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绪论 1

第一篇 工程材料 6

第1章 工程材料的分类与性能 6

1.1 工程材料的分类 6

1.2 材料的力学性能 7

1.2.1 强度和塑性 7

1.2.2 硬度 10

1.2.3 韧性 14

1.3 材料的其他性能 16

1.3.1 物理性能 16

1.3.2 化学性能 18

1.3.3 工艺性能 19

1.4 工程应用案例——工程材料在汽车制造中的应用 20

习题与思考题1 21

第2章 材料的微观结构 22

2.1 纯金属的晶体结构 22

2.1.1 晶体学基本知识 22

2.1.2 金属晶体结构（包括致密度） 23

2.1.3 晶面指数、晶向指数与致密度 24

2.1.4 晶体缺陷 25

2.2 金属的结晶 28

2.2.1 纯金属的结晶及铸件晶粒大小控制 28

2.2.2 同素异构体转变 31

2.3 合金的相结构 32

2.3.1 基本概念 32

2.3.2 固溶体 32

2.3.3 金属化合物 33

习题与思考题2 34

第3章 二元合金相图 35

3.1 二元合金相图的建立 35

3.1.1 Cu-Ni二元合金相图的建立 35

3.1.2 Pb-Sn二元合金相图的建立 36

3.2 二元合金相图的基本类型 36

3.2.1 匀晶相图 36

3.2.2 共晶相图 38

3.2.3 包晶相图 39

3.3 相图与合金性能之间的关系 40

3.3.1 合金力学性能与相图的关系 40

3.3.2 合金工艺性能与相图的关系 41

3.4 铁碳合金相图 42

3.4.1 铁碳合金的基本相与性能 42

3.4.2 铁碳合金的相图 44

3.4.3 铁碳相图的应用 52

习题与思考题3 53

第4章 钢的热处理 54

4.1 钢的热处理基础 54

4.1.1 概述 54

4.1.2 钢在加热时的转变 54

4.1.3 钢在冷却时的转变 56

4.2 钢的普通热处理工艺 61

4.2.1 钢的退火 61

4.2.2 钢的正火 62

4.2.3 钢的淬火 63

4.2.4 钢的回火 65

4.3 钢的表面热处理 65

4.3.1 钢的表面淬火 66

4.3.2 化学热处理 67

4.4 热处理新技术 69

4.4.1 高能束表面处理技术 69

4.4.2 热喷涂技术 70

4.4.3 真空热处理 70

4.5 工程应用案例——工程车辆主要零件热处理工艺 71

4.5.1 轴（套）类零件热处理 71

4.5.2 齿轮类零件热处理 72

4.5.3 大型结构件热处理 73

4.5.4 叉架类零件热处理 74

4.5.5 工程车辆零部件热处理应用趋势 74

习题与思考题4 75

第5章 工业用钢 76

5.1 概述 76

5.1.1 钢的分类 76

5.1.2 工业用钢牌号 77

5.1.3 杂质与合金元素在钢中的作用 77

5.2 工业结构用钢 78

5.2.1 概述 78

5.2.2 碳素结构钢 78

5.2.3 低合金结构钢 79

5.2.4 工程用铸造碳钢 80

5.3 机械结构用钢 81

5.3.1 概述 81

5.3.2 优质碳素结构钢 82

5.3.3 机械结构用钢 83

5.3.4 滚动轴承钢 87

5.4 工具钢 89

5.4.1 刃具钢 89

5.4.2 模具钢 92

5.5 特殊性能钢 94

5.5.1 不锈钢 94

5.5.2 耐热钢 96

5.5.3 耐磨钢 96

5.5.4 低温钢 97

5.6 工程应用案例——结构钢在建筑工程中的应用 97

习题与思考题5 98

第6章 铸铁 100

6.1 概述 100

6.1.1 成分与组织特点 100

6.1.2 铸铁的性能特点 100

6.2 铸铁的石墨化 101

6.2.1 铁碳合金双重相图 101

6.2.2 石墨化过程 101

6.2.3 影响石墨化的因素 102

6.2.4 铸铁的分类 103

6.3 常用铸铁 104

6.3.1 灰铸铁 104

6.3.2 可锻铸铁 107

6.3.3 球墨铸铁 109

6.3.4 蠕墨铸铁 112

6.3.5 特殊性能铸铁 113

6.4 工程应用案例——蠕墨铸铁在发动机中的应用 116

习题与思考题6 117

第7章 有色金属及其合金 119

7.1 铝及铝合金 120

7.1.1 工业纯铝 120

7.1.2 铝合金 120

7.1.3 变形铝合金 122

7.1.4 铸造铝合金 123

7.2 铜及铜合金 124

7.2.1 工业纯铜 124

7.2.2 铜合金 124

7.2.3 黄铜 125

7.2.4 青铜 127

7.3 镁及镁合金 130

7.3.1 变形镁合金 130

7.3.2 铸造镁合金 131

7.4 滑动轴承合金 132

7.4.1 对轴承合金性能的要求 133

7.4.2 轴承合金的组织特征 133

7.4.3 常用的轴承合金 133

7.5 工程应用案例——硬币用金属及合金 136

7.5.1 硬币的特性 136

7.5.2 各国的硬币 137

习题与思考题7 140

第8章 常用非金属材料及新材料 141

8.1 塑料 141

8.1.1 塑料的组成和性能 142

8.1.2 塑料的分类 144

8.1.3 常用工程塑料 145

8.2 合成纤维 148

8.2.1 合成纤维的分类 149

8.2.2 常用合成纤维 149

8.3 橡胶 151

8.3.1 合成橡胶的分类和橡胶制品的组成 152

