工程材料學(xué)

前言

　　材料是人類社會(huì)能夠接受的經(jīng)濟(jì)地制造有用器件的物質(zhì)。沒有材料，就沒有工程，因此，本書命名為《工程材料學(xué)》。本書是根據(jù)機(jī)械工程等專業(yè)教學(xué)的基本要求，結(jié)合現(xiàn)代材料科學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，為培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高等機(jī)械工程技術(shù)人才而編寫的?！　」こ滩牧闲枰ㄟ^成形加工來實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。機(jī)械工程類專業(yè)的學(xué)生必須認(rèn)識(shí)到材料在工程中的重要地位。應(yīng)該注意的是，孤立地談?wù)摬牧鲜遣蝗娴?，工程材料與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和使用必須作為一個(gè)整體來考慮，材料必須作為產(chǎn)品全壽命周期的關(guān)鍵要素與機(jī)械工程實(shí)現(xiàn)有機(jī)集成。　　本書編寫的指導(dǎo)思想是以突出現(xiàn)代機(jī)械裝備對(duì)材料的需求為特色，強(qiáng)調(diào)材料是機(jī)械工程的重要組成部分，以加工過程對(duì)材料組織與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及使用性能的影響，如何根據(jù)工程實(shí)際需要選擇材料等問題為主線。全書共分11章。第1～3章介紹材料科學(xué)基礎(chǔ)，第4章介紹材料的熱處理，第5章介紹金屬的塑性變形與再結(jié)晶，第6～10章分別介紹鋼鐵材料、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料的特點(diǎn)及應(yīng)用，第11章介紹材料與環(huán)境的基本問題。　　參加本書編寫的人員有北京航空航天大學(xué)張彥華（緒論、第1～4、11章），天津大學(xué)王立君（第5～7章），山東大學(xué)劉雪梅（第8～10章）。全書由張彥華統(tǒng)稿。　　編寫《工程材料學(xué)》教材對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程高層次人才培養(yǎng)具有重要意義，在我國高等院校教材編寫方面正在進(jìn)行多方面的探索。由于編者對(duì)工程材料科學(xué)及應(yīng)用掌握得不夠全面，相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域和水平有限，書中難免存在疏漏和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《工程材料學(xué)》是根據(jù)《教育部關(guān)于“十一五”期間普通高等教育教材建設(shè)與改革意見》的精神。參照有關(guān)專業(yè)教學(xué)的基本要求，結(jié)合現(xiàn)代下程材料科學(xué)與技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢。為培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高等機(jī)械下程技術(shù)人才而編寫的。　　全書共分11章。第1-3章介紹材料科學(xué)基礎(chǔ)，第4章介紹材料的熱處理，第5章介紹金屬的塑性變形與再結(jié)晶。第6-10章分別介紹鋼鐵材料、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料的特點(diǎn)及應(yīng)用，第11章介紹材料與環(huán)境的基本問題?！　　豆こ滩牧蠈W(xué)》可作為高等院校機(jī)械類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也可供有關(guān)科學(xué)研究和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言緒論第1章 工程材料的結(jié)構(gòu)1.1 材料結(jié)構(gòu)及其層次1.2 原子結(jié)構(gòu)與鍵合1.2.1 原子的結(jié)構(gòu)1.2.2 材料粒子的鍵合方式1.3 材料的晶體結(jié)構(gòu)1.3.1 理想晶體結(jié)構(gòu)1.3.2 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1.3.3 合金的晶體結(jié)構(gòu)1.4 納米材料的結(jié)構(gòu)1.4.1 納米材料基本概念1.4.2 納米效應(yīng)1.5 材料的同素異構(gòu)與同分異構(gòu)1.5.1 