本書系統(tǒng)地介紹了機(jī)械工程技術(shù)人員必備的工程材料基本理論知識(shí)，并以實(shí)例說明了工程材料的選用和熱處理工藝規(guī)范等方面的內(nèi)容。全書共12章，內(nèi)容包括金屬材料的力學(xué)性能、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、合金的相結(jié)構(gòu)與相圖、鐵碳合金相圖、鋼的熱處理、金屬的強(qiáng)韌化及塑性變形、鋼的合金化及分類和編號(hào)、工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及粉末冶金材料、其他工程材料、零件選材及工藝路線等。為豐富教學(xué)內(nèi)容，本書增加了閱讀材料，讀者可掃描書中二維碼閱讀。
本書可作為高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等機(jī)械類和近機(jī)械類各專業(yè)教材，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書或企業(yè)員工的培訓(xùn)教材。
“機(jī)械工程材料”是高等學(xué)校機(jī)械類和近機(jī)械類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的教學(xué)目的是從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述機(jī)械工程材料的基本理論，使學(xué)生掌握材料的成分、結(jié)構(gòu)、制備工藝、組織及性能之間的關(guān)系，從而能夠正確選材、用材，合理安排熱處理工藝。
當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)全球化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、現(xiàn)代裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)移升級等勢頭強(qiáng)勁，企業(yè)工程技術(shù)人員必須具備較為全面的機(jī)械、材料、控制等學(xué)科知識(shí)，其中工程材料知識(shí)已成為工程教育認(rèn)證要求的必備知識(shí)。本書基于應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展和工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景，結(jié)合編者多年的企業(yè)工作和高校教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并吸收了近年來本課程的教學(xué)改革成果編寫而成。
本書是校企合作的成果，在編寫過程中注重理論知識(shí)與工程背景、工程應(yīng)用的有機(jī)聯(lián)系，書中列舉了有較大參考價(jià)值和借鑒意義的工程材料選用實(shí)例，特別是密切結(jié)合了我國歷史上或近現(xiàn)代在材料制備和應(yīng)用方面取得的成就，以幫助學(xué)生樹立工程意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展觀，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)高校培養(yǎng)與企業(yè)人才需求的無縫銜接。
本書致力于科學(xué)性、系統(tǒng)性和應(yīng)用性的結(jié)合，力求體系完整、結(jié)構(gòu)合理。書中各章均以“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”(問題)為導(dǎo)向，有明確的“學(xué)習(xí)成果達(dá)成要求”，章節(jié)編排以“使用性能—結(jié)構(gòu)與合成—組織與性能—強(qiáng)韌化工藝(塑性變形、熱處理、合金化)—常用工程材料—選材用材”為主線，介紹了各類工程材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝、性能特點(diǎn)和應(yīng)用，突出兩圖(鐵碳合金相圖、C曲線)在科學(xué)研究和指導(dǎo)生產(chǎn)中的重要地位，結(jié)合實(shí)例說明了選用材料的原則和方法，并以二維碼的形式給出了部分?jǐn)U展資料和各章的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)。
本書編寫按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，盡可能采用最新的數(shù)據(jù)和資料，適當(dāng)增加新材料、新工藝、新技術(shù)，突出機(jī)械工程材料的應(yīng)用。本書可作為高等學(xué)校機(jī)械類和近機(jī)械類各專業(yè)教材，也可供高職高專、中職和網(wǎng)絡(luò)教育等學(xué)校有關(guān)專業(yè)選用，亦可作為有關(guān)工程技術(shù)人員的參考書或企業(yè)員工的培訓(xùn)教材。
本書的主要編寫人員均來自洛陽理工學(xué)院，李妙玲、武亞平擔(dān)任主編，陳智勇、李豪、季曄、梁莉、任海軍、祖大磊擔(dān)任副主編。全書由李妙玲統(tǒng)稿。具體編寫分工為：李妙玲編寫緒論和第一、二章，武亞平編寫第五章，李豪編寫二維碼內(nèi)容(如三元合金相圖基礎(chǔ)、擴(kuò)散和各章小結(jié)等)，任海軍編寫第三、四、十二章，季曄編寫第六、十章，梁莉編寫第七、十一章，陳智勇和祖大磊編寫第八、九章，目錄、附錄、參考文獻(xiàn)等由武亞平整理。
