工程材料

前言

　　工程、實(shí)踐和創(chuàng)新是促進(jìn)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展和人類文明進(jìn)步的永恒主題，高等工程教育需要先進(jìn)的工程教育理念，需要豐富的工程實(shí)踐內(nèi)涵，需要銳意的工程創(chuàng)新精神?！　」枮I工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心自2003年5月成立以來，以“工程”、“實(shí)踐”和“創(chuàng)新”為主題，以“知識(shí)”、“素質(zhì)”和“能力”的培養(yǎng)為主線，在人才培養(yǎng)方面形成了獨(dú)具特色的工程實(shí)踐教育理念和教學(xué)模式。2006年12月，哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心被評(píng)為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心；2007年10月，哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心“工程訓(xùn)練”課程被評(píng)為國(guó)家級(jí)精品課程；2008年10月，哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心“工程實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)團(tuán)隊(duì)”被評(píng)為國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)；2009年6月，哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心“機(jī)械制造基礎(chǔ)課程”被評(píng)為省級(jí)精品課程。在這樣的背景下，哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心與高等教育出版社合作，編寫了工程訓(xùn)練系列教材中的《工程材料》、《材料成形技術(shù)基礎(chǔ)》和《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》。這套教材在國(guó)家機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制訂的教學(xué)基本要求的指導(dǎo)下，汲取了國(guó)內(nèi)外眾多優(yōu)秀學(xué)者的智慧，凝聚了全體編寫教師的學(xué)識(shí)，融入了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，突出了鮮明的工程特色，豐富了新材料、新技術(shù)和新工藝的內(nèi)涵?！　☆櫭剂x，“工程”和“材料”是本書的兩個(gè)關(guān)鍵詞。工程離不開材料，材料因工程而發(fā)展。工程作為一種改造客觀世界而滿足人類社會(huì)需要的實(shí)踐活動(dòng)，在歷史長(zhǎng)河中不斷地推動(dòng)著人類社會(huì)走向進(jìn)步和文明。而材料作為工程造物活動(dòng)必不可少的基礎(chǔ)資源，同樣經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從遠(yuǎn)古蒙昧?xí)r代的粗笨石器發(fā)展到現(xiàn)代文明時(shí)代的各種新材料，每一次材料的創(chuàng)新和變革，都使人類的工程文明邁向一個(gè)新的臺(tái)階。如果說材料科學(xué)是強(qiáng)調(diào)材料的基本科學(xué)規(guī)律，關(guān)注材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，探知材料的微觀世界，解決材料的科學(xué)問題，那么材料工程則強(qiáng)調(diào)材料的基本工程應(yīng)用，關(guān)注材料的外在性能，揭示材料的宏觀現(xiàn)象，解決材料的工程問題。工程材料課程則是材料科學(xué)和材料工程的完美結(jié)合，材料科學(xué)為材料工程提供理論基礎(chǔ)，材料工程為材料科學(xué)的發(fā)展提供動(dòng)力。因此，本書立足于深入研究材料的科學(xué)理論，認(rèn)真探索材料的工程應(yīng)用，使材料更好地服務(wù)于工程，拓寬材料的工程應(yīng)用領(lǐng)域?！　”緯卜?4章，第1章為材料的性能，主要介紹材料相關(guān)性能的基本概念；第2章為金屬材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶，介紹金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)；第3章為金屬材料的組織性能控制，主要介紹控制材料組織性能的基本原理；第4章一第12章分別為工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、功能材料、生物醫(yī)用材料、納米材料，先介紹材料的基本結(jié)構(gòu)和性能，然后介紹材料的工程應(yīng)用，突出了工程實(shí)例；第13章為材料的失效與防護(hù)，主要介紹材料在工程應(yīng)用中失效的形式與防護(hù)措施；第14章為材料分析方法簡(jiǎn)介，主要以實(shí)例的形式介紹材料的分析方法和手段。

內(nèi)容概要

　　《工程材料》將材料科學(xué)與材料工程融為一體，在揭示材料科學(xué)基本原理的同時(shí)，注重介紹材料的工程應(yīng)用，體現(xiàn)了工程材料的發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)?！豆こ滩牧稀份^為全面地介紹了工程材料的相關(guān)知識(shí)，包括材料的性能、結(jié)構(gòu)、失效、分析方法、選擇，以及傳統(tǒng)材料新新型材料，并用大量的實(shí)例來介紹材料的工程應(yīng)用，開拓學(xué)生的工程思維。《工程材料》共分14章，分別為材料的性能、金屬材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶、金屬材料的組織性能控制、工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、功能材料、生物醫(yī)用材料、納米材料、材料的失效與防護(hù)和材料分析方法簡(jiǎn)介?！　　豆こ滩牧稀愤m用于工程訓(xùn)練課程體系中的“工程材料”課程，既可以作為機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的教科書，也可以作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)參考書，還可以作為相關(guān)技術(shù)人員的參考讀物。

