机械工程材料
本书依据高职高专机械制造类专业“机械工程材料”课程教学的能力目标和知识目标编写,从培养学生具有初步的工程实践技能出发,在内容的选取上,遵循“必需与够用”的原则,既保证基本内容够用,又注重知识的工程实用性,以利于培养学生分析问题和解决问题的能力。
本书内容包括:工程材料的基础性能、金属的结晶与铁碳合金相图、金属的塑性变形与再结晶、钢的热处理、工业用钢、铸铁、有色金属与粉末冶金材料、非金属材料、新材料简介、工程材料的失效与选用。每章后附有知识小结和适量的习题。
本书可作为高等职业院校机械工程及相关专业的教材,也可以作为成人高等教育用书及相关工程技术人员的参考用书。
绪 论……………………………………… 1
第1章 工程材料的基础性能…………… 3
1.1 静载时材料的力学性能……… 3
1.1.1 强度与塑性……………… 3
1.1.2 硬 度…………………… 6
1.2 动载时材料的力学性能……… 9
1.2.1 冲击韧性………………… 9
1.2.2 断裂韧度………………… 11
1.2.3 疲劳强度………………… 11
1.3 材料的高、低温力学性能…… 12
1.3.1 高温力学性能…………… 12
1.3.2 低温力学性能…………… 13
1.4 材料的工艺性能……………… 13
本章小结…………………………… 14
习 题……………………………… 15
第2章 金属的结晶与铁碳合金相图… 16
2.1 金属的晶体结构……………… 16
2.1.1 常见金属的晶体结构…… 16
2.1.2 实际金属的晶体结构…… 19
2.2 纯金属的结晶………………… 21
2.2.1 冷却曲线和过冷度……… 21
2.2.2 纯金属的结晶过程……… 22
2.2.3 晶粒大小及控制方法…… 23
2.3 二元合金相图………………… 25
2.3.1 合金的相结构…………… 25
2.3.2 二元合金相图…………… 27
2.3.3 二元合金相图的基本类型
…………………………… 28
2.4 合金性能与相图的关系……… 33
2.4.1 合金的力学性能、物理性能
与相图的关系…………… 33
2.4.2 合金的工艺性能与相图的
关系……………………… 34
2.5 铁碳合金的结晶……………… 34
2.5.1 纯铁的同素异构转变…… 34
2.5.2 铁碳合金的基本组织…… 35
2.5.3 铁碳合金相图…………… 37
2.5.4 铁碳合金相图的应用…… 40
本章小结…………………………… 48
习 题……………………………… 49
第3章 金属的塑性变形与再结晶…… 50
3.1 金属的塑性变形……………… 50
3.1.1 单晶体的塑性变形……… 50
3.1.2 多晶体的塑性变形……… 52
3.2 冷塑性变形对金属组织和性能
的影响………………………… 53
3.2.1 冷塑性变形对金属组织的
影响……………………… 53
3.2.2 冷塑性变形对金属性能的
影响……………………… 54
3.3 冷塑性变形金属在加热时组织
和性能的变化………………… 55
3.3.1 回 复…………………… 56
3.3.2 再结晶…………………… 56
3.3.3 晶粒长大………………… 57
3.3.4 再结晶后的晶粒大小…… 58
3.4 金属的热加工………………… 58
3.4.1 热加工的概念………… 58
3.4.2 热加工对金属组织和性能
的影响…………………… 59
本章小结…………………………… 60
习 题……………………………… 60
第4章 钢的热处理…………………… 61
4.1 热处理概述…………………… 61
4.1.1 热处理的实质、特点和作用
4.1.2 热处理的分类…………… 62
4.2 钢在加热时的组织转变……… 62
4.2.1 奥氏体的形成…………… 62
4.2.2 奥氏体晶粒的大小及影响
因素……………………… 64
4.3 钢在冷却时的组织转变……… 66
4.3.1 过冷奥氏体的等温转变
曲线……………………… 67
4.3.2 过冷奥氏体等温转变产物
的组织形态及性能……… 68
4.3.3 影响C曲线的因素…… 72
4.3.4 过冷奥氏体的连续冷却
转变……………………… 73
4.4 钢的退火与正火……………… 74
4.4.1 钢的退火………………… 74
4.4.2 钢的正火………………… 76
4.4.3 退火与正火的应用选择
