

1.2.3 实际晶体的结构特征12

1.2.4 同素异构（晶）转变16

1.3 一般工程材料的结构特点17

1.3.1 晶体材料的基本相结构17

1.3.2 聚合物的结构21

1.3.3 无机材料（陶瓷材料）的结构23

本章小结24

阅读材料1非晶态结构与非晶态材料24

学习方法启迪1爱迪生读书的“目标”与“志向”26

习题与思考题27

第2章 材料的制备与相图28

主要问题提示28

学习重点与方法提示28

2.1 材料的制备过程29

2.1.1 材料凝固与结晶的条件29

2.1.2 金属材料的制备29

2.1.3 聚合物材料的合成34

2.1.4 无机材料的制备34

2.2 二元相图的基本类型35

2.2.1 相图的建立35

2.2.2 匀晶相图——学习二元相图的基础36

2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键38

2.2.4 包晶相图的特征41

2.2.5 具有稳定化合物的相图42

2.2.6 具有共析反应的相图43

2.2.7 二元合金相图与性能之间的关系43

2.3 二元相图的典型应用——铁碳合金相图44

2.3.1 铁碳相图中的组元与基本相44

2.3.2 铁碳合金相图分析47

2.3.3 铁碳合金平衡结晶过程分析与相应组织49

2.3.4 碳质量分数对铁碳合金平衡组织与性能的影响53

2.3.5 铁碳合金相图的局限性54

2.4 凝固与结晶理论的应用55

2.4.1 铸态晶粒度的控制55

2.4.2 铸锭组织及其控制56

本章小结57

“铁碳合金相图”课堂讨论提纲57

阅读材料2炼钢、连铸与轧钢工艺简介58

学习方法启迪2富兰克林的成才之路——学习要坚定“毅力和信心”61

习题与思考题61

第3章 材料的力学行为、塑性变形与再结晶63

主要问题提示63

学习重点与方法提示63

3.1 材料的力学行为与变形63

3.1.1 材料常用的力学性能指标64

3.1.2 金属的塑性变形70

3.1.3 无机材料（陶瓷）的变形特点74

3.1.4 聚合物材料的变形特点74

3.2 冷变形加工对金属组织与性能的影响77

3.2.1 冷变形加工（塑性变形）对金属组织、结构的影响77

3.2.2 冷变形加工（塑性变形）对金属性能的影响——加工硬化78

3.2.3 产生残余内应力79

3.3 冷变形加工金属在加热时组织与性能的变化80

3.3.1 回复80

3.3.2 再结晶81

3.3.3 晶粒长大82

3.4 金属的热变形加工83

3.4.1 冷热变形加工的区别83

3.4.2 热变形加工对金属组织和性能的影响83

3.4.3 制定正确的热变形加工工艺85

本章小结85

阅读材料3超塑性合金简介86

学习方法启迪3爱因斯坦谈学习应把培养“独立思考能力”放在首位88

习题与思考题88

第4章 机械工程材料的强韧化90

主要问题提示90

学习重点与方法提示90

4.1 工程材料的强化与韧化概论91

4.1.1 工程材料的强化机制91

4.1.2 工程材料的强化与韧化94

4.2 金属材料热处理原理98

4.2.1 钢在加热时的转变98

4.2.2 奥氏体在冷却时的转变101

4.2.3 淬火钢在回火时的转变110

4.2.4 金属材料的脱溶沉淀与时效113

4.3 金属材料热处理工艺115

4.3.1 退火与正火115

4.3.2 淬火与回火117

4.3.3 钢的淬透性121

4.3.4 真空热处理技术及其应用124

4.3.5 钢热处理工艺的工程应用实例分析126

4.4 材料的表面强化129

4.4.1 表面淬火129

4.4.2 化学热处理132

4.4.3 热处理工艺过程的计算机模拟136

4.5 钢的合金化与微合金化137

4.5.1 合金元素对钢平衡组织与力学性能的影响137

4.5.2 合金元素对钢热处理与力学性能的影响139

4.5.3 钢中微合金元素的作用141

本章小结142

“钢铁材料热处理”课堂讨论提纲142

阅读材料4神奇的纳米金属材料144

学习方法启迪4杨振宁教授谈“辩论中求真知”147

习题与思考题147

第5章 常用金属材料151

主要问题提示151

学习重点与方法提示151

5.1 工业用钢概述151

5.1.1 钢的分类152

5.1.2 钢号表示方法153

5.1.3 金属材料的失效分析156

5.2 工程结构用钢158

5.2.1 工作条件、常见失效形式与性能要求158

5.2.2 碳素结构钢159

5.2.3 低合金高强度钢160

