《工程材料》是机械设计制造及其自动化专业本科系列教材的一本。作为一名主要从事机械设计制造的工程技术人员,必须具有合理选择、正确使用材料的能力。各种机器零件、工程结构的设计离不开对各类工程材料分类、牌号、性能(包括使用性能和工艺性能)、组织、用途等相关知识内容的了解;机器零件的失效、工程结构的破坏分析也必然涉及对材料的分析,正确的分析结论和相应的改进措施的提出则有赖于现场工程技术人员对材料内部组织结构变化规律的深入认识和研究。因此,工程材料一直是机械设计制造及其自动化专业必修的一门重要技术基础课。
全书12章,前8章为金属材料部分,其中第1-4章讲述金属学基本知识,介绍有关金属材料的基本现象、基本概念、材料变化基本规律等问题,是合理选择、使用、强化金属材料的理论基础;第5章包括钢的热处理原理与工艺两部分,着重阐述钢在不同工艺条件下的组织转变规律,在此基础上,介绍钢的常用热处理工艺及在改善或强化钢的组织性能中的作用;第6、7、8章注意运用金属学与热处理原理方面的基本知识,对常用的工业用钢、铸铁、有色金属及合金进行了较系统全面的分析介绍,因此第5-8章,更是全书的**。

20世纪,人类文明达到了****的高度。由于相对论、量子论、基因论、信息论等科学技术成就的取得,现在人类在物质领域已深入到基本粒子世界,在生命科学领域已深入到分子水平,在思维科学领域则主要是数学和脑科学的巨大进步。科学技术的迅猛发展,促使科学技术综合化、整体化以及人文和科技相互渗透、相互融合的趋势加速。
近20年来,我们在经济战线上坚持市场取向的改革,实行以公有制为主体、多种所有制经济共同发展的基本经济制度,进行经济结构的战略性调整,推动两个根本性转变以及全方位、多层次、宽领域的对外开放,致使我国的经济体制也发生了巨大的变革。随着社会主义市场经济体制的建立和不断完善,社会对人才需求的多样性、适应性要求不断增强。
在人类即将跨入21世纪的时候,我国高等教育战线在教育要“面向现代化,面向世界,面向未来”的思想指引下,开展了起点高、立意新、系统性强、有组织、有计划、有步骤的教学改革工程。伴随着教学改革的不断深入,素质教育的观念、大工程的观念、终身教育以及回归工程的观念日益深入人心,人们对拓宽本科教育口径、加强和扩展本科教育共同基础的要求日益强烈。
1998年8月,教育部正式颁布了新的普通高等学校本科专业目录,专业总数由原来的500多种减少至249种。新专业目录的颁布,突破了传统的、狭隘的专业教育观念,拓宽了人才培养工作的视野,为人才培养能较好地适应科学技术和社会进步的需要创造了条件。许多学校也都以专业调整、改造和重组为契机,大力调整人才知识、能力和素质结构,拓宽基础,整合课程,构建新的专业平台,柔性设置专业方向,不断深化人才培养模式的改革。
教材建设是学校的*基本建设之一‘。教学改革的深入发展必然要求有相适应的教材。为适应新的专业培养目标和教学要求,组织编写出版供“机械设计制造及其自动化”新专业的教学用书,特别是系列教材就显得十分迫切和重要了。武汉理工大学出版社的领导和编辑们为改变目前国内已出版的机械类专业教材普遍存在的内容偏深、知识面偏窄的倾向,决定面向全国普通高等学校机械工程类专业的学生出版一套系列教材,这是一个非常好的决策。他们的这一决定也得到了全国几十所院校机械工程系的领导和众多专家、教授的积极响应和大力支持,并提出了许多建设性的意见,其中一些教授如合肥工业大学校长陈心昭教授、燕山大学校长王益群教授、江苏理工大学校长蔡兰教授、西安交通大学副校长束鹏程教授、西北工业大学常务副校长杨海成教授等还非常乐意地承担了该系列教材的主编、主审及编审委员会工作。
编写教材除了应该具有针对性外,还应努力编出特色。根据武汉理工大学出版社和教材编审委员会的决定,该系列教材将完全按照第二届全国高校机械工程类专业教学指导委员会提出的机械设计制造及其自动化宽口径专业培养方案中所设置的课程来编写,这就保证了该套教材可以具有课程体系新、专业口径宽、改革力度大的特点,并可以满足不同院校办出各自专业特色的需要。