…………………………… 77
4.5 钢的淬火……………………… 77
4.5.1 钢的淬火工艺…………… 78
4.5.2 淬火方法………………… 79
4.5.3 钢的淬硬性和淬透性…… 81
4.5.4 淬火缺陷及防止措施…… 83
4.6 钢的回火……………………… 84
4.6.1 回火的目的……………… 84
4.6.2 淬火钢在回火时组织与
性能的变化……………… 85
4.6.3 回火的分类及应用……… 87
4.7 钢的表面热处理……………… 87
4.7.1 感应加热表面淬火……… 88
4.7.2 火焰加热表面淬火……… 89
4.8 钢的化学热处理……………… 89
4.8.1 渗 碳…………………… 89
4.8.2 渗 氮…………………… 92
4.8.3 碳氮共渗………………… 93
4.9 其他热处理工艺……………… 94
4.9.1 真空热处理……………… 94
4.9.2 可控气氛热处理………… 95
4.9.3 激光热处理……………… 96
4.9.4 形变热处理……………… 97
4.10 热处理工艺的应用………… 98
4.10.1 预备热处理工艺位置… 98
4.10.2 最终热处理工艺位置… 98
4.10.3 热处理零件的结构工艺性
………………………… 99
本章小结…………………………… 100
习 题……………………………… 100
第5章 工业用钢……………………… 102
5.1 非合金钢(碳钢)…………… 102
5.1.1 合金元素对碳钢性能的
影响…………………… 102
5.1.2 碳钢的分类…………… 103
5.1.3 碳钢的牌号、性能与用途
………………………… 104
5.2 合金元素在钢中的作用…… 108
5.2.1 合金元素在钢中的存在
形式…………………… 108
5.2.2 合金元素对C曲线的影响
………………………… 109
5.2.3 合金元素对铁碳合金相图
的影响………………… 110
5.2.4 合金元素对钢热处理的
影响…………………… 111
5.3 合金钢的分类及牌号……… 114
5.3.1 合金钢的分类………… 114
5.3.2 合金钢的牌号………… 114
5.4 合金结构钢………………… 115
5.4.1 低合金结构钢………… 115
5.4.2 合金渗碳钢…………… 119
5.4.3 合金调质钢…………… 121
5.4.4 合金弹簧钢…………… 124
5.4.5 滚动轴承钢…………… 125
5.5 合金工具钢………………… 127
5.5.1 合金刃具钢…………… 127
5.5.2 合金量具钢…………… 133
5.5.3 合金模具钢…………… 134
5.6 特殊性能钢………………… 136
5.6.1 不锈钢………………… 136
5.6.2 耐热钢………………… 138
5.6.3 耐磨钢………………… 139
本章小结…………………………… 140
习 题……………………………… 140
第6章 铸 铁………………………… 142
6.1 铸铁的分类………………… 142
6.2 铸铁的石墨化及其影响因素
……………………………… 143
6.2.1 铁碳合金双重相图…… 143
6.2.2 铸铁的石墨化过程…… 144
6.2.3 影响石墨化的因素…… 144
6.3 灰铸铁……………………… 145
6.3.1 灰铸铁的组织和性能… 145
6.3.2 灰铸铁的孕育处理…… 147
6.3.3 灰铸铁的牌号及用途… 147
6.3.4 灰铸铁的热处理……… 147
6.4 可锻铸铁…………………… 148
6.4.1 可锻铸铁的生产过程… 148
6.4.2 可锻铸铁的组织和性能
………………………… 149
6.4.3 可锻铸铁的牌号及用途
………………………… 150
6.5 球墨铸铁…………………… 150
6.5.1 球墨铸铁的组织与性能
………………………… 150
6.5.2 球墨铸铁的牌号及用途
………………………… 151
6.5.3 球墨铸铁的热处理…… 152
6.6 蠕墨铸铁…………………… 153
6.6.1 蠕墨铸铁的生产过程… 153
6.6.2 蠕墨铸铁的组织与性能
………………………… 153
6.6.3 蠕墨铸铁的牌号及用途
………………………… 154
6.7 合金铸铁…………………… 155
6.7.1 耐磨铸铁……………… 155