5.2.4 提高低合金高强度钢性能的途径160

5.3 机械结构用钢164

5.3.1 综述164

5.3.2 调质钢与非调质钢165

5.3.3 表面硬化钢169

5.3.4 弹簧钢173

5.3.5 滚动轴承钢174

5.3.6 易切削钢177

5.4 工具钢178

5.4.1 工具钢的特点（与结构钢对比）178

5.4.2 刃具钢179

5.4.3 模具钢185

5.4.4 量具钢187

5.5 特殊性能钢189

5.5.1 不锈钢189

5.5.2 耐热钢193

5.5.3 耐磨钢197

5.6 铸铁与有色金属合金198

5.6.1 铸铁的特征198

5.6.2 常用铸铁的特点203

5.6.3 特殊性能的铸铁209

5.6.4 铝及铝合金211

5.6.5 铜及铜合金215

5.6.6 钛及钛合金218

5.6.7 镁及镁合金220

5.6.8 滑动轴承合金221

本章小结223

“工业用钢”课堂讨论提纲224

阅读材料5第三代汽车钢及其在我国的发展224

学习方法启迪5陶渊明“指点迷津”：学习无捷径，勤奋好学才能成功226

习题与思考题226

第6章 聚合物、无机与复合材料228

主要问题提示228

学习重点与方法提示228

6.1 聚合物材料228

6.1.1 聚合物的特征228

6.1.2 工程塑料230

6.1.3 橡胶材料236

6.1.4 胶粘剂与纤维材料239

6.2 无机非金属材料241

6.2.1 无机材料概述241

6.2.2 无机材料的特性242

6.2.3 无机材料的分类243

6.2.4 常用工程结构陶瓷材料245

6.2.5 金属陶瓷材料246

6.3 复合材料248

6.3.2 复合材料的分类248

6.3.1 复合材料的性能249

6.3.3 树脂基复合材料249

6.3.4 陶瓷基复合材料250

6.3.5 金属基复合材料252

6.3.6 塑料-金属多层复合材料253

本章小结253

阅读材料6被誉为“未来材料”的生物医学材料253

学习方法启迪6鲁迅博览群书时的习惯叫做“随便翻翻”257

习题与思考题257

第7章 机械工程材料的合理选用259

主要问题提示259

学习重点与方法提示259

7.1 机械工程材料合理选用的基本原则259

7.1.1 充分考虑材料的使用性能260

7.1.2 必须兼顾材料的工艺性能261

7.1.3 注重选材的经济性264

7.1.4 走可持续发展之路，选择生态环境材料（绿色材料）265

7.2 典型机械零件的选材分析266

7.2.1 齿轮类机械零件的选材266

7.2.2 轴类机械零件的选材275

7.2.3 切削刀具的选材279

7.2.4 汽车发动机零件选材概况281

本章小结281

阅读材料7人工智能材料——随心所欲282

学习方法启迪7华罗庚提倡学习要有“两个过程”287

习题与思考题287

附录 实验指导书289

实验1金相显微镜的结构、使用与金相试样的制备289

实验2材料硬度的实验测定295

实验3铁碳合金平衡组织的观察与分析303

实验4碳钢热处理后的显微组织观察与分析304

实验5常用金属材料的显微组织观察与分析305

附表307

附表1碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能与用途307

附表2低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能与用途308

附表3常用调质钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途309

附表4常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途310

附表5常用弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途311

附表6常用冷、热作模具钢的牌号、化学成分、热处理与用途312

附表7常用不锈钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途313

附表8常见灰铸铁的牌号、力学性能与用途举例314

附表9常用可锻铸铁的牌号、力学性能与用途举例315

附表10球墨铸铁的牌号、力学性能、基体组织与用途316

附表11常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能、基体组织与用途317

附表12常用铝合金的牌号、化学成分、力学性能与用途318

参考文献319