本書在編寫過程中得到了西北工業(yè)大學(xué)齊樂華教授、中北大學(xué)原美妮教授的指導(dǎo)，在此表示感謝。中信重工機(jī)械股份有限公司張志勇、洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司楊紀(jì)昌、河南特種設(shè)備檢測研究院洛陽分院劉振剛對本書的編寫給予了極大的支持，并提出了寶貴意見。
與本書配套的《機(jī)械工程材料習(xí)題集》《機(jī)械工程材料實(shí)驗(yàn)教程》將陸續(xù)出版，歡迎選用。
在本書的編寫過程中，作者參閱了有關(guān)教材、標(biāo)準(zhǔn)、資料，在此向相關(guān)作者表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
編 者
2022年2月
緒論 1
第一章 金屬材料的力學(xué)性能 6
1.1 金屬材料在靜載荷下的力學(xué)性能 6
1.1.1 強(qiáng)度和塑性 7
1.1.2 硬度 10
1.2 金屬材料在動(dòng)載荷下的力學(xué)性能 15
1.2.1 沖擊韌性 15
1.2.2 疲勞強(qiáng)度 17
1.2.3 斷裂韌性 18
1.3 高溫下材料的力學(xué)性能 19
1.4 耐磨性 21
習(xí)題與思考題 21
第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 23
2.1 晶體與晶體結(jié)構(gòu) 23
2.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 25
2.2.1 常見金屬的晶格類型 26
2.2.2 晶面與晶向的表示方法 28
2.3 實(shí)際金屬中的晶體缺陷 30
2.4 金屬的結(jié)晶 33
2.4.1 純金屬的結(jié)晶 33
2.4.2 金屬結(jié)晶理論的應(yīng)用 38
習(xí)題與思考題 41
第三章 合金的相結(jié)構(gòu)與相圖 42
3.1 合金的相結(jié)構(gòu)和相圖的建立 42
3.1.1 合金的相結(jié)構(gòu)及其性能 43
3.1.2 合金的結(jié)晶與相圖的建立 46
3.2 二元合金相圖基礎(chǔ) 48
3.2.1 二元?jiǎng)蚓鄨D 48
3.2.2 二元共晶相圖 50
3.2.3 其他類型的相圖 54
3.3 合金性能與相圖間的關(guān)系 56
3.3.1 合金的使用性能與相圖的關(guān)系 56
3.3.2 合金的工藝性能與相圖和成分的
關(guān)系 57
習(xí)題與思考題 59
第四章 鐵碳合金相圖 60
4.1 鐵碳合金中的基本相和組織 60
4.1.1 同素異構(gòu)(晶)轉(zhuǎn)變和重結(jié)晶 61
4.1.2 鐵碳合金中的基本相和組織 61
4.2 Fe-Fe3C相圖 65
4.3 典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織 67
4.3.1 工業(yè)純鐵 68
4.3.2 碳鋼 68
4.3.3 白口鑄鐵 74
4.4 含碳量對鐵碳合金組織和性能的
影響 77
4.4.1 含碳量與平衡組織及力學(xué)性能的
關(guān)系 77
4.4.2 鐵碳合金相圖的應(yīng)用 79
習(xí)題與思考題 82
第五章 鋼的熱處理 83
5.1 鋼的熱處理概述 84
5.2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 85
5.2.1 奧氏體的形成過程 85
5.2.2 影響奧氏體轉(zhuǎn)變和晶粒大小的
因素 87
5.3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 90
5.3.1 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變
曲線 90
5.3.2 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的
組織形態(tài)與性能 91
5.3.3 影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的
因素 97
5.3.4 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 99
5.4 鋼的普通熱處理 101
5.4.1 鋼的退火和正火 101
5.4.2 鋼的淬火 104
5.4.3 鋼的回火 109
5.4.4 鋼的淬透性 113
5.5 鋼的表面淬火 117
5.6 鋼的化學(xué)熱處理 120
5.6.1 化學(xué)熱處理的基本過程 120
5.6.2 鋼的滲碳和滲氮 121
5.7 熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注及工序位置的
安排 127
5.8 熱處理新技術(shù)和新工藝 129
5.9 鋼鐵材料的表面處理技術(shù) 131
5.9.1 電鍍 131
5.9.2 化學(xué)鍍 132
5.9.3 氣相沉積技術(shù) 133
5.9.4 熱噴涂 135
5.9.5 表面形變強(qiáng)化 136
習(xí)題與思考題 137
第六章 金屬的強(qiáng)韌化及塑性變形 140
6.1 金屬材料的強(qiáng)韌化機(jī)理及常用途徑 140
6.2 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 144
6.2.1 單晶體的塑性變形 144
