本書為高等學(xué)校應(yīng)用型本科“十三五”規(guī)劃教材。全書著力滿足應(yīng)用型本科的材料知識(shí)及應(yīng)用體系的教學(xué)需求,主要特點(diǎn)體現(xiàn)為:強(qiáng)化了零件的性能要求,以實(shí)現(xiàn)零件性能要求和材料所具有的性能之間的對(duì)接,強(qiáng)化了選材和用材的基礎(chǔ)知識(shí);從學(xué)生將來工作知識(shí)需求角度取舍和組織所有內(nèi)容,強(qiáng)化了鐵碳相圖、C曲線等主要知識(shí),精簡(jiǎn)了部分其他知識(shí),以突出主題;語言平實(shí)、深入淺出、圖文并茂,而且引例、例題、習(xí)題較多,學(xué)生可邊學(xué)邊練邊思考,提高了學(xué)習(xí)效果。
本書包括兩大部分,一是材料科學(xué)及應(yīng)用基礎(chǔ),二是常用工程材料。材料科學(xué)及應(yīng)用基礎(chǔ)主要包括工程材料性能指標(biāo)及零件性能要求、晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶、鋼的熱處理和機(jī)械零件用材的選擇等內(nèi)容;常用工程材料主要介紹鋼鐵材料、有色金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的組織性能及應(yīng)用。
本書可作為應(yīng)用型本科院校機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料成形與控制工程、熱加工等專業(yè)的教材,亦可供高職高專院校、成人教育、函授等職業(yè)教育院校選用。
“機(jī)械工程材料”是高等院校機(jī)械類或近機(jī)類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。 課程的主要任務(wù)是使學(xué)生在理解材料科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上, 了解常用工程材料的種類、 成分、 組織、 性能等方面的知識(shí), 培養(yǎng)學(xué)生選材和制定零件加工工藝路線的能力, 為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程以及從事機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造方面的工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
在多年的教學(xué)生涯中編者一直有一個(gè)愿望: 編一本學(xué)生眼中重點(diǎn)突出、 淺顯易懂的材料書。 借助它既能使學(xué)生掌握材料科學(xué)的主要知識(shí), 了解常用材料的性能及應(yīng)用, 而又不為各種各樣的專業(yè)術(shù)語所累, 更不為多樣的零散知識(shí)和無窮的數(shù)據(jù)所包圍。 本書的編寫, 正是著力于實(shí)現(xiàn)上述目的。 教材好壞不在于知識(shí)多深多難, 而在于學(xué)生能從中獲得多少。 本書特點(diǎn)如下:
(1) 結(jié)合學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和未來工作需求組織取舍本書內(nèi)容。 材料基礎(chǔ)理論以工程應(yīng)用需求為目的, 重點(diǎn)突出基礎(chǔ)性。 實(shí)用工程材料以鋼鐵為主, 以與工程需求相適應(yīng)。 緒論對(duì)全書進(jìn)行了必要的鋪墊, 講述了本書的主線;材料性能指標(biāo)以及零件需要的性能是選材用材的基礎(chǔ), 本書對(duì)此有所加強(qiáng);材料的組織、 性能、 結(jié)晶以及熱處理原理, 均以金屬材料為主;為便于學(xué)習(xí), 高分子材料的成分、 組織、 性能、 成形工藝及應(yīng)用等所有內(nèi)容放在一起, 陶瓷材料和復(fù)合材料亦是如此。 有些內(nèi)容被適當(dāng)刪減, 如塑性變形理論和表面處理技術(shù)。
(2) 在內(nèi)容安排上, 本書可分為兩大部分: 第一部分講述材料科學(xué)及應(yīng)用基礎(chǔ), 包括工程材料性能指標(biāo)及零件性能要求、 晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶、 鋼的熱處理、 機(jī)械零件用材的選擇這四部分, 每部分單獨(dú)設(shè)章;第二部分講述各種材料的性能、 組織、 熱處理和應(yīng)用, 分為鋼鐵材料、 有色金屬材料、 非金屬材料(包括高分子材料、 陶瓷材料和復(fù)合材料)三章。 由于機(jī)械零件用材的選擇涉及多種知識(shí), 故此章放在全書的最后。 因此, 本書主干清晰, 條理分明。
(3) 本書注重引發(fā)學(xué)生思考, 突出工程應(yīng)用, 書中引例、 例題、 習(xí)題以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)齊全, 目的是引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊練邊思考。 書中圖表均與內(nèi)容緊密相關(guān), 圖文并茂, 便于學(xué)生領(lǐng)會(huì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。 本書有配套課件, 需要者請(qǐng)發(fā)郵件至zhaoyacn@126.com索取。
參加本書編寫的人員有: 南陽理工學(xué)院趙亞忠(緒論、 第1章、 第2章、 第3章)、 朱磊(第4章、 第6章第2節(jié));重慶科技學(xué)院羅曉東(第5章、 附錄);南陽師范學(xué)院馬世榜(第6章第1節(jié)、 第7章)、 馬春華(第6章第3節(jié))。 本書由趙亞忠任主編并負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿, 朱磊、 馬世榜、 羅曉東擔(dān)任副主編, 馬春華參編。 本書由南陽師范學(xué)院盧志文教授主審。
本書的編寫力求適應(yīng)機(jī)械類專業(yè)的應(yīng)用需要, 并適應(yīng)高等教育的改革和發(fā)展。 但由于編者水平有限, 書中不足之處在所難免, 懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正, 也請(qǐng)各位專家學(xué)者不吝賜教。
編 者
2016年5月
緒 論 1
0.1 工程材料的分類 1
0.2 材料在機(jī)械專業(yè)中的作用 3
第1章 工程材料的性能及使用性能要求 5
1.1 工程材料的性能 5