書籍目錄

第1章 材料的性能1.1 材料的靜態(tài)力學(xué)性能1.1.1 靜態(tài)力學(xué)性能基本定義1.1.2 拉伸試驗(yàn)1.1.3 拉伸曲線1.1.4 靜態(tài)力學(xué)性能指標(biāo)1.2 材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能1.2.1 沖擊韌性1.2.2 疲勞1.3 材料的高溫力學(xué)性能1.4 材料的物理性能1.4.1 密度1.4.2 電學(xué)性能1.4.3 熱學(xué)性能1.4.4 磁學(xué)性能1.4.5 光學(xué)性能1.5 材料的化學(xué)性能1.5.1 耐腐蝕性1.5.2 抗氧化性1.6 材料的工藝性能1.6.1 鑄造性能1.6.2 鍛造性能1.6.3 焊接性能1.6.4 切削加工性能1.6.5 熱處理性能習(xí)題參考文獻(xiàn)第2章 金屬材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.1.1 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念2.1.2 常見的晶格類型2.1.3 晶體中的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)2.1.4.晶體中的間隙2.1.5 單晶體的各向異性和多晶體的各向同性2.1.6 多晶型性2.2 合金相結(jié)構(gòu)2.2.1 固溶體2.2.2 金屬間化合物2.3 金屬的晶體缺陷2.3.1 點(diǎn)缺陷2.3.2 線缺陷2.3.3 面缺陷2.4 純金屬的結(jié)晶2.4.1 金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象2.4.2 金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件2.4.3 金屬結(jié)晶的基本過程2.4.4 晶粒大小的控制2.5 二元合金相圖和合金的結(jié)晶2.5.1 二元合金相圖的建立2.5.2 勻晶相圖及其合金的結(jié)晶2.5.3 共晶相圖及其合金的結(jié)晶2.5.4 包晶相圖及其合金的結(jié)晶2.6 鐵碳合金相圖2.6.1 鐵碳合金的組元及基本相2.6.2 Fe-Fe，C相圖2.6.3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織2.6.4 碳含量對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章 金屬材料的組織性能控制3.1 金屬的塑性變形3.1.1 金屬塑性變形的本質(zhì)3.1.2 塑性變形對(duì)金屬材料組織性能的影響3.2 鋼的熱處理3.2.1 鋼的熱處理原理3.2.2 鋼的普通熱處理工藝3.2.3 鋼的表面熱處理工藝3.2.4 材料的表面處理技術(shù)簡(jiǎn)介習(xí)題參考文獻(xiàn)第4章 工業(yè)用鋼4.1 概述4.1.1 鋼的分類4.1.2 鋼的牌號(hào)4.2 結(jié)構(gòu)鋼4.2.1 工程結(jié)構(gòu)鋼4.2.2 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼4.3 工具鋼4.3.1 刃具鋼4.3.2 模具鋼4.3.3 量具鋼4.4 特殊性能鋼4.4.1 不銹鋼4.4.2 耐熱鋼4.4.3 耐磨鋼習(xí)題參考文獻(xiàn)第5章 鑄鐵5.1 鑄鐵的分類5.2 普通灰鑄鐵5.2.1 灰鑄鐵的化學(xué)成分5.2.2 灰鑄鐵的組織特點(diǎn)5.2.3 灰鑄鐵的牌號(hào)、性能及應(yīng)用5.2.4 灰鑄鐵的熱處理5.3 球墨鑄鐵5.3.1 球墨鑄鐵的化學(xué)成分5.3.2 球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)5.3.3 球墨鑄鐵的牌號(hào)、性能及應(yīng)用5.3.4 球墨鑄鐵的熱處理5.4 蠕墨鑄鐵5.4.1 蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分5.4.2 蠕墨鑄鐵的組織特點(diǎn)5.4.3 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、性能及應(yīng)用5.4.4 蠕墨鑄鐵的熱處理5.5 可鍛鑄鐵5.5.1 可鍛鑄鐵的化學(xué)成分5.5.2 可鍛鑄鐵的組織特點(diǎn)5.5.3 可鍛鑄鐵的牌號(hào)、性能及應(yīng)用5.5.4 可鍛鑄鐵的熱處理5.6 特殊性能鑄鐵5.6.1 耐熱鑄鐵5.6.2 耐磨鑄鐵5.6.3 耐蝕鑄鐵習(xí)題參考文獻(xiàn)第6章 有色金屬及其合金6.1 概述6.2 鋁及鋁合金6.2.1 工業(yè)純鋁6.2.2 鋁合金6.3 銅及銅合金6.3.1 工業(yè)純銅6.3.2 銅合金6.4 鈦及鈦合金6.4.1 工業(yè)純鈦6.4.2 鈦合金6.5 鎂及鎂合金6.5.1 工業(yè)純鎂6.5.2 鎂合金習(xí)題參考文獻(xiàn)第7章 高分子材料7.1 概述7.1.1 高分子材料的基本定義7.1.2 高分子材料的合成7.1.3 高分子材料的命名7.1.4 高分子材料的分類7.2 高分子材料的結(jié)構(gòu)7.2.1 高分子的鏈結(jié)構(gòu)7.2.2 高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)7.3 高分子材料的性能7.3.1 力學(xué)性能7.3.2 物理性能7.3.3 化學(xué)性能7.4 常用高分子材料7.4.1 塑料7.4.2 橡膠7.4.3 纖維習(xí)題參考文獻(xiàn)第8章 