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绪论1

第1章 工程材料8

1.1 概述8

1.1.1 金属材料的发展8

1.1.2 非金属材料及复合材料的发展8

1.1.3 新材料的发展趋势9

1.2 固体材料的性能9

1.3 金属的结构14

1.3.1 金属的晶体结构14

1.3.2 实际金属的晶体结构18

1.4 金属的结晶19

1.4.1 纯金属的冷却曲线和过冷现象19

1.4.2 金属的同素异构性21

1.4.3 金属铸锭的组织22

1.5 二元合金22

1.5.1 二元合金的相结构23

1.5.2 二元合金相图24

1.5.3 相图与性能的关系30

1.6 铁碳合金31

1.6.1 铁碳合金的基本相和基本组织31

1.6.2 铁碳合金相图32

1.7 碳钢38

1.7.1 碳钢的分类38

1.7.2 碳钢的牌号38

1.8 铸铁39

1.8.1 铸铁的分类及特性39

1.8.2 铸铁的石墨化过程40

1.8.3 铸铁的牌号与性能41

1.9 钢的热处理42

1.9.1 钢在加热时的组织转变42

1.9.2 钢在非平衡冷却时的转变46

1.9.3 钢的常用热处理工艺53

1.9.4 钢的形变热处理61

1.9.5 钢的表面淬火61

1.9.6 钢的化学热处理63

1.10 钢中的合金元素64

1.10.1 合金元素在钢中的分布65

1.10.2 合金元素在钢中的作用65

1.11 合金钢69

1.11.1 合金结构钢69

1.11.2 合金工具钢71

1.11.3 特殊性能钢74

1.12 非铁金属材料75

1.12.1 铝及铝合金75

1.12.2 铜及铜合金77

1.12.3 镁合金78

1.12.4 钛合金79

1.12.5 轴承合金79

思考题与习题80

第2章 铸造成形83

2.1 概述83

2.2 铸件形成理论基础84

2.2.1 金属的充型84

2.2.2 铸件的温度场85

2.2.3 金属的凝固86

2.2.4 合金的收缩、应力及变形87

2.3 砂型铸造工艺分析91

2.3.1 浇注位置和分型面的确定91

2.3.2 主要工艺参数的确定94

2.3.3 铸造工艺图的制定95

2.4 铸件的结构设计98

2.5 砂型铸造方法100

2.5.1 气动微振压实造型100

2.5.2 高压造型101

2.5.3 真空密封造型102

2.5.4 气流冲击造型103

2.5.5 消失模造型104

2.5.6 冷冻造型106

2.6 特种铸造106

2.6.1 金属型铸造106

2.6.2 离心铸造107

2.6.3 压力铸造109

2.6.4 低压铸造112

2.6.5 熔模铸造114

2.6.6 壳型铸造115

2.6.7 陶瓷型铸造117

2.6.8 磁型铸造117

2.6.9 石墨型铸造117

2.6.10 真空吸铸118

2.6.11 差压铸造118

2.6.12 半固态金属铸造119

2.6.13 现代整体精铸及快速凝固成形技术120

2.6.14 铸造成形过程数值模拟121

2.6.15 铸造工程中的并行工程122

2.6.16 常用铸造方法的比较122

2.7 铸造技术的发展趋势123

思考题与习题124

第3章 锻压成形127

3.1 概述127

3.1.1 金属的塑性变形128

3.1.2 金属及合金的锻造性130

3.2 锻造132

3.2.1 自由锻132

3.2.2 模锻137

3.2.3 胎模锻145

3.3 板料冲压146

3.3.1 板料冲压的基本工序、特点及应用范围147

3.3.2 冲模种类153

3.4 锻压新技术156

3.4.1 精密模锻157

3.4.2 精密冲裁157

3.4.3 回转成形158

3.4.4 多向模锻160

3.4.5 超塑性成形161

3.4.6 高能率高成形163

3.4.7 粉末冶金及粉末锻造163

3.4.8 液态模锻165

3.4.9 半固态金属塑性成形166

3.4.10 粉末冶金温压成形技术167

3.4.11 数字化塑性成形技术168

思考题与习题170

第4章 焊接成形172

4.1 概述172

4.1.1 焊接技术的发展172

4.1.2 焊接特点和分类174

4.2 熔化焊接176

4.2.1 焊条电弧焊176

4.2.2 埋弧自动焊179