1 金属的结构和结晶
1.1 金属的特征
1.2 金属的晶体结构
1.2.1 晶体与非晶体
1.2.2 纯金属的晶体结构
1.2.3 金属晶体中晶面和晶向的表示
1.2.4 金属晶体的各向异性
1.3 实际金属晶体中的晶体缺陷
1.3.1 点缺陷
1.3.2 位错
1.3.3 面缺陷
1.4 金属结晶的基本概念
1.4.1 液态金属的结构
1.4.2 结晶过程的宏观现象
1.4.3 金属结晶的微观基本过程
1.4.4 金属结晶的热力学条件
1.5 形核和长大
1.5.1 均质形核和异质形核
1.5.2 晶体的生长
1.6 晶粒大小控制
1.6.1 增大金属过冷度
1.6.2 孕育(变质)处理
本章小结
习题

2 二元合金的相图及结晶
2.1 合金中的相
2.1.1 固溶体
2.1.2 金属间化合物
2.2 二元合金相图的建立
2.2.1 二元相图表示方法
2.2.2 相图的测定
2.2.3 二元合金相图的使用
2.3 匀晶相图
2.3.1 相图分析
2.3.2 合金的结晶过程
2.3.3 合金凝固时的成分过冷现象
2.4 共晶相图
2.4.1 相图分析
2.4.2 典型合金的平衡结晶
2.5 包晶相图
2.5.1 相图分析
2.5.2 典型合金的平衡结晶过程
2.6 组元间形成稳定化合物的相图
2.7 由二元相图判断合金的性能
2.7.1 合金的力学性能和物理性能
2.7.2 合金的铸造性能
2.7.3 相图的局限性
本章小结
习题

3 铁碳合金和铁碳相图
3.1 Fe-Fe3C系合金的组元与基本相
3.1.1 组元
3.1.2 基本相
3.2 Fe-Fe3C相图
3.2.1 Fe-Fe3C相图中的恒温转变
3.2.2 三条特征曲线
3.3 铁碳合金的平衡结晶
3.3.1 工业纯铁(1)
3.3.2 共析钢(2)
3.3.3 亚共析钢(3)
3.3.4 过共析钢(4)
3.3.5 共晶白口铁(5)
3.3.6 亚共晶白口铁(6)
3.3.7 过共晶白口铁(7)
3.4 含碳量对铁碳合金组织与力学性能的影响
3.4.1 对平衡组织的影响
3.4.2 对力学性能的影响
3.5 钢中的杂质元素
3.5.1 硅和锰的影响
3.5.2 钢中其他杂质的影响
3.6 金属铸锭宏观组织
3.6.1 铸锭三晶区
3.6.2 铸锭(或铸件)晶粒组织对质量和性能的影响
3.6.3 影响铸件(或铸锭)晶粒组织的因素
3.6.4 铸件(或铸锭)的缺陷
本章小结
习题

4 金属及合金的塑性变形和再结晶
4.1 金属及合金的(冷)塑性变形
4.1.1 应力应变曲线和力学性能指标
4.1.2 单晶体金属的塑性变形
4.1.3 多晶体金属的塑性变形
4.1.4 合金的塑性变形
4.2 塑性变形对金属组织和性能的影响
4.2.1 组织结构的变化
4.2.2 对性能的影响
4.2.3 产生(残余)内应力
4.3 金属及合金的回复与再结晶
4.3.1 回复
4.3.2 再结晶
4.3.3 晶粒长大
4.3.4 再结晶退火和再结晶图
4.4 金属的热加工
4.4.1 金属热加工的概念
4.4.2 热加工对金属组织和性能的影响
4.4.3 热加工金属晶粒组织控制
4.5 固态金属中的扩散
4.5.1 扩散的微观机制
4.5.2 菲克扩散定律
4.5.3 影响扩散的主要因素
本章小结
习题

