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绪论1

第一篇 工程材料6

第1章 工程材料的分类与性能6

1.1 工程材料的分类6

1.2 材料的力学性能7

1.2.1 强度和塑性7

1.2.2 硬度10

1.2.3 韧性14

1.3 材料的其他性能16

1.3.1 物理性能16

1.3.2 化学性能18

1.3.3 工艺性能19

1.4 工程应用案例——工程材料在汽车制造中的应用20

习题与思考题121

第2章 材料的微观结构22

2.1 纯金属的晶体结构22

2.1.1 晶体学基本知识22

2.1.2 金属晶体结构（包括致密度）23

2.1.3 晶面指数、晶向指数与致密度24

2.1.4 晶体缺陷25

2.2 金属的结晶28

2.2.1 纯金属的结晶及铸件晶粒大小控制28

2.2.2 同素异构体转变31

2.3 合金的相结构32

2.3.1 基本概念32

2.3.2 固溶体32

2.3.3 金属化合物33

习题与思考题234

第3章 二元合金相图35

3.1 二元合金相图的建立35

3.1.1 Cu-Ni二元合金相图的建立35

3.1.2 Pb-Sn二元合金相图的建立36

3.2 二元合金相图的基本类型36

3.2.1 匀晶相图36

3.2.2 共晶相图38

3.2.3 包晶相图39

3.3 相图与合金性能之间的关系40

3.3.1 合金力学性能与相图的关系40

3.3.2 合金工艺性能与相图的关系41

3.4 铁碳合金相图42

3.4.1 铁碳合金的基本相与性能42

3.4.2 铁碳合金的相图44

3.4.3 铁碳相图的应用52

习题与思考题353

第4章 钢的热处理54

4.1 钢的热处理基础54

4.1.1 概述54

4.1.2 钢在加热时的转变54

4.1.3 钢在冷却时的转变56

4.2 钢的普通热处理工艺61

4.2.1 钢的退火61

4.2.2 钢的正火62

4.2.3 钢的淬火63

4.2.4 钢的回火65

4.3 钢的表面热处理65

4.3.1 钢的表面淬火66

4.3.2 化学热处理67

4.4 热处理新技术69

4.4.1 高能束表面处理技术69

4.4.2 热喷涂技术70

4.4.3 真空热处理70

4.5 工程应用案例——工程车辆主要零件热处理工艺71

4.5.1 轴（套）类零件热处理71

4.5.2 齿轮类零件热处理72

4.5.3 大型结构件热处理73

4.5.4 叉架类零件热处理74

4.5.5 工程车辆零部件热处理应用趋势74

习题与思考题475

第5章 工业用钢76

5.1 概述76

5.1.1 钢的分类76

5.1.2 工业用钢牌号77

5.1.3 杂质与合金元素在钢中的作用77

5.2 工业结构用钢78

5.2.1 概述78

5.2.2 碳素结构钢78

5.2.3 低合金结构钢79

5.2.4 工程用铸造碳钢80

5.3 机械结构用钢81

5.3.1 概述81

5.3.2 优质碳素结构钢82

5.3.3 机械结构用钢83

5.3.4 滚动轴承钢87

5.4 工具钢89

5.4.1 刃具钢89

5.4.2 模具钢92

5.5 特殊性能钢94

5.5.1 不锈钢94

5.5.2 耐热钢96

5.5.3 耐磨钢96

5.5.4 低温钢97

5.6 工程应用案例——结构钢在建筑工程中的应用97

习题与思考题598

第6章 铸铁100

6.1 概述100

6.1.1 成分与组织特点100

6.1.2 铸铁的性能特点100

6.2 铸铁的石墨化101

6.2.1 铁碳合金双重相图101

6.2.2 石墨化过程101

6.2.3 影响石墨化的因素102

6.2.4 铸铁的分类103

6.3 常用铸铁104

6.3.1 灰铸铁104

6.3.2 可锻铸铁107

6.3.3 球墨铸铁109

6.3.4 蠕墨铸铁112

6.3.5 特殊性能铸铁113

6.4 工程应用案例——蠕墨铸铁在发动机中的应用116

习题与思考题6117

第7章 有色金属及其合金119

7.1 铝及铝合金120

7.1.1 工业纯铝120

7.1.2 铝合金120

7.1.3 变形铝合金122

7.1.4 铸造铝合金123

7.2 铜及铜合金124

7.2.1 工业纯铜124

7.2.2 铜合金124

7.2.3 黄铜125

7.2.4 青铜127

7.3 镁及镁合金130

7.3.1 变形镁合金130

7.3.2 铸造镁合金131

7.4 滑动轴承合金132

7.4.1 对轴承合金性能的要求133

7.4.2 轴承合金的组织特征133

7.4.3 常用的轴承合金133

7.5 工程应用案例——硬币用金属及合金136

7.5.1 硬币的特性136

7.5.2 各国的硬币137

习题与思考题7140

第8章 常用非金属材料及新材料141

8.1 塑料141

8.1.1 塑料的组成和性能142

8.1.2 塑料的分类144

8.1.3 常用工程塑料145

8.2 合成纤维148

8.2.1 合成纤维的分类149

8.2.2 常用合成纤维149

8.3 橡胶151

8.3.1 合成橡胶的分类和橡胶制品的组成152

