本书在教学内容安排上,以材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的关系规律这条主线贯穿始终,以利于学生建立完整的知识体系,保证教学内容的科学性和系统性。主要内容包括材料的性能、材料的结构、金属的塑性变形与再结晶、材料的凝固与相图、铁碳合金、材料的非平衡相变与热处理、表面处理、合金钢和铸铁,同时介绍了有色金属和常用非金属材料,并对机械零件的失效分析与选材等问题做了系统介绍。
本书注重学生分析问题与解决工程技术问题能力的培养及学生工程素质与创新思维能力的提高。以哲学思想为指导,深入剖析工程材料中的科学原理;从科学与技术的关系出发,培养学生的创新和创造思维。在内容编写上既体现了当前的国家标准与技术规范,同时秉承了工程材料与制造技术的历史传承和发展趋势,同时将思想政治教育融入课程教学中,培养学生的正确人生观。
本书可作为普通高等院校本科机械类和近机械类各专业的教材和参考书,也可供各类专科院校学生及机械制造工程技术人员参考。
本书按照高等学校本科机械专业规范、培养方案和课程教学大纲的要求,合理定位,由长期在教学一线从事教学工作,具有丰富教学经验的教师立足于教学改革的需要,整合工程材料、金属材料热处理及机械零件选材与失效等重要专业基础知识,以科学性、先进性、系统性和实用性为目标来编写,以适应不同类型、不同层次学校教学的需要。
工程材料的微观结构特性与强化方法及零件的选材等是获得优秀工业产品所必需的核心技术,企业必须在其微观结构和宏观性能上充分把握,产品才有市场竞争力。工程材料课程是工科院校进行产品设计和制造工艺教育的一门重要的专业基础课程,着重阐述铁碳合金等常用金属材料及其热处理等材料改性方法的基本原理与应用,内容上关注新技术、新工艺,兼具基础性、实用性、知识性、实践性与创新性等特点,是培养现代复合型人才的重要基础课程之一。本书注重学生获取知识、分析与解决工程技术问题能力的培养,力求着重体现学生工程素质与创新思维能力的培养要求。为此,本书在内容编写上既体现了的国家标准与技术规范,同时秉承了工程材料与制造技术的历史传承和发展趋势。本书在内容的选择和编排上具有以下特点:
1)贯穿主线。即在教学内容安排上,以材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的关系规律这条主线贯穿始终,以利于学生建立完整的知识体系,保证教学内容的科学性和系统性。
2)突出重点。即采用“删繁就简,削枝强干”的方法对教学内容进行调整,强调重点,促进学生对重点内容的掌握。
3)强调实用。即坚持从应用的角度出发,提高学生对课程学习的兴趣,培养学生对所学知识的综合运用能力。
教材的编写秉承哲学思想,深入剖析工程材料中的科学原理,从科学与技术的关系出发培养学生的创新和创造思维,同时将思想政治教育融入课程教学中,培养学生的正确人生观。
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本书由山东理工大学于文强、姜学波、王兆君、翟慎秋、郭娜娜等一线教师合力完成编写工作。殷凤仕教授和美国密苏里大学终身教授林于一审阅了全文并提出了极具建设性的改进意见。在此,编者向为本书的出版付出了辛苦劳动的全体同仁表示衷心的感谢!