8.3.2 常用合成橡胶 152

8.4 复合材料 153

8.4.1 复合材料的组成及分类 154

8.4.2 复合材料的性能特点 154

8.4.3 常用的复合材料 155

8.5 新材料 156

8.5.1 形状记忆合金 156

8.5.2 纳米材料 158

8.5.3 非晶态合金 159

8.6 工程应用案例——用于海水淡化的反渗透膜材料 160

习题与思考题8 162

第二篇 工程材料成形技术基础 164

第9章 铸造成形 164

9.1 铸造成形理论基础 164

9.1.1 液态合金的流动性与充型能力 164

9.1.2 铸造合金的收缩 166

9.1.3 缩孔和缩松 166

9.1.4 铸造内应力及铸件的变形 168

9.2 砂型铸造 171

9.2.1 造型方法 171

9.2.2 铸造工艺设计 174

9.3 特种铸造 179

9.3.1 熔模铸造 179

9.3.2 金属型铸造 180

9.3.3 压力铸造 181

9.3.4 离心铸造 182

9.3.5 陶瓷型铸造 182

9.3.6 连续铸造 183

9.3.7 消失模铸造 184

9.3.8 磁性铸造 184

9.3.9 差压铸造 185

9.3.10 半固态铸造 185

9.4 铸件的结构设计 186

9.4.1 铸件外形的设计 186

9.4.2 铸件壁厚的设计 189

9.5 工程应用案例——轴承座铸造工艺 191

习题与思考题9 193

第10章 金属塑性成形 195

10.1 金属塑性成形理论基础 195

10.1.1 金属变形的实质 195

10.1.2 单晶体的塑性变形 195

10.1.3 多晶体的塑性变形 196

10.1.4 塑性变形金属的加工硬化、回复和再结晶 196

10.2 自由锻 197

10.2.1 自由锻设备 197

10.2.2 自由锻的基本工序 198

10.2.3 自由锻工艺规程的制定 200

10.2.4 自由锻件的结构工艺性 202

10.3 模锻 202

10.3.1 锤上模锻 202

10.3.2 胎模锻 204

10.4 板料冲压 205

10.4.1 冲压材料 205

10.4.2 冲压设备 205

10.4.3 冲压的基本工序 205

10.4.4 冲压件的结构工艺性 208

10.5 其他压力加工成形方法 209

10.5.1 精密模锻 209

10.5.2 挤压 210

10.5.3 高速模锻 210

10.5.4 辊锻 210

10.5.5 摆动辗压 211

10.5.6 超塑性模锻 211

10.6 工程应用案例——汽轮机低压转子锻造工艺 211

习题与思考题10 215

第11章 焊接成形 216

11.1 焊接成形理论基础 217

11.1.1 焊接电弧 217

11.1.2 焊接原理和焊接冶金过程 217

11.1.3 电弧焊机 219

11.1.4 焊条 221

11.1.5 焊接接头的组织和性能 223

11.1.6 焊接应力与变形 226

11.2 常用焊接方法 229

11.2.1 熔焊 229

11.2.2 压焊 235

11.2.3 钎焊 239

11.3 常用金属材料的焊接 240

11.3.1 金属材料的焊接性 240

11.3.2 碳素钢的焊接 241

11.3.3 低合金结构钢的焊接 241

11.3.4 奥氏体不锈钢的焊接 242

11.3.5 铸铁的补焊 242

11.3.6 非铁金属的焊接 243

11.4 焊接结构件工艺设计 245

11.4.1 焊接结构材料的选择 245

11.4.2 焊接方法的选择 245

11.4.3 焊接接头工艺设计 246

11.5 焊接质量检验 251

11.5.1 焊接缺陷及分类 251

11.5.2 焊接检验过程 252

11.5.3 焊接检验方法 253

11.6 工程应用案例——低压储气罐焊接工艺 254

习题与思考题11 255

第三篇 工程材料应用及成形工艺选择 258

第12章 机械零件失效分析与表面处理 258

12.1 机械零件的失效 258

12.1.1 变形失效 258

12.1.2 断裂失效 259

12.1.3 磨损失效 261

12.1.4 腐蚀失效 261

12.2 机械零件失效分析 263

12.2.1 零件失效的基本原因 263

12.2.2 零件失效分析 264

12.3 材料的表面处理 264

12.3.1 表面处理及目的 264

12.3.2 表面处理方法 265

12.3.3 表面处理发展趋势 269

12.4 工程应用案例——载货汽车后桥主动锥齿轮断裂失效分析 270

习题与思考题12 271

第13章 材料与成形工艺的选择 272

13.1 材料与成形工艺选择原则 272

13.1.1 使用性能原则 272

13.1.2 工艺性能原则 272

13.1.3 经济及环境友好性原则 273

13.2 材料与成形工艺选择步骤与方法 273

13.2.1 材料与成形工艺选择的基本步骤 273

13.2.2 材料与成形工艺选择的具体方法 279

13.3 典型零件的材料与成形工艺选择 282

13.3.1 齿轮零件 282

13.3.2 轴类零件 285

13.3.3 模具类零件 288

13.3.4 冷作模具选材的工艺设计 289

13.3.5 热作模具选材的工艺设计 290

13.3.6 塑料模具选材的工艺设计 292

13.4 工程应用案例——机床主轴选材及成形工艺分析 293

习题与思考题13 293

参考文献 294