機械工程材料

前言

“機械工程材料”是高等學(xué)校機械類和近機械類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程的教學(xué)目的是從機械工程的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明機械工程材料的基本理論，介紹常用的機械工程材料及其應(yīng)用等基本知識，使學(xué)生了解材料的化學(xué)成分、加工工藝、微觀組織結(jié)構(gòu)及性能之間的關(guān)系。本教材經(jīng)過不斷修訂和逐步完善，特色日益凸顯：1.致力于科學(xué)性、系統(tǒng)性和實用性相結(jié)合。既體現(xiàn)教材的理論特點，又盡可能使其具有工程參考價值本書在理論知識的編寫上吸收了國內(nèi)外同類教材的優(yōu)點，力求做到全面、科學(xué)、系統(tǒng)、準(zhǔn)確；同時，密切結(jié)合工程設(shè)計的實際需要，列舉了許多在實際生產(chǎn)過程中具有較大參考價值和借鑒意義的應(yīng)用實例。2.體系完整。結(jié)構(gòu)合理本教材按照性能-結(jié)構(gòu)-凝固-加工工藝（塑性變形、熱處理）-常用工程材料-選材的順序編排和講解。包括材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論知識（第1～5章）、各種常用工程材料的特點與應(yīng)用（第6～12章）、零部件的失效（第13章）等內(nèi)容。3.編寫精練，適合課時普遍減少條件下的教學(xué)要求本教材雖然字?jǐn)?shù)不多，但內(nèi)容體系是眾多編者精心設(shè)計的，力求在盡可能少的學(xué)時里達到教學(xué)基本要求，努力拓展讀者的知識面。4.與前沿信息接軌。采用最新國家標(biāo)準(zhǔn)本教材中收集的數(shù)據(jù)和資料盡可能采用當(dāng)前最新的信息，需要采用國家標(biāo)準(zhǔn)之處，按照目前最新的國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以便于教師和學(xué)生掌握最新技術(shù)信息，也為工程技術(shù)人員查閱最新技術(shù)資料提供了方便。本次修訂，根據(jù)鋼鐵產(chǎn)品和鑄鐵牌號表示方法、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼、球墨鑄鐵、工業(yè)純鈦及鈦合金、切削工具用硬質(zhì)合金、變形鋁合金狀態(tài)代號、沖擊性能、鋼的退火與正火等標(biāo)準(zhǔn)的更新，對教材中的相應(yīng)內(nèi)容、圖表和附錄進行了修改、增刪及調(diào)整。

內(nèi)容概要

“機械工程材料”是高等學(xué)校機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程的目的是從機械工程的應(yīng)用角度出發(fā)，介紹常用的機械工程材料及其應(yīng)用等基本知識，使學(xué)生了解材料的化學(xué)成分、加工工藝、微觀組織結(jié)構(gòu)及性能之間的關(guān)系，并闡明機械工程材料的基本理論。 本教材自1988年第一版出版以來，一直深受廣大讀者的歡迎，先后經(jīng)過6次再版修訂，經(jīng)過近20年的不斷修訂和逐步完善，已經(jīng)形成以下比較鮮明的特色：致力于科學(xué)性、系統(tǒng)性和實用性相結(jié)合；體系完整，結(jié)構(gòu)合理；編寫精練；與前沿信息接軌，采用最新國家標(biāo)準(zhǔn)；體現(xiàn)國際化的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

