參考了近10年來武漢理工大學(xué)金工學(xué)部自編教材，按照普通高等學(xué)校工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)系列課程教學(xué)基本要求和教學(xué)改革精神，我們總結(jié)工程材料課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)近10年來的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上，對課程內(nèi)容重新進(jìn)行梳理和編排，編寫了這部《工程材料》校級規(guī)劃教材。教材力求緊扣大綱、重點(diǎn)突出、內(nèi)容簡潔、通俗實(shí)用，符合新工科建設(shè)和一流本科課程建設(shè)需要，滿足機(jī)械工程類、車輛工程、能源與動(dòng)力工程、汽車服務(wù)、材料成型及控制工程、油氣儲運(yùn)等專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。
全書由3部分組成： 第1部分由第1~6章組成，講述了工程材料的基本概念和基本理論、合金結(jié)構(gòu)、組織和性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律，內(nèi)容主要有材料的原子結(jié)合方式及性能、材料的晶體結(jié)構(gòu)、純金屬與合金的結(jié)晶、鐵碳合金相圖與碳素鋼、金屬的塑性變形及再結(jié)晶、鋼的熱處理及表面技術(shù)； 第2部分由第7~13章組成，介紹了各種不同工程材料的成分、組織和性能及其應(yīng)用方面的知識，主要內(nèi)容包括常見金屬材料(合金鋼、鑄鐵與鑄鋼)、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料和功能材料及新型材料； 第3部分為工程材料的應(yīng)用部分，由第14章和第15章組成，介紹了機(jī)械零件的失效、選材方面的知識和工程材料在機(jī)械、汽車、機(jī)床等領(lǐng)域的應(yīng)用情況，主要內(nèi)容有材料失效分析及工程材料的合理選用、典型零件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)。
本教材在傳統(tǒng)基礎(chǔ)教學(xué)知識的基礎(chǔ)上，部分章節(jié)增加了新材料、新技術(shù)、新工藝以及工程應(yīng)用實(shí)例內(nèi)容，具有以下特點(diǎn)：
（1） 針對工程材料課程學(xué)時(shí)減少及專業(yè)基礎(chǔ)課程提前進(jìn)行的特點(diǎn)，考慮到該課程與中學(xué)物理、化學(xué)及后續(xù)課程的內(nèi)容銜接，對部分晦澀難懂的概念進(jìn)行了重新表述，如相、組織、二元合金相圖的分析，冷變形過程中金屬材料的回復(fù)問題，鋼在冷卻過程中的組織變化規(guī)律等。此外，本教材以工程材料的成分平衡及非平衡狀態(tài)下的組織力學(xué)性能合理選材及失效分析為教學(xué)主線，抽絲剝繭，條理清晰，內(nèi)容完整，便于學(xué)生理解和掌握。
（2） 擴(kuò)大了知識面，優(yōu)化了教材內(nèi)容。根據(jù)不同專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃及畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，精煉了傳統(tǒng)金屬材料方面的內(nèi)容； 增加了復(fù)合材料、功能材料和表面改性內(nèi)容； 突出了選材和材料應(yīng)用分析方面的知識，以適應(yīng)新的教學(xué)要求。
（3） 計(jì)量單位和名詞標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)量單位統(tǒng)一采用國際單位制，并以國際代碼表示。特別是材料的力學(xué)性能表示符號，采用最新國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.12021《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分： 室溫試驗(yàn)方法》。
本書由武漢理工大學(xué)吳超華、史曉亮負(fù)責(zé)編寫、修訂和統(tǒng)稿，并擔(dān)任主編。其中，吳超華編寫緒論、第1~3章和第5章； 彭兆編寫第4章； 黃豐編寫第6章； 潘運(yùn)平編寫第7章； 江麗編寫第8章； 史曉亮編寫第9章、第12章和第13章； 楊爽編寫第10章、第11章； 張麗編寫第14章、第15章； 王弢負(fù)責(zé)全書插圖的繪制和審核工作。