陶瓷材料8.1 概述8.1.1 陶瓷材料的定義8.1.2 陶瓷材料的分類8.2 陶瓷的典型結(jié)構(gòu)8.2.1 離子晶體、共價(jià)晶體和非晶體8.2.2 典型晶體結(jié)構(gòu)8.3 陶瓷材料的性能8.3.1 陶瓷材料的力學(xué)性能8.3.2 陶瓷材料的物理性能8.3.3 陶瓷材料的化學(xué)性能8，3.4 陶瓷材料的加工性能8.4 常用工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料8.4.1 氧化鋁陶瓷8.4.2 氧化鋯陶瓷8.4.3 碳化硅陶瓷8，4.4 氮化硅陶瓷8.4.5 金剛石與石墨8.5 陶瓷材料的應(yīng)用實(shí)例8.5.1 陶瓷刀具8.5.2 陶瓷軸承8.5.3 陶瓷保護(hù)套管習(xí)題參考文獻(xiàn)第9章 復(fù)合材料9.1 概述9.1.1 復(fù)合材料的定義9.1.2 復(fù)合材料的基體9.1.3 復(fù)合材料的增強(qiáng)體9.1.4 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的混合定律9.1.5 復(fù)合材料的分類9.1.6 復(fù)合材料的命名9.2 金屬基復(fù)合材料9.2.1 金屬基復(fù)合材料的定義9.2.2.金屬基復(fù)合材料的性能9.2.3 金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用9.3 陶瓷基復(fù)合材料9.3.1 陶瓷基復(fù)合材料的定義9.3.2 陶瓷基復(fù)合材料的性能9.3.3 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用9.4 聚合物基復(fù)合材料9.4.1 聚合物基復(fù)合材料的定義9.4.2 聚合物基復(fù)合材料的性能9.4.3 聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用習(xí)題參考文獻(xiàn)第10章 功能材料10.1 概述10.1.1 功能材料的定義10.1.2 功能材料的分類10.2 形狀記憶合金10.2 ，1形狀記憶合金概述10.2.2 典型形狀記憶合金10.2.3 形狀記憶合金的應(yīng)用10.3 壓電材料10.3.1 壓電材料概述10.3.2 典型壓電材料10.3.3 壓電材料的應(yīng)用10.4 磁致伸縮材料10.4.1 磁致伸縮材料概述10.4.2 典型磁致伸縮材料10.4.3 磁致伸縮材料的應(yīng)用習(xí)題參考文獻(xiàn)第11章 生物醫(yī)用材料11.1 概述11.1.1 生物醫(yī)用材料的定義11.1.2 生物醫(yī)用材料的生物性能11.1.3 生物醫(yī)用材料的分類11.2 生物醫(yī)用金屬材料11.2.1 生物醫(yī)用不銹鋼11.2.2 生物醫(yī)用鈷基合金11.2.3 生物醫(yī)用鈦及鈦合金11.2.4 生物醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金11.3 典型生物醫(yī)用陶瓷材料11.3.1 羥基磷灰石11.3.2 磷酸三鈣陶瓷11.4 典型生物醫(yī)用高分子材料11.4.1 膠原蛋白11.4.2 聚羥基乙酸（PGA）11.4.3 聚乳酸（PLA）11.4.4 聚己內(nèi)酯（PCL）11.5 生物醫(yī)用材料典型應(yīng)用實(shí)例11.5.1 生物醫(yī)用支架應(yīng)用實(shí)例11.5.2 骨折固定連接器件應(yīng)用實(shí)例11.5.3 人工關(guān)節(jié)應(yīng)用實(shí)例11.5.4 鎳鈦合金導(dǎo)絲應(yīng)用實(shí)例11.5.5 人工骨實(shí)例11.5.6 人造血管實(shí)例11.5.7 人工心臟瓣膜實(shí)例11.5.8 全人工心臟實(shí)例11.5.9 鎳鈦形狀記憶合金牙齒矯形裝置的應(yīng)用實(shí)例習(xí)題參考文獻(xiàn)第12章 納米材料12.1 概述12.2 納米材料的定義和分類12.3 納米材料的特性12.4 納米陶瓷材料12.5 納米金屬材料12.6 碳納米管12.7 納米材料的應(yīng)用習(xí)題參考文獻(xiàn)第13章 材料的失效與防護(hù)13.1 材料的失效與強(qiáng)韌化13.1.1 常見的失效類型13.1.2 材料的強(qiáng)化與韌化13.2 材料的腐蝕與防護(hù)13.2.1 電化學(xué)腐蝕的基本原理13.2.2 材料耐腐蝕性能的評(píng)價(jià)方法13.2.3 工程材料的腐蝕防護(hù)技術(shù)習(xí)題參考文獻(xiàn)第14章 材料分析方法簡(jiǎn)介14.1 概述14.2 光學(xué)顯微分析14.2.1 光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷程14.2.2 光學(xué)顯微分析的方法和原理14.2.3 光學(xué)顯微分析試樣的制備14.2.4 光學(xué)顯微分析在材料科學(xué)中的應(yīng)用14.3 電子顯微分析14.3.1 電子顯微鏡的構(gòu)造和原理14.3.2 電子顯微分析樣品的制備14.3.3 透射電鏡的應(yīng)用14.3.4 掃描電鏡的應(yīng)用14.4 差示掃描量熱分析14.4.1 差示掃描量熱分析的基本原理14.4.2 差示掃描量熱儀的應(yīng)用14.5 X射線衍射分析14.5.1 X射線衍射分析的原理和方法14.5.2 X射線衍射分析的應(yīng)用習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄各章專業(yè)英語(yǔ)詞匯