4.2.3 气体保护焊180

4.2.4 电渣焊182

4.3 压力焊和钎焊182

4.3.1 电阻焊182

4.3.2 摩擦焊184

4.3.3 钎焊184

4.4 焊接冶金过程和接头组织转变185

4.4.1 焊接冶金过程185

4.4.2 焊接接头的组织转变186

4.5 焊接结构工艺性187

4.5.1 焊接应力与变形188

4.5.2 焊接结构的设计190

4.6 焊接性和常用金属材料的焊接192

4.6.1 金属焊接性的概念192

4.6.2 常用金属材料的焊接192

4.7 金属切割193

4.7.1 气割193

4.7.2 等离子弧切割194

4.7.3 碳弧气刨195

4.7.4 水射流切割195

4.8 胶接195

4.8.1 胶接的基本原理196

4.8.2 胶接的主要特点196

4.8.3 胶接工艺196

4.8.4 胶接应用举例197

4.9 现代焊接技术198

4.9.1 电子束焊接198

4.9.2 激光焊接199

4.9.3 扩散焊201

4.9.4 爆炸焊201

4.9.5 超声波焊204

4.9.6 窄间隙熔化极气体保护电弧焊205

4.9.7 高频焊205

4.9.8 搅拌摩擦焊206

4.9.9 激光-电弧复合热源焊接207

4.9.10 强迫成形气体保护自动立焊技术208

4.9.11 焊接机器人和柔性焊接系统209

思考题与习题213

第5章 非金属材料及成形215

5.1 概述215

5.1.1 非金属材料的发展215

5.1.2 非金属材料的分类216

5.1.3 非金属材料的选择及应用216

5.2 工程塑料及其成形217

5.2.1 工程塑料的组成和性能217

5.2.2 工程塑料的分类和应用219

5.2.3 工程塑料的成形221

5.3 工业橡胶及其成形226

5.3.1 工业橡胶的组成及性能226

5.3.2 工业橡胶的分类及应用228

5.3.3 工业橡胶件的成形229

5.4 工业陶瓷及其成形232

5.4.1 陶瓷的组织结构及性能233

5.4.2 陶瓷的分类及应用234

5.4.3 陶瓷的成形236

5.5 复合材料及其成形239

5.5.1 复合材料的定义、分类和性能239

5.5.2 复合材料的应用241

5.5.3 复合材料的成形246

5.5.4 复合材料的二次加工248

5.6 纳米材料249

5.6.1 纳米材料的定义和特性249

5.6.2 纳米陶瓷251

5.6.3 纳米复合材料252

思考题与习题253

第6章 快速成形255

6.1 概述255

6.2 快速成形技术原理及工艺256

6.2.1 快速成形技术原理256

6.2.2 快速成形方式分类257

6.2.3 快速成形的工艺流程257

6.2.4 快速成形的优点258

6.3 快速成形的主要工艺方法258

6.3.1 立体光固化SLA259

6.3.2 分层实体制造LOM259

6.3.3 选择性激光烧结SLS260

6.3.4 熔化沉积成形FDM261

6.3.5 三维打印3D-P261

6.3.6 形状沉积制造SDM262

6.4 快速成形技术的应用262

6.4.1 原型制造263

6.4.2 快速制模RT263

6.5 快速成形材料266

6.6 快速成形与相关学科之间的关系267

6.7 采用逆向工程构造三维模型267

6.7.1 逆向工程系统267

6.7.2 逆向工程应用与意义268

6.7.3 逆向工程测量系统268

6.7.4 逆向工程后处理272

6.7.5 快速原型数据后处理实例275

思考题与习题278

第7章 零件的毛坯选择279

7.1 毛坯选择的原则279

7.2 常用毛坯成形方法的比较281

7.3 常用零件的成形方法283

7.3.1 轴杆类零件283

7.3.2 盘套类零件284

7.3.3 机架、箱体类零件285

7.4 毛坯成形方法选择实例285

7.4.1 V带轮零件的成形方法选择285

7.4.2 单级齿轮减速器组件的成形方法选择287

7.5 毛坯成形方法选择的经济性分析289

7.5.1 毛坯材料的经济性选材原则289

7.5.2 铸件的生产成本分析291

7.5.3 锻件的生产成本分析295

7.5.4 焊接件的生产成本分析296

7.5.5 各种成形方案经济性综合比较301

思考题与习题305

参考文献308