材料工程基礎

前言

　　本書是根據(jù)教育部1998年調整的最新專業(yè)目錄，為適應按系設置寬口徑專業(yè)的改革需要，本著加強基礎、淡化專業(yè)和寬口徑的宗旨，作為材料加工工程專業(yè)的通用教材，并作為“材料加工原理”、“材料加工工藝”和“工程材料”課程的配套教材而編寫的?！　”緯窃谇迦A大學出版社《材料工程基礎》第1版（2003年）的基礎上重編的。保留了《材料工程基礎》第1版中的一些重要內容，并參照國內外最新教材，按新的材料加工工程專業(yè)方向的要求，進行了較大的修改和補充。本書不僅系統(tǒng)介紹了材料科學與工程的基礎理論，而且各章節(jié)均緊密結合材料加工學科的現(xiàn)狀與發(fā)展動向，補充了較多的新事例，介紹了前沿性科研成果，為學生進一步學習材料加工工程的專業(yè)知識打下必要的基礎。如在“晶體結構”一章中，不但介紹了晶體結構的經典內容，而且介紹了準晶和液晶等新內容，以及分析晶體結構的X射線法；在“固體擴散”一章中，不僅介紹了擴散的一般特點，還介紹了離子晶體、共價晶體和非晶體擴散的特點，以及擴散與材料加工的關系等新內容；在“凝固”一章中，首先介紹了材料固化的一般理論，接著介紹了金屬凝固和高聚物的固化等，還增加了凝固理論的實際應用部分，介紹了微重力條件下金屬的凝固、定向凝固和急冷凝固技術等具有國際先進水平的新科研成果和前沿課題；既考慮到目前以金屬材料為主要加工對象的現(xiàn)狀，又注意到高分子材料和陶瓷在材料加工工程中日益廣泛應用的發(fā)展前景?！　”緯粌H介紹材料組織結構的知識，而且增力盯了材料性能尤其是力學性能的知識，重點突出材料的成分、加工工藝、組織結構與性能的關系，使學生更好地掌握本課程學習的主線?！　∨浜媳窘滩?，另外編寫了《材料工程基礎輔導與實驗》一書。內容包括《材料工程基礎》各章內容提要、習題、課堂討論指導書和實驗指導書，作為《材料工程基礎》的配套教材?！　”緯玫奖本┦薪逃瘑T會高等教育精品教材建設項目和清華大學“985”教材項目的資助，特表示衷心的感謝?！　”緯木帉憛⒖剂藝鴥韧獾挠嘘P教材、科技著作等文獻，在此特向有關作者致以深切的謝意。　　由于編者水平有限，本書不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

內容概要

本書闡述了材料科學與工程的基礎理論及其在材料加工工程中的應用，介紹了材料的成分、加工工藝、組織結構和性能之間的關系。主要包括原子結構與原子間結合鍵、晶體結構、固體中的擴散、材料的固化、相圖、固態(tài)相變與金屬熱處理、金屬的力學性能及其他性能、高分子材料的結構與性能、陶瓷的結構與性能等內容。    本書可作為高等院校材料科學與工程、材料加工工程和機械工程類專業(yè)學生的教材，也可供有關工程技術人員學習、參考。    本書為北京高等教育精品教材。

作者簡介

　　王昆林，清華大學機械工程系教授、博士生導師。清華大學機械工程系本科、碩士研究生畢業(yè)，后在清華大學機械工程系任教至今。從事“金屬學與熱處理”、“材料工程基礎”和“工程材料”等課程的教學工作，并從事碳納米材料，材料表面工程、復合材料等方面的科研工作，包括碳納米管的制備、表征與應用，激光表面處理、熱噴涂，表面改性層的摩擦磨損和高分子復合材料等。

書籍目錄

1 緒論2 原子結構與原子間結合鍵3 晶體結構4 固體中的擴散5 材料的固化6 相圖7 固態(tài)相變與金屬熱處理8 金屬的力學性能及其他性能9 高分子材料的結構與性能10 陶瓷的結構與性能參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1.3鐵器時代　　人類最早使用的鐵是來自宇宙空間的隕石鐵（又稱自然鐵，也叫隕鐵）。隕石鐵的主要成分是鐵和鎳，一般含鐵鎳量在98％以上，其中含鎳量為4％～20％，余為鐵，其他雜質元素含量很低，主要有鈷、磷、硫和碳。古埃及在距今5000年以前，曾用含鎳7.5％的隕石鐵做成鐵球?！　拿浪鞑贿_米亞出土的文物證明，在公元前3000年就有了鐵器；在公元前2000年就知道了鑄鐵技藝。盡管如此，他們對鑄鐵的了解和應用，遠不能與中國古代所掌握的鑄鐵技術和發(fā)展應用相比擬。我國從春秋戰(zhàn)國時期（公元前770年到公元前221年）已開始大量使用鐵器。質量達270kg的鑄鐵刑鼎是公元前513年鑄造的。春秋晚期出土的鐵器有江蘇六合程橋楚墓的鐵丸、長沙楚墓的鐵鍤和鐵鼎。戰(zhàn)國時期已有韌性鑄鐵生產工藝。從興隆戰(zhàn)國鐵器遺址中發(fā)掘出了澆鑄農具用的鐵模，說明冶鑄技術已由泥砂造型水平進入鐵模鑄造的階段。我國生產鑄鐵要比其他國家早許多個世紀。到了西漢時期，煉鐵技術又有了很大的提高，采用煤作為煉鐵的燃料，這要比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結構復雜，并有鼓風裝置和鑄造坑，可見當年生產規(guī)模之壯觀。我國的鐵器冶煉技術在戰(zhàn)國、秦、漢時期就不斷向外傳播，戰(zhàn)國時期傳到朝鮮，漢代時期傳到日本。應該說，我國在鐵器時代對人類作出了貢獻。我國古代創(chuàng)造了三種煉鋼方法，第一種是從礦石中直接煉出自然鋼；第二種是西漢時期經過“百次”冶煉鍛打的百煉鋼；第三種是南北朝時期生產的灌鋼。先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術，我國要比其他國家早1600多年。鋼的熱處理技術也達到了相當高的水平。西漢《史記·天官書》中有“水與火合為淬”一說，正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點?！稘h書·王褒傳》中記載有“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”的制劍技術。鋼鐵生產工具的發(fā)展，對生產力的發(fā)展和社會進步起了巨大的推動作用。　　1.1.4鋼鐵工業(yè)和有色金屬的發(fā)展　　鑄鐵的發(fā)展經歷了5000年的漫長歲月，只是到了瓦特發(fā)明蒸汽機以后，由于在鐵軌、鑄鐵管制造中的大量應用，才走上了工業(yè)發(fā)展的道路，而在此以前，鑄鐵只用來制作農具、兵器和祭器?！　?5世紀以后，歐洲的社會生產力有了長足的進步。15世紀初，煉鐵高爐首先在歐洲迅速發(fā)展。到17世紀，已有高達9m、日產鐵1t的高爐出現(xiàn)。煉鋼技術則是在蒸汽機出現(xiàn)（1755年）、能夠提供強大的鼓風和動力以后才得以發(fā)展的。1856年發(fā)明了酸性轉爐煉鋼；1864年發(fā)明了平爐煉鋼；1879年發(fā)明了堿性轉爐煉鋼；1899年發(fā)明了電弧爐煉鋼。由此，奠定了近代鋼鐵工業(yè)的基礎。

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