章節(jié)摘錄

　　工程材料包括結(jié)構(gòu)材料和功能材料，但無(wú)論是結(jié)構(gòu)材料還是功能材料，最終與工程應(yīng)用直接相關(guān)的是材料的性能。在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸與所選工程材料的性能指標(biāo)密切相關(guān)。為了正確選用工程材料，應(yīng)充分了解和掌握材料的性能?！　〔牧系男阅芸煞譃槭褂眯阅埽ㄎ锢硇阅?、化學(xué)性能、力學(xué)性能）和工藝性能等。物理性能包括密度、電學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、光學(xué)性能等?；瘜W(xué)性能包括耐腐蝕性能、抗氧化性能等。力學(xué)性能是指材料抵抗外力作用時(shí)所表現(xiàn)出來的各種性能，包括彈性、剛度、塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度、蠕變等。工藝性能是指為保證材料的加工能順利進(jìn)行而應(yīng)具備的性能，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等?！　?.1材料的靜態(tài)力學(xué)性能　　材料在力的作用下會(huì)發(fā)生尺寸或形狀的變化而產(chǎn)生變形，有些是可恢復(fù)原狀的變形，這是彈性變形；有些是無(wú)法恢復(fù)的變形，這是塑性變形。當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，材料會(huì)發(fā)生斷裂。材料在力的作用下所表現(xiàn)出來的這些行為，稱為材料的力學(xué)性能。不同的材料，由于各自的組織結(jié)構(gòu)不同，在力的作用下將表現(xiàn)出不同的力學(xué)行為?！　∪舾鞣N工作狀態(tài)下的工程構(gòu)件和機(jī)械零件受力（載荷）的大小與方向不隨時(shí)間變化而改變，或隨時(shí)間變化改變非常緩慢，這種載荷稱為靜載荷。材料在靜載荷作用下所表現(xiàn)出來的各種性能稱為靜態(tài)力學(xué)性能，它包括材料的彈性、剛度、塑性、強(qiáng)度和硬度等。

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