8.3.2 常用合成橡胶152

8.4 复合材料153

8.4.1 复合材料的组成及分类154

8.4.2 复合材料的性能特点154

8.4.3 常用的复合材料155

8.5 新材料156

8.5.1 形状记忆合金156

8.5.2 纳米材料158

8.5.3 非晶态合金159

8.6 工程应用案例——用于海水淡化的反渗透膜材料160

习题与思考题8162

第二篇 工程材料成形技术基础164

第9章 铸造成形164

9.1 铸造成形理论基础164

9.1.1 液态合金的流动性与充型能力164

9.1.2 铸造合金的收缩166

9.1.3 缩孔和缩松166

9.1.4 铸造内应力及铸件的变形168

9.2 砂型铸造171

9.2.1 造型方法171

9.2.2 铸造工艺设计174

9.3 特种铸造179

9.3.1 熔模铸造179

9.3.2 金属型铸造180

9.3.3 压力铸造181

9.3.4 离心铸造182

9.3.5 陶瓷型铸造182

9.3.6 连续铸造183

9.3.7 消失模铸造184

9.3.8 磁性铸造184

9.3.9 差压铸造185

9.3.10 半固态铸造185

9.4 铸件的结构设计186

9.4.1 铸件外形的设计186

9.4.2 铸件壁厚的设计189

9.5 工程应用案例——轴承座铸造工艺191

习题与思考题9193

第10章 金属塑性成形195

10.1 金属塑性成形理论基础195

10.1.1 金属变形的实质195

10.1.2 单晶体的塑性变形195

10.1.3 多晶体的塑性变形196

10.1.4 塑性变形金属的加工硬化、回复和再结晶196

10.2 自由锻197

10.2.1 自由锻设备197

10.2.2 自由锻的基本工序198

10.2.3 自由锻工艺规程的制定200

10.2.4 自由锻件的结构工艺性202

10.3 模锻202

10.3.1 锤上模锻202

10.3.2 胎模锻204

10.4 板料冲压205

10.4.1 冲压材料205

10.4.2 冲压设备205

10.4.3 冲压的基本工序205

10.4.4 冲压件的结构工艺性208

10.5 其他压力加工成形方法209

10.5.1 精密模锻209

10.5.2 挤压210

10.5.3 高速模锻210

10.5.4 辊锻210

10.5.5 摆动辗压211

10.5.6 超塑性模锻211

10.6 工程应用案例——汽轮机低压转子锻造工艺211

习题与思考题10215

第11章 焊接成形216

11.1 焊接成形理论基础217

11.1.1 焊接电弧217

11.1.2 焊接原理和焊接冶金过程217

11.1.3 电弧焊机219

11.1.4 焊条221

11.1.5 焊接接头的组织和性能223

11.1.6 焊接应力与变形226

11.2 常用焊接方法229

11.2.1 熔焊229

11.2.2 压焊235

11.2.3 钎焊239

11.3 常用金属材料的焊接240

11.3.1 金属材料的焊接性240

11.3.2 碳素钢的焊接241

11.3.3 低合金结构钢的焊接241

11.3.4 奥氏体不锈钢的焊接242

11.3.5 铸铁的补焊242

11.3.6 非铁金属的焊接243

11.4 焊接结构件工艺设计245

11.4.1 焊接结构材料的选择245

11.4.2 焊接方法的选择245

11.4.3 焊接接头工艺设计246

11.5 焊接质量检验251

11.5.1 焊接缺陷及分类251

11.5.2 焊接检验过程252

11.5.3 焊接检验方法253

11.6 工程应用案例——低压储气罐焊接工艺254

习题与思考题11255

第三篇 工程材料应用及成形工艺选择258

第12章 机械零件失效分析与表面处理258

12.1 机械零件的失效258

12.1.1 变形失效258

12.1.2 断裂失效259

12.1.3 磨损失效261

12.1.4 腐蚀失效261

12.2 机械零件失效分析263

12.2.1 零件失效的基本原因263

12.2.2 零件失效分析264

12.3 材料的表面处理264

12.3.1 表面处理及目的264

12.3.2 表面处理方法265

12.3.3 表面处理发展趋势269

12.4 工程应用案例——载货汽车后桥主动锥齿轮断裂失效分析270

习题与思考题12271

第13章 材料与成形工艺的选择272

13.1 材料与成形工艺选择原则272

13.1.1 使用性能原则272

13.1.2 工艺性能原则272

13.1.3 经济及环境友好性原则273

13.2 材料与成形工艺选择步骤与方法273

13.2.1 材料与成形工艺选择的基本步骤273

13.2.2 材料与成形工艺选择的具体方法279

13.3 典型零件的材料与成形工艺选择282

13.3.1 齿轮零件282

13.3.2 轴类零件285

13.3.3 模具类零件288

13.3.4 冷作模具选材的工艺设计289

13.3.5 热作模具选材的工艺设计290

13.3.6 塑料模具选材的工艺设计292

13.4 工程应用案例——机床主轴选材及成形工艺分析293

习题与思考题13293

参考文献294