本书可作为普通高等院校本科机械类、近机械类各专业的教材和参考书,也可供各类专科院校学生及机械制造工程技术人员用作学习参考书。
由于编者水平有限,不妥及疏漏之处在所难免,恳请广大读者批评指正。
编者前言
第0章绪论1
第1章材料的性能4
11力学性能4
111强度4
112塑性6
113硬度6
114冲击韧度9
115断裂韧度10
116疲劳12
12物理、化学性能15
13工艺性能16
14习题16
第2章材料的结构18
21材料结构的类型18
211结构类型18
212几何晶体学的基本概念18
213配位数和致密度20
214晶体的各向异性21
22金属键与金属的特性21
221金属键21
222金属的特性22
23纯金属常见的晶体结构23
231体心立方晶格23
232面心立方晶格23
233密排六方晶格24
24金属的实际晶体结构24
241多晶体结构和亚结构24
242晶体中的缺陷25
25合金的结构26
251固溶体27
252金属间化合物32
26习题36
第3章材料的凝固与相图37
31金属的凝固结晶37
311结晶概述38
312纯金属的冷却曲线和冷却现象38
313纯金属的结晶过程39
314晶粒大小与金属力学性能的
关系40
315金属的铸锭组织42
32二元合金相图的建立43
321基本概念43
322二元合金相图的建立44
323二元匀晶相图45
324二元共晶相图48
325二元包晶相图51
326形成稳定化合物的二元合金
相图52
327具有共析反应的二元合金相图53
328合金的性能与相图间的关系54
33习题57
第4章铁碳合金59
41铁碳合金中的相及组织59
411工业纯铁59
412铁碳合金的组织结构及其性能60
42金属的同素异构转变62
43铁碳合金相图分析63
431铁碳合金相图基础知识63
432典型铁碳合金的结晶过程分析66
433组织组成物计算70
434碳的质量分数对铁碳合金组织、
性能的影响70
435铁碳合金相图的应用71
44碳素钢72
441碳钢中常存杂质及对性能的
影响73
442碳素钢的分类、牌号及用途73
45习题78
第5章金属的塑性变形与再结晶81
51金属的塑性变形81
511金属单晶体的塑性变形81
512金属多晶体的塑性变形84
52金属的塑性变形对组织和性能的
影响86
521纤维组织86
522加工硬化86
523织构现象87
524残余应力88
53变形金属在加热时组织和性能的
变化88
531回复与再结晶88
532再结晶温度与晶粒度89
54金属的热变形加工91
541热变形加工与冷变形加工的
区别91
542金属的热变形加工对组织和
性能的影响92
55习题93
第6章材料的非平衡相变与热处理95
61钢的热处理原理95
611钢在加热时的组织转变95
612钢在冷却时的组织转变98
613过冷奥氏体的冷却转变曲线图103
62钢的普通热处理112
621钢的退火与正火112
622钢的淬火114
623钢的淬透性118
624钢的回火122
63钢的表面热处理126
631钢的表面淬火126
632钢的化学热处理128
64钢的其他热处理方法133
65热处理的技术条件和结构工艺性134
651热处理技术条件的标注134
652热处理零件的结构工艺性137
66典型零件热处理工艺分析139
661车床主轴热处理工艺139
66220CrMnTi变速箱齿轮的渗碳热
处理工艺140
67习题142
第7章合金钢145
71合金元素在钢中的作用145
711合金元素对钢中基本项的影响145
712合金元素对FeFe3C相图的
影响146
713合金元素对热处理的影响148
72合金钢的分类与编号151
721合金钢的分类151
722合金钢的编号方法151
73合金结构钢152
731低合金高强度结构钢152
732合金渗碳钢153
733合金调质钢156
734合金弹簧钢159
735滚动轴承钢162
74工具钢165
741刃具钢165
742合金模具钢174
743量具钢181
75特殊性能钢182
751不锈钢182
752耐热钢184
753耐磨钢185
76习题186
第8章铸铁189
81铸铁的石墨化189
811铁碳合金双重相图190
812石墨化方式和过程190
813影响石墨化的因素191
814铸铁的分类192
82灰铸铁193
821灰铸铁的化学成分、组织和
性能193
822灰铸铁的孕育处理194
823灰铸铁的牌号和应用195
824灰铸铁的热处理196
83球墨铸铁197
831球墨铸铁的成分、组织、性能和
用途197
832球墨铸铁的热处理200
84可锻铸铁201
85蠕墨铸铁203
86合金铸铁204
861耐磨铸铁204
862耐热铸铁205
863耐蚀铸铁207
87习题207
第9章有色金属与非金属材料209
91铝及铝合金209
911工业纯铝209
912铝合金210
92铜及铜合金213
921工业纯铜213
922铜合金214
93钛及其合金215
931纯钛215
932钛合金215
94滑动轴承合金216
941轴承合金的性能要求和组织
特征216
942轴承合金的分类及牌号216
95粉末冶金材料217
951硬质合金218
952烧结减摩材料219
953烧结铁基结构材料219
96高分子材料、陶瓷材料及复合材料220
961高分子材料220
962陶瓷材料225
963复合材料22