6.2.2 多晶體的塑性變形 148
6.3 塑性變形對金屬組織和性能的影響 149
6.3.1 冷塑性變形對金屬組織的影響 149
6.3.2 冷塑性變形對金屬性能的影響 150
6.4 冷變形金屬在加熱時(shí)的變化 152
6.4.1 回復(fù)和再結(jié)晶 152
6.4.2 再結(jié)晶后的晶粒大小 154
6.5 金屬的熱塑性變形(熱變形加工) 155
習(xí)題與思考題 157
第七章 鋼的合金化及分類和編號(hào) 159
7.1 鋼中常存雜質(zhì)元素及其對鋼性能的
影響 159
7.2 合金元素在鋼中的主要作用 161
7.2.1 合金元素對鋼中基本相的影響 161
7.2.2 合金元素對Fe-Fe3C相圖的
影響 163
7.2.3 合金元素對鋼熱處理的影響 164
7.3 合金化對鋼強(qiáng)韌性的作用 166
7.4 鋼的分類 168
7.5 鋼的編號(hào)及統(tǒng)一數(shù)字代號(hào) 169
習(xí)題與思考題 174
第八章 工業(yè)用鋼 175
8.1 結(jié)構(gòu)鋼 175
8.1.1 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)鋼 176
8.1.2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 178
8.1.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼(滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、
彈簧鋼、軸承鋼、鑄造碳鋼) 181
8.1.4 其他專用結(jié)構(gòu)鋼(易切削結(jié)構(gòu)鋼和
鍋爐壓力容器用鋼) 193
8.2 工模具鋼 196
8.2.1 刃具用鋼 196
8.2.2 模具用鋼 205
8.2.3 量具用鋼 216
8.2.4 軋輥用鋼 218
8.3 特殊性能鋼 220
8.3.1 不銹鋼 220
8.3.2 耐熱鋼 226
8.3.3 耐磨鋼 230
8.3.4 其他特殊鋼 232
習(xí)題與思考題 234
第九章 鑄鐵 236
9.1 鑄鐵的分類及石墨化 236
9.1.1 鑄鐵石墨化 237
9.1.2 鑄鐵分類及特點(diǎn) 239
9.2 常用鑄鐵 241
9.2.1 灰鑄鐵 241
9.2.2 球墨鑄鐵 244
9.2.3 可鍛鑄鐵 246
9.2.4 蠕墨鑄鐵 248
9.3 特殊性能合金鑄鐵 250
9.4 鑄鐵的熱處理 253
9.4.1 灰鑄鐵的熱處理 253
9.4.2 球墨鑄鐵的熱處理 254
習(xí)題與思考題 256
第十章 有色金屬及粉末冶金材料 257
10.1 鋁及鋁合金 257
10.1.1 工業(yè)純鋁 257
10.1.2 鋁合金 258
10.1.3 形變鋁合金 261
10.1.4 鑄造鋁合金 263
10.2 銅及銅合金 265
10.2.1 工業(yè)純銅 265
10.2.2 銅合金 266
10.3 鎂及鎂合金 270
10.3.1 工業(yè)純鎂 270
10.3.2 鎂合金 270
10.4 鈦及鈦合金 273
10.4.1 工業(yè)純鈦 273
10.4.2 鈦合金 274
10.5 軸承合金 275
10.6 粉末冶金材料 278
10.6.1 粉末冶金的分類和用途 279
10.6.2 硬質(zhì)合金 282
習(xí)題與思考題 283
第十一章 其他工程材料 284
11.1 高分子材料 284
11.1.1 高分子材料的結(jié)構(gòu)和
力學(xué)狀態(tài) 284
11.1.2 高分子材料的力學(xué)、物化性能
特點(diǎn) 288
11.1.3 常用高分子材料 290
11.2 陶瓷材料 296
11.2.1 陶瓷材料及其分類 296
11.2.2 陶瓷材料的制備和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 297
11.2.3 陶瓷材料的力學(xué)、物化
性能特點(diǎn) 300
11.2.4 陶瓷及其復(fù)合材料的研究和
應(yīng)用 301
11.3 復(fù)合材料 305
11.3.1 復(fù)合材料的分類和性能 305
11.3.2 常用復(fù)合材料及應(yīng)用 308
11.4 新型材料 311
11.4.1 形狀記憶合金 311
11.4.2 非晶態(tài)合金 313
11.4.3 超塑性合金 316
11.4.4 納米材料 317
習(xí)題與思考題 321
第十二章 零件選材及工藝路線 322
12.1 機(jī)械零件的主要失效形式及失效
分析 322
12.1.1 機(jī)械零件的主要失效形式 323
12.1.2 工程材料的失效分析方法 324
12.2 機(jī)械零件選材原則和步驟 325
12.2.1 選材方法 325
12.2.2 選材步驟和方法 329
12.3 典型零件選材及工藝路線 330
12.3.1 齒輪類 331
12.3.2 軸類 333
12.3.3 典型彈簧零件材料選擇 337
12.3.4 刃具的選材 338
12.3.5 機(jī)架和箱體零件選材 341
12.3.6 典型農(nóng)機(jī)零件的選材 342
12.3.7 壓力容器的選材 343
12.3.8 冷作模具選材 345
12.3.9 熱作模具選材 346
習(xí)題與思考題 347
附錄 主要相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn) 349
參考文獻(xiàn) 352
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