晶體的同素異構(gòu)1.5.2 有機(jī)化合物及高聚物的同分異構(gòu)思考題第2章 工程材料的性能2.1 工程材料的力學(xué)性能2.1.1 強(qiáng)度2.1.2 彈性與剛度2.1.3 包辛格效應(yīng)2.1.4 塑性2.1.5 硬度2.1.6 斷裂性能2.1.7 耐磨性能2.2 工程材料的物理性能2.2.1 密度和熔點(diǎn)2.2.2 電學(xué)性能2.2.3 磁學(xué)性能2.2.4 光學(xué)性能2.2.5 熱學(xué)性能2.3 工程材料的化學(xué)性能2.3.1 抗氧化性2.3.2 抗腐蝕性2.4 工程材料的工藝性能思考題第3章 金屬材料的凝固與相圖3.1 純金屬的結(jié)晶3.1.1 金屬結(jié)晶的基本規(guī)律3.1.2 晶核的形成與長大3.2 合金的凝固與相圖3.2.1 相平衡與相圖3.2.2 二元合金相圖與凝固3.2.3 三元相圖的基本知識(shí)3.2.4 合金的性能與相圖的關(guān)系3.2.5 鑄錠的凝固3.3 鐵碳合金平衡態(tài)的相變3.3.1 Fe-Fe3C相圖分析3.3.2 鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的結(jié)晶3.3.3 碳和其他元素對(duì)碳鋼組織和性能的影響3.3.4 Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用3.4 金屬焊接時(shí)的結(jié)晶與相變3.4.1 焊接熔池結(jié)晶的特點(diǎn)3.4.2 焊縫金屬的結(jié)晶組織3.4.3 焊接熱影響區(qū)的組織和性能思考題第4章 金屬材料的熱處理4.1 鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4.1.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4.1.2 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4.2 退火與正火4.2.1 退火4.2.2 正火4.3 淬火與回火4.3.1 淬火4.3.2 鋼的淬透性4.3.3 鋼的回火4.4 金屬材料的表面熱處理4.4.1 鋼的表面淬火4.4.2 化學(xué)熱處理4.5 固溶熱處理與時(shí)效強(qiáng)化4.5.1 固溶熱處理4.5.2 時(shí)效強(qiáng)化4.6 先進(jìn)熱處理技術(shù)4.6.1 真空熱處理4.6.2 形變熱處理4.6.3 離子熱處理4.6.4 高能束熱處理思考題第5章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶5.1 金屬的塑性變形5.1.1 單晶體的塑性變形5.1.2 多晶體金屬塑性變形5.1.3 冷變形與熱變形5.1.4 金屬的超塑性5.2 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響5.2.1 晶粒形態(tài)的改變5.2.2 晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的變化5.2.3 形變織構(gòu)5.2.4 殘余內(nèi)應(yīng)力5.2.5 加工硬化5.3 冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶5.3.1 回復(fù)5.3.2 再結(jié)晶5.3.3 晶粒長大5.4 金屬的熱塑性變形的動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶5.4.1 動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶5.4.2 影響熱塑性變形的主要因素5.4.3 熱塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響思考題第6章 鋼鐵材料6.1 鋼鐵冶煉6.1.1 生鐵的冶煉6.1.2 鋼的冶煉6.2 鋼的分類與牌號(hào)6.2.1 鋼的分類6.2.2 鋼的牌號(hào)6.3 結(jié)構(gòu)鋼6.3.1 工程結(jié)構(gòu)用鋼6.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼6.4 工具鋼6.4.1 刃具鋼6.4.2 模具鋼6.4.3 量具鋼6.5 特殊性能鋼6.5.1 不銹鋼6.5.2 耐熱鋼6.6 鑄鐵6.6.1 鑄鐵的石墨化6.6.2 影響鑄鐵石墨化的因素6.6.3 灰口鑄鐵的分類及性能特點(diǎn)思考題第7章 有色金屬及其合金7.1 鋁及鋁合金7.1.1 鋁合金的強(qiáng)化7.1.2 鋁合金的分類7.2 銅及銅合金7.2.1 純銅7.2.2 黃銅7.2.3 青銅7.3 鎂及鎂合金7.3.1 變形鎂合金7.3.2 鑄造鎂合金……第8章 高分子材料第9章 陶瓷材料第10章 復(fù)合材料第11章 材料與環(huán)境參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　緒論　　1.