書籍目錄

第0章　緒論　0.1　材料與材料科學(xué)　0.2　工程材料的分類及應(yīng)用　0.3　機械工程材料課程的目的、性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求第1章　材料的性能　1.1　材料的力學(xué)性能　　1.1.1　彈性與剛度　　1.1.2　強度與塑性　　1.1.3　硬度　　1.1.4　沖擊韌性　　1.1.5　疲勞　　1.1.6　斷裂韌性　　1.1.7　熱疲勞　1.2　材料的物理和化學(xué)性能　　1.2.1　材料的物理性能　　1.2.2　材料的化學(xué)性能　1.3　材料的工藝性能　　1.3.1　鑄造性　　1.3.2　可鍛性　　1.3.3　可焊性　　1.3.4　切削加工性　思考題第2章　材料的結(jié)構(gòu)　2.1　原子的結(jié)合方式　　2.1.1　離子鍵　　2.1.2　共價鍵　　2.1.3　金屬鍵　　2.1.4　分子鍵　2.2　晶體結(jié)構(gòu)的基本概念　　2.2.1　晶體與非晶體　　2.2.2　晶格　　2.2.3　晶胞　　2.2.4　立方晶系的晶面和晶向表示方法　2.3　金屬的結(jié)構(gòu)　　2.3.1　金屬的晶體結(jié)構(gòu)　　2.3.2　金屬的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)　2.4　陶瓷的結(jié)構(gòu)　　2.4.1　晶相　　2.4.2　玻璃相　　2.4.3　氣相　2.5　高分子材料的結(jié)構(gòu)　　2.5.1　高分子化合物的組成　　2.5.2　大分子鏈的結(jié)構(gòu)　　2.5.3　高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)　2.6　擴散　　2.6.1　擴散的宏觀規(guī)律　　2.6.2　擴散機制　　2.6.3　影響擴散的因素　思考題第3章　材料的凝固　3.1　純金屬的結(jié)晶　　3.1.1　結(jié)晶的熱力學(xué)條件　　3.1.2　純金屬的結(jié)晶過程　　3.1.3　同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變　3.2　合金的結(jié)晶　　3.2.1　二元相圖的建立　　3.2.2　二元相圖的基本類型與分析　3.3　鐵碳合金相圖　　3.3.1　鐵碳合金的組元和相　　3.3.2　鐵碳合金相圖的分析　　3.3.3　典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程　　3.3.4　含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響　3.4　凝固組織及其控制　　3.4.1　金屬及合金結(jié)晶后的晶粒大小及其控制　　3.4.2　鑄錠的組織及其控制　思考題第4章　金屬的塑性變形與再結(jié)晶　4.1　金屬的塑性變形　　4.1.1　單晶體金屬的塑性變形　　4.1.2　多晶體金屬的塑性變形　4.2　合金的塑性變形與強化　　4.2.1　單相固溶體合金的塑性變形與固溶強化　　4.2.2　多相合金的塑性變形與彌散強化　4.3　塑性變形對金屬組織和性能的影響　　4.3.1　塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響　　4.3.2　塑性變形對金屬性能的影響　　4.3.3　殘余內(nèi)應(yīng)力　4.4　回復(fù)與再結(jié)晶　　4.4.1　冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化　　4.4.2　再結(jié)晶溫度　　4.4.3　再結(jié)晶退火后的晶粒度　4.5　金屬的熱加工　　4.5.1　冷加工與熱加工的區(qū)別　　4.5.2　熱加工對金屬組織和性能的影響　思考題第5章　鋼的熱處理　5.1　概述　5.2　鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變　　5.2.1　奧氏體的形成過程　　5.2.2　奧氏體的晶粒大小及其影響因素　5.3　鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變　　5.3.1　過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程　　5.3.2　過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖　5.4　鋼的退火與正火　　5.4.1　退火　　5.4.2　正火　5.5　鋼的淬火與回火　　5.5.1　淬火　　5.5.2　回火　5.6　鋼的表面熱處理　　5.6.1　表面淬火　　5.6.2　化學(xué)熱處理　5.7　金屬材料表面處理新技術(shù)　　5.7.1　熱噴涂技術(shù)　　5.7.2　氣相沉積技術(shù)　　5.7.3　三束表面改性技術(shù)　思考題第6章　工業(yè)用鋼　6.1　鋼的分類與編號　　6.1.1　鋼的分類　　6.1.2　鋼的編號　6.2　鋼中雜質(zhì)與合金元素　　6.2.1　鋼中常存雜質(zhì)元素對性能的影響　　6.2.2　合金元素在鋼中的主要作用　6.3　結(jié)構(gòu)鋼　　6.3.1　碳素結(jié)構(gòu)鋼　　6.3.2　優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼　　　　6.3.3　低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼　　6.3.4　滲碳鋼　　6.3.5　調(diào)質(zhì)鋼　　6.3.6　彈簧鋼　　6.3.7　滾動軸承鋼　　6.3.8　耐磨鋼　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　耐熱鋼和高溫合金　思考題第7章　鑄鐵　7.1　概述　　7.1.1　鑄鐵的石墨化過程　　7.1.2　鑄鐵的特點及分類　7.2　常用鑄鐵　　7.2.1　灰鑄鐵　　7.2.2　可鍛鑄鐵　　7.2.3　球墨鑄鐵　　7.2.4　蠕墨鑄鐵　思考題第8章　有色金屬及其合金　8.1　鋁及鋁合金　　8.1.1　鋁及鋁合金的性能特點　　8.1.2　鋁合金的分類　　8.1.3　鋁合金的熱處理　　8.1.4　鋁合金的牌號、性能及用途　8.2　銅及銅合金　　8.2.1　銅及銅合金的性能特點　　8.2.2　黃銅　　8.2.3　青銅　　8.2.4　白銅　8.3　鈦及鈦合金　　8.3.1　工業(yè)純鈦　　8.3.2　鈦合金　8.4　軸承合金　　8.4.1　組織性能要求　　8.4.2　常用軸承合金　思考題第9章　高分子材料　9.1　概述　　9.1.1　高分子材料的分類和命名　　9.1.2　高分子材料的力學(xué)狀態(tài)　　9.1.3　常用高分子材料的化學(xué)反應(yīng)　9.2　常用高分子工程材料　　9.2.1　工程塑料　　9.2.2　合成橡膠　思考題第10章　陶瓷材料　10.1　