6.7.2 耐热铸铁……………… 155
6.7.3 耐蚀铸铁……………… 156
本章小结…………………………… 156
习 题……………………………… 157
第7章 有色金属与粉末冶金材料…… 158
7.1 概 述……………………… 158
7.2 铝及铝合金………………… 158
7.2.1 工业纯铝……………… 158
7.2.2 铝合金………………… 159
7.2.3 铝合金的热处理……… 164
7.3 铜及铜合金………………… 166
7.3.1 纯 铜………………… 166
7.3.2 铜合金………………… 167
7.4 镁及镁合金………………… 171
7.4.1 纯镁及镁合金的性能特点
………………………… 171
7.4.2 镁合金的牌号及分类… 172
7.4.3 常用典型镁合金……… 173
7.5 钛及钛合金………………… 174
7.5.1 工业纯钛……………… 174
7.5.2 钛合金………………… 175
7.5.3 钛合金的热处理……… 176
7.6 滑动轴承合金……………… 177
7.6.1 对轴承合金性能的要求
………………………… 177
7.6.2 轴承合金的组织特征… 177
7.6.3 轴承合金的分类及牌号
表示方法……………… 178
7.6.4 常用的轴承合金及用途
………………………… 178
7.7 硬质合金…………………… 180
7.7.1 硬质合金的性能特点… 180
7.7.2 常用硬质合金………… 180
本章小结…………………………… 182
习 题……………………………… 183
第8章 非金属材料…………………… 184
8.1 高分子材料………………… 184
8.1.1 塑 料………………… 185
8.1.2 合成橡胶……………… 189
8.1.3 胶粘剂………………… 191
8.2 陶 瓷……………………… 192
8.2.1 陶瓷的分类…………… 193
8.2.2 陶瓷的组织结构……… 193
8.2.3 陶瓷的性能…………… 193
8.2.4 常用陶瓷材料………… 194
8.3 复合材料…………………… 195
8.3.1 复合材料的分类……… 195
8.3.2 复合材料的性能特点… 196
8.3.3 复合材料的制造方法… 197
8.3.4 常用复合材料………… 197
本章小结…………………………… 198
习 题……………………………… 199
第9章 新材料简介…………………… 200
9.1 贮氢合金…………………… 200
9.1.1 贮氢合金分类………… 200
9.1.2 贮氢合金的应用……… 201
9.2 形状记忆合金……………… 202
9.3 超导材料…………………… 203
9.3.1 超导现象产生的原理… 203
9.3.2 超导材料的分类……… 203
9.3.3 超导材料的应用……… 204
9.4 非晶态合金………………… 205
9.5 纳米材料…………………… 206
9.5.1 纳米材料的结构和优异
性能…………………… 206
9.5.2 纳米材料的制备……… 208
9.5.3 石墨烯材料简介……… 209
9.5.4 石墨烯材料的制备…… 209
9.5.5 石墨烯材料的应用…… 210
本章小结…………………………… 211
习 题……………………………… 211
第10章 工程材料的失效与选用…… 212
10.1 零件的失效………………… 212
10.1.1 失效的概念…………… 212
10.1.2 失效的形式…………… 212
10.1.3 零件失效的原因……… 213
10.2 选材的原则、方法与步骤… 214
10.2.1 选材的一般原则……… 214
10.2.2 选材的方法与步骤…… 216
10.3 典型零件的选材实例分析
……………………………… 217
10.3.1 轴类零件的选材……… 218
10.3.2 齿轮类零件的选材…… 219
10.3.3 手用丝锥的选材……… 220
10.3.4 机架、箱体类零件的选材
………………………… 221
本章小结…………………………… 221
习 题……………………………… 222
附 表…………………………………… 223
参考文献………………………………… 231
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