材料在人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中的作用　　材料是人類社會(huì)所能夠接受的經(jīng)濟(jì)地制造有用器件的物質(zhì)。歷史學(xué)家曾用“材料”來劃分時(shí)代，如石器時(shí)代、陶器時(shí)代、銅器時(shí)代等。材料的概念最早出現(xiàn)在石器時(shí)代，那時(shí)以天然的石、木、皮材料做器件。后來陸續(xù)出現(xiàn)了陶器，隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，人類又進(jìn)入了銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代?！　≡谌壕佣囱ǖ脑橙伺f石器時(shí)代，通過簡單加工獲得石器。隨著石器加工制作水平的提高，出現(xiàn)了原始手工業(yè)如制陶和紡織，人們稱之為新石器時(shí)代。人類在新石器時(shí)代晚期就開始使用天然金屬。到公元前3800年，出現(xiàn)人工冶煉的銅器。公元前2800年，在美索不達(dá)米亞出現(xiàn)錫青銅。我國在公元前3000年出現(xiàn)錫青銅——甘肅東鄉(xiāng)馬家窯文化的青銅刀（含6％～10％Sn）。商、周時(shí)期是我國青銅器的鼎盛時(shí)期。青銅時(shí)代源于距今4000～5000年前。青銅器大大促進(jìn)了農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的出現(xiàn)。　　自公元前12世紀(jì)起，鐵器在地中海東岸地區(qū)使用日益廣泛。到公元前10世紀(jì)，鐵工具比青銅工具應(yīng)用更普遍。公元前8～7世紀(jì)，北非和歐洲相繼進(jìn)入鐵器時(shí)代。我國冶鐵技術(shù)在春秋末期有很大的突破，特別是煉制生鐵技術(shù)日臻完善，并發(fā)明了生鐵經(jīng)退火制造韌性鑄鐵和以生鐵制鋼的技術(shù)，如生鐵固體脫碳成鋼、炒鋼、煉制軟鐵、灌鋼等。在戰(zhàn)國燕下都出土的大批具有馬氏體組織的鋼劍，表明此時(shí)鋼的淬火等熱處理工藝已被廣泛應(yīng)用。我國在春秋戰(zhàn)國時(shí)期（公元前770～221年）開始廣泛使用由鐵制作的農(nóng)具、手工工具及各種兵器，大大促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)的發(fā)展?！　‖F(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展自19世紀(jì)中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼開始。19世紀(jì)末的電弧爐煉鋼和20世紀(jì)中葉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化。在非鐵金屬冶金方面，19世紀(jì)80年代發(fā)電機(jī)的發(fā)明，使電解法提純銅的工業(yè)方法得以實(shí)現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域。同時(shí)，用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到廉價(jià)的鋁，使鋁成為僅次于鐵的第二大金屬。20世紀(jì)40年代，用鎂做還原劑從四氯化鈦制得純鈦，并使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，其他非鐵金屬也陸續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?！　」I(yè)發(fā)展促進(jìn)了新金屬材料的應(yīng)用。19世紀(jì)末，出現(xiàn)了新型的合金鋼，如高速工具鋼、高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在20世紀(jì)發(fā)展為門類眾多的合金鋼體系。

編輯推薦

　　強(qiáng)調(diào)材料科學(xué)指導(dǎo)材料應(yīng)用，工程引領(lǐng)材料發(fā)展　　突出加工工藝與材料組織結(jié)構(gòu)，性質(zhì)及使用之間的聯(lián)系　　重視材料與機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的有機(jī)集成　　關(guān)注材料在產(chǎn)品全壽命周期過程中與環(huán)境的協(xié)調(diào)性

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