本教材的編寫和出版得到了武漢理工大學(xué)本科教材建設(shè)專項(xiàng)基金項(xiàng)目的資助，并被列為武漢理工大學(xué)十三五第一批規(guī)劃教材。同時(shí)，編者參考并引用了一些已出版圖書、期刊等資料中的相關(guān)內(nèi)容。在此書出版之際，謹(jǐn)向支持和幫助本書出版的熱心人士致謝，向所有對本書內(nèi)容作出貢獻(xiàn)的各位參考文獻(xiàn)的作者致謝。
由于編者水平有限，時(shí)間倉促，教材中的缺點(diǎn)與疏漏難免，懇請讀者批評指正。
編者
2023年12月
0緒論
0.1材料的發(fā)展史
0.2工程材料的分類
0.2.1金屬材料
0.2.2高分子材料
0.2.3陶瓷材料
0.2.4復(fù)合材料
0.3工程材料與機(jī)械工程
0.4工程材料課程的任務(wù)與內(nèi)容
復(fù)習(xí)思考題
1材料的原子結(jié)合方式及性能
1.1材料的結(jié)合方式與結(jié)合鍵
1.1.1晶體和非晶體
1.1.2結(jié)合力與結(jié)合能
1.1.3材料的結(jié)合鍵
1.2靜載荷下材料的力學(xué)性能
1.2.1強(qiáng)度、剛度和塑性
1.2.2硬度
1.3動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能
1.3.1沖擊韌性
1.3.2疲勞強(qiáng)度
1.3.3斷裂韌度
1.4材料的物理、化學(xué)及工藝性能
1.4.1材料的物理性能
1.4.2材料的化學(xué)性能
1.4.3材料的工藝性能
復(fù)習(xí)思考題
2材料的晶體結(jié)構(gòu)
2.1晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識
2.1.1晶格結(jié)構(gòu)與晶胞
2.1.2晶系與晶格常數(shù)
2.1.3晶面指數(shù)和晶向指數(shù)
2.1.4常見的3種晶體結(jié)構(gòu)
2.1.5純金屬的晶體結(jié)構(gòu)
2.2實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷
2.2.1單晶體與多晶體
2.2.2晶體缺陷
2.2.3晶體缺陷對機(jī)械性能及固態(tài)相變過程的影響
復(fù)習(xí)思考題
3純金屬與合金的結(jié)晶
3.1純金屬的結(jié)晶
3.1.1結(jié)晶的基本概念
3.1.2結(jié)晶的一般規(guī)律
3.1.3細(xì)化晶粒的途徑
3.2金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變
3.3合金的結(jié)晶
3.3.1合金的相結(jié)構(gòu)及性能
3.3.2二元合金相圖與結(jié)晶過程分析
復(fù)習(xí)思考題
4鐵碳合金相圖與碳素鋼
4.1鐵碳合金的相與基本組織
4.1.1鐵碳合金的組元
4.1.2鐵碳合金的基本相
4.1.3鐵碳合金的基本組織
4.2鐵碳合金相圖
4.2.1鐵碳合金相圖概述
4.2.2Fe-Fe3C相圖分析
4.2.3典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析
4.3鐵碳合金成分、組織和性能關(guān)系
4.3.1含碳量對平衡組織的影響
4.3.2含碳量對力學(xué)性能的影響
4.3.3含碳量對工藝性能的影響
4.4鐵碳合金相圖的應(yīng)用
4.5碳素鋼
復(fù)習(xí)思考題
5金屬的塑性變形及再結(jié)晶
5.1金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)
5.1.1單晶體的塑性變形
5.1.2多晶體的塑性變形
5.2冷塑性變形對金屬組織和性能的影響
5.2.1金屬組織和結(jié)構(gòu)變化
5.2.2金屬性能的變化
5.2.3殘余內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生
5.3冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化
5.3.1回復(fù)
5.3.2再結(jié)晶
5.4金屬的熱塑性變形
5.4.1冷加工與熱加工的區(qū)別
5.4.2熱加工對金屬組織和性能的影響
復(fù)習(xí)思考題
6鋼的熱處理及表面技術(shù)
6.1概述
6.1.1熱處理的實(shí)質(zhì)、目的及應(yīng)用范圍
6.1.2熱處理的分類及工藝曲線
6.2熱處理過程中鋼的組織轉(zhuǎn)變
6.2.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變
6.2.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變
6.3鋼的整體熱處理工藝
6.3.1鋼的退火與正火
6.3.2鋼的淬火
6.3.3鋼的回火