5 钢的热处理
5.1 钢在加热时的转变
5.1.1 奥氏体的形成过程
5.1.2 影响奥氏体形成速度的因素
5.1.3 奥氏体晶粒大小及其影响因素
5.2 钢在冷却时的转变
5.2.1 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
5.2.2 过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能
5.2.3 影响过冷奥氏体等温转变的因素
5.2.4 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
5.3 钢的退火和正火
5.3.1 退火目的及工艺
5.3.2 正火目的及工艺
5.4 钢的淬火
5.4.1 率火加热温度
5.4.2 淬火冷却介质
5.4.3 淬火冷却方法
5.5 钢的回火
5.5.1 淬火钢在回火时的转变与回火组织
5.5.2 回火钢的性能
5.5.3 火种类
5.5.4 火脆性
5.6 钢的淬透性
5.6.1 淬透性的概念
5.6.2 淬透性的测定及表示方法
5.6.3 淬透性曲线的应用
5.6.4 淬透性与机械设计
5.7 钢的表面淬火
5.7.1 感应加热表面淬火
5.7.2 火焰加热表面淬火
5.8 钢的化学热处理
5.8.1 化学热处理的基本过程
5.8.2 钢的渗碳
5.8.3 钢的氮化
5.8.4 钢的氰化
本章小结
习题

6 合金钢
6.1 概述
6.1.1 合金元素对钢中基本相的影响
6.1.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
6.1.3 合金元素对钢在加热和冷却时转变的影响
6.1.4 合金钢的分类
6.2 合金结构钢
6.2.1 合金结构钢的牌号表示方法
6.2.2 普通低合金结构钢
6.2.3 易切削钢
6.2.4 渗碳钢
6.2.5 调质钢
6.2.6 弹簧钢
6.2.7 滚动轴承钢
6.3 合金工具钢
6.3.1 合金工具钢的牌号表示方法
6.3.2 刃具钢
6.3.3 模具钢
6.3.4 量具钢
6.4 特殊性能钢
6.4.1 特殊性能钢的牌号表示方法
6.4.2 不锈钢
6.4.3 耐热钢
6.4.4 耐磨钢
本章小结
习题

7 铸铁
7.1 概述
7.1.1 铸铁的成分和特点
7.1.2 铸铁的石墨化过程
7.2 常用铸铁
7.2.1 灰口铸铁
7.2.2 可锻铸铁
7.2.3 球墨铸铁
7.2.4 特殊性能铸铁
本章小结

9 高分子材料
9.1 概述
9.2 高分子材料的结构
9.3 高分子材料的基本性能
9.4 工程塑料的基本组成与成型
9.5 常用工程塑料及其应用
9.6 合成橡胶
本章小结
习题

10 陶瓷材料
10.1 概述
10.2 陶瓷材料的几种典型结构
10.3 陶瓷的显微结构
10.4 陶瓷材料的性能
10.5 陶瓷材料的脆性与增韧
10.6 工程陶瓷材料及应用
本章小结
习题

11 复合材料
11.1 概述
11.2 复合材料的性能特点
11.3 树脂基复合材料
11.4 金属基复合材料
11.5 其他类型的复合材料
本章小结
习题

12 材料的机械性能及机械零件的失效与选材分析
12.1 材料承受静荷载时的机械性能
12.2 材料承受动载荷时的机械性能
12.3 材料承受变载荷时的机械性能
12.4 材料的断裂韧性
12.5 材料的蠕变
12.6 材料的摩擦与磨损
12.7 零件的失效分析
12.8 材料选择的一般原则
12.9 热处理零件的结构工艺性
12.10 典型零件的选材和工艺分析
本章小结
习题
参考文献
……