1.1.1 工程材料的力學(xué)性能 5
1.1.2 工程材料的物理和化學(xué)性能 16
1.2 工程材料的使用條件和性能要求 18
1.2.1 工程材料的使用條件 18
1.2.2 工程材料的使用性能要求 19
1.3 工程材料的工藝性能要求 23
復(fù)習(xí)思考題 25
第2章 晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶與相圖 26
2.1 晶體的結(jié)構(gòu) 26
2.1.1 原子間的結(jié)合鍵和結(jié)合能 26
2.1.2 晶體結(jié)構(gòu) 28
2.1.3 三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu) 31
2.1.4 立方晶系中的晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 33
2.1.5 晶體的各向異性 35
2.1.6 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 36
2.2 純金屬的結(jié)晶 42
2.2.1 結(jié)晶的基本條件 42
2.2.2 純金屬的結(jié)晶過程 43
2.3 合金的結(jié)晶 46
2.3.1 合金的相結(jié)構(gòu) 46
2.3.2 合金相圖的建立 48
2.3.3 二元合金相圖 49
2.3.4 合金性能與相圖的關(guān)系 56
2.4 鐵碳合金相圖 57
2.4.1 鐵碳合金的組元與基本相 57
2.4.2 鐵碳合金相圖分析 60
2.4.3 典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織 63
2.4.4 碳對(duì)鐵碳合金組織與性能的影響 68
2.5 金屬的塑性變形 70
2.5.1 塑性變形機(jī)理 70
2.5.2 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 74
2.5.3 金屬的回復(fù)與再結(jié)晶 76
復(fù)習(xí)思考題 79
第3章 鋼的熱處理 81
3.1 鋼的熱處理原理 82
3.1.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 82
3.1.2 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 84
3.2 鋼的整體熱處理 92
3.2.1 正火和退火 92
3.2.2 淬火 94
3.2.3 回火 99
3.3 化學(xué)熱處理 101
3.3.1 鋼的滲碳 101
3.3.2 鋼的滲氮 103
3.3.3 碳氮共滲 104
3.4 熱處理設(shè)備、技術(shù)條件及其工序位置 104
3.4.1 常用熱處理設(shè)備 104
3.4.2 熱處理技術(shù)條件和工序位置 106
3.5 其他熱處理及表面處理 107
復(fù)習(xí)思考題 113
第4章 鋼鐵材料 114
4.1 工業(yè)用鋼的基本知識(shí) 114
4.1.1 工業(yè)用鋼的分類及牌號(hào)表示 114
4.1.2 合金元素的作用 116
4.2 碳素鋼 119
4.2.1 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 119
4.2.2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 120
4.2.3 碳素工具鋼 120
4.2.4 碳素鑄鋼 121
4.3 合金結(jié)構(gòu)鋼 122
4.3.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 122
4.3.2 合金滲碳鋼 123
4.3.3 合金調(diào)質(zhì)鋼 125
4.3.4 彈簧鋼 127
4.3.5 滾動(dòng)軸承鋼 129
4.3.6 易切削鋼 130
4.4 合金工具鋼 131
4.4.1 刃具鋼 131
4.4.2 模具鋼 135
4.4.3 量具鋼 137
4.5 特殊性能鋼 138
4.5.1 不銹鋼 138
4.5.2 耐熱鋼 142
4.5.3 耐磨鋼 144
4.6 鑄鐵 144
4.6.1 鑄鐵的石墨化 144
4.6.2 常用鑄鐵 147
復(fù)習(xí)思考題 153
第5章 有色金屬材料 155
5.1 鋁及鋁合金 155
5.1.1 工業(yè)純鋁 155
5.1.2 鋁的合金化及鋁合金的分類 156
5.1.3 鋁合金的熱處理 157
5.1.4 鑄造鋁合金 159
5.1.5 變形鋁合金 162
5.2 銅及銅合金 164
5.2.1 純銅(紫銅) 164
5.2.2 銅合金 165
5.2.3 銅合金的性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 171
5.3 鎂合金、鈦合金和軸承合金 171
5.4 粉末冶金材料 178
5.4.1 粉末冶金工藝 178
5.4.2 粉末冶金材料 178
復(fù)習(xí)思考題 179
第6章 非金屬材料和復(fù)合材料 180
6.1 高分子材料 180
6.1.1 高分子化合物基本知識(shí) 181
6.1.2 高分子材料的結(jié)構(gòu) 184
6.1.3 高分子材料的物理狀態(tài)及性能 188
6.1.4 工程高分子材料 192
6.2 陶瓷材料 202
6.2.1 陶瓷的分類和制備 203
6.2.2 陶瓷材料的組織 204
6.2.3 陶瓷材料的性能特點(diǎn) 207
6.2.4 工程陶瓷簡(jiǎn)介 209
6.3 復(fù)合材料 211
6.3.1 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu) 211
6.3.2 增強(qiáng)相及增強(qiáng)原理 212
6.3.3 復(fù)合材料的性能特點(diǎn) 214
6.3.4 常用復(fù)合材料 216
復(fù)習(xí)思考題 220
第7章 機(jī)械零件用材的選擇 222
7.1 材料失效形式及失效分析 222
7.1.1 材料的失效 222
7.1.2 材料的失效形式 223
7.1.3 失效分析方法 226
7.2 選材的原則、方法和依據(jù) 227
7.2.1 選材的原則 227
7.2.2 選材的方法和依據(jù) 229
7.3 典型零件材料的選擇 239
復(fù)習(xí)思考題 243
附錄 245
附錄A 部分鋼的臨界溫度 245
附錄B 硬度換算表 246
附錄C 金屬材料常用腐蝕劑 247
附錄D 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(僅供參考) 248
參考文獻(xiàn) 261