6.3.4鋼的熱處理缺陷及防止
6.4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理
6.4.1鋼的表面淬火
6.4.2鋼的化學(xué)熱處理
6.4.3表面淬火和化學(xué)熱處理的比較
6.5熱處理新技術(shù)、新工藝
6.5.1形變熱處理
6.5.2真空熱處理
6.5.3可控氣氛熱處理
6.6機(jī)械制造過程中的熱處理
6.6.1熱處理與金屬切削加工性的關(guān)系
6.6.2熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注及工序位置的安排
6.6.3熱處理工程實(shí)例
復(fù)習(xí)思考題
7合金鋼
7.1鋼的合金化
7.1.1合金鋼的分類及編號
7.1.2合金元素在鋼中的作用
7.2合金結(jié)構(gòu)鋼
7.2.1低合金高強(qiáng)度鋼
7.2.2合金滲碳鋼
7.2.3合金調(diào)質(zhì)鋼
7.2.4彈簧鋼
7.2.5滾動(dòng)軸承鋼
7.2.6易切削鋼
7.3合金工具鋼
7.3.1合金刃具鋼
7.3.2合金模具鋼
7.3.3合金量具鋼
7.4特殊性能鋼
7.4.1不銹鋼
7.4.2耐熱鋼
7.4.3耐磨鋼
復(fù)習(xí)思考題
8鑄鐵與鑄鋼
8.1概述
8.2常見鑄鐵
8.2.1鑄鐵的特征及分類
8.2.2鑄鐵的石墨化及其影響因素
8.2.3灰口鑄鐵
8.2.4球墨鑄鐵
8.2.5可鍛鑄鐵
8.2.6蠕墨鑄鐵
8.2.7合金鑄鐵
8.3鑄鐵的熱處理
8.3.1鑄鐵熱處理的必要性及特點(diǎn)
8.3.2普通灰口鑄鐵的熱處理
8.3.3球墨鑄鐵的熱處理
8.4鑄鋼
8.4.1鑄鋼的分類及牌號
8.4.2碳素鑄鋼
8.4.3合金鑄鋼
復(fù)習(xí)思考題
9有色金屬及其合金
9.1鋁及鋁合金
9.1.1純鋁
9.1.2鋁合金
9.2銅及銅合金
9.2.1純銅
9.2.2銅合金概述
9.3鎂及鎂合金
9.3.1工業(yè)純鎂
9.3.2鎂合金
9.4鈦及鈦合金
9.4.1純鈦的性質(zhì)
9.4.2鈦合金的成分、組織與性能
9.4.3鈦合金的熱處理工藝
9.5滑動(dòng)軸承合金
9.5.1錫基軸承合金
9.5.2鉛基軸承合金
9.5.3銅基軸承合金
9.5.4鋁基軸承合金
復(fù)習(xí)思考題
10高分子材料
10.1概述
10.1.1高分子材料的分類
10.1.2高分子材料的命名
10.1.3高分子材料的力學(xué)狀態(tài)
10.1.4常用高分子材料的化學(xué)反應(yīng)
10.2工程塑料
10.3合成橡膠
10.4合成纖維
10.5功能高分子材料
10.5.1概述
10.5.2功能高分子材料的功能分類
10.5.3功能高分子材料的發(fā)展應(yīng)用
復(fù)習(xí)思考題
11陶瓷材料
11.1概述
11.1.1陶瓷材料的特點(diǎn)
11.1.2陶瓷的分類
11.1.3陶瓷的制造工藝
11.2常用工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料
11.2.1普通陶瓷
11.2.2特種陶瓷
11.3金屬陶瓷
11.3.1粉末冶金方法及其應(yīng)用
11.3.2硬質(zhì)合金
復(fù)習(xí)思考題
12復(fù)合材料
12.1概述
12.1.1復(fù)合材料的概念
12.1.2復(fù)合材料的分類
12.1.3復(fù)合材料的命名
12.2復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制及性能
12.2.1復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制
12.2.2復(fù)合材料的性能特點(diǎn)
12.3常用的復(fù)合材料
12.3.1纖維增強(qiáng)復(fù)合材料
12.3.2疊層復(fù)合材料
12.3.3粒子增強(qiáng)復(fù)合材料
復(fù)習(xí)思考題
13功能材料及新型材料
13.1形狀記憶合金
13.2光纖材料
13.3超導(dǎo)材料
13.4儲氫合金
13.5納米材料
13.6其他新型材料
復(fù)習(xí)思考題
14材料失效分析及工程材料的合理選用
14.1機(jī)械零件的失效
14.1.1失效的分類
14.1.2失效的原因
14.2機(jī)械零件失效分析
14.3機(jī)械零件的合理選材
復(fù)習(xí)思考題
15典型零件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)
15.1軸類零件的選材及工藝路線
15.2齒輪類零件的選材及工藝路線
15.3彈簧類零件的選材及工藝路線
15.4工模具選材及工藝路線
復(fù)習(xí)思考題
參考文獻(xiàn)
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