概述　　10.1.1　陶瓷材料的特點　　10.1.2　陶瓷材料的分類　10.2　常用工業(yè)陶瓷　　10.2.1　普通陶瓷　　10.2.2　特種陶瓷　思考題第11章　復(fù)合材料　11.1　概述　　11.1.1　復(fù)合材料的分類和命名　　11.1.2　復(fù)合材料的特點　11.2　粒子增強復(fù)合材料與層狀復(fù)合材料　　11.2.1　粒子增強復(fù)合材料　　11.2.2　層狀復(fù)合材料　11.3　纖維增強復(fù)合材料　　11.3.1　纖維增強復(fù)合原則　　11.3.2　纖維的種類和性能　　11.3.3　纖維增強聚合物基復(fù)合材料　　11.3.4　纖維增強金屬基復(fù)合材料　　11.3.5　纖維增強陶瓷基復(fù)合材料　思考題第12章　新型工程材料　12.1　形狀記憶合金　　12.1.1　形狀記憶效應(yīng)　　12.1.2　形狀記憶效應(yīng)的機理　　12.1.3　形狀記憶合金的應(yīng)用　12.2　非晶態(tài)合金　　12.2.1　非晶態(tài)合金的制備　　12.2.2　非晶態(tài)合金的特性　　12.2.3　非晶態(tài)合金的應(yīng)用　12.3　超塑性合金　　12.3.1　超塑性現(xiàn)象　　12.3.2　超塑性合金　　12.3.3　超塑性合金的應(yīng)用　12.4　納米材料　　12.4.1　納米材料的特性　　12.4.2　納米材料的分類　　12.4.3　納米材料的制備　　12.4.4　納米新材料　　12.4.5　納米復(fù)合材料　　12.4.6　納米材料的應(yīng)用　思考題第13章　零部件的失效與選材　13.1　零部件的失效　　13.1.1　失效概念　　13.1.2　失效形式　　13.1.3　失效原因　　13.1.4　失效分析　13.2　零部件的選材　　13.2.1　選材的基本原則　　13.2.2　典型零部件選材及工藝分析　　13.2.3　典型設(shè)備及裝置的選材　思考題附錄　附錄1　常用鋼種的臨界溫度　附錄2　金屬熱處理工藝分類及代號　附錄3　變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號　附錄4　新舊GB700標(biāo)準(zhǔn)牌號對照　附錄5　國內(nèi)外部分鋼號對照　附錄6　化學(xué)元素周期表　附錄7　關(guān)鍵詞英漢對照及索引參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：陶瓷材料是以共價鍵和離子鍵結(jié)合為主的材料，其性能特點是熔點高、硬度高、耐腐蝕、脆性大。陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類。傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料（如黏土、石英、長石等）為原料的陶瓷，主要用做建筑材料；特種陶瓷又稱精細陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用做工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件；金屬陶瓷是金屬與各種化合物粉末的燒結(jié)體，主要用做工具和模具。高分子材料是以分子鍵和共價鍵結(jié)合為主的材料，具有塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好及密度小等特點。工程上使用的高分子材料主要包括塑料、橡膠及合成纖維等，在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運輸、航空航天等工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料，通過這種組合可達到進一步提高材料性能的目的。復(fù)合材料分為金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和聚合物基復(fù)合材料。如現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室中承受溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強化的鎳基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有密度低、彈性好、強度高等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，對材料的要求越來越苛刻，工程材料向高比強、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展，新材料也在不斷地涌現(xiàn)。機械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。無論是制造機床，還是建造輪船、石油化工設(shè)備，都要求產(chǎn)品技術(shù)先進、質(zhì)量高、壽命長、造價低。因此，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。這就要求機械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力?！皺C械工程材料”課程正是為實現(xiàn)這一目標(biāo)而設(shè)置的。機械工程材料課程是機械類和近機類各專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，課程的目的是使學(xué)生獲得工程材料的基本理論知識，掌握材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系，了解常用材料的應(yīng)用范圍和加工工藝，初步具備合理選用材料、正確確定加工方法、妥善安排加工工藝路線的能力。機械工程材料課程的內(nèi)容包括：①材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論知識（第1～5章）；②各種常用工程材料的特點與應(yīng)用（第6～12章）；③零部件的失效與選材（第13章）。按照性能-結(jié)構(gòu)-凝固-加工工藝（塑性變形、熱處理）-常用工程材料-選材的順序編排和講解。機械工程材料課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，基本概念多，與實際聯(lián)系密切。因此，在學(xué)習(xí)時應(yīng)注意聯(lián)系物理、化學(xué)、工程力學(xué)及金屬工藝學(xué)等課程的相關(guān)內(nèi)容，以加深對本課程內(nèi)容的理解；結(jié)合生產(chǎn)與應(yīng)用的實際，注重分析、理解和運用，強調(diào)前后知識的整體聯(lián)系和綜合應(yīng)用。

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