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第1章 工程材料及其性能指标 1

本章主要知识点 1

工程案例导引 1

1.1工程材料及常用性能指标 1

1.1.1工程材料及分类 2

1.1.2工程材料的常用性能指标 2

1.2材料的力学性能 3

1.2.1金属材料所受载荷与力学性能 3

1.2.2强度 4

1.2.3硬度 5

1.2.4塑性 8

1.2.5韧性 9

1.2.6疲劳强度 11

1.2.7粘弹性 12

1.3材料的物理及化学性能 13

1.3.1物理性能 13

1.3.2化学性能 14

1.4材料的工艺性能 14

工程案例透析 15

知识拓展——材料的发展历史 16

本章小结 18

思考与练习 18

第2章 金属学基础及铁碳合金 19

本章主要知识点 19

工程案例导引 19

2.1纯金属的晶体结构 19

2.1.1晶体与非晶体 19

2.1.2晶体结构 20

2.1.3金属晶格的类型 20

2.1.4实际金属的晶体结构及晶体缺陷 21

2.2金属的结晶 24

2.2.1纯金属的过冷现象 24

2.2.2纯金属的结晶过程 24

2.2.3结晶晶粒的细化 25

2.2.4铸件（铸锭）的组织结构 26

2.3合金的晶体结构 26

2.3.1合金的基本概念 27

2.3.2合金的相结构 27

2.4铁碳合金及其相图 28

2.4.1纯铁及工业纯铁 28

2.4.2铁碳合金的基本组织 29

2.4.3铁碳合金相图 31

2.4.4铁碳合金的分类 32

2.4.5典型铁碳合金的结晶过程 33

2.4.6含碳量对钢性能的影响 35

2.4.7铁碳合金相图在工业中的应用 36

工程案例透析 36

知识拓展——单晶、多晶冰糖的结晶过程 38

本章小结 38

思考与练习 39

第3章 碳素钢及铸铁 40

本章主要知识点 40

工程案例导引 40

3.1碳素钢概述 41

3.1.1常存杂质元素对碳钢性能的影响 41

3.1.2碳素钢的分类 42

3.1.3钢铁的牌号命名 43

3.1.4钢材的品种 43

3.2碳素结构钢 44

3.2.1普通碳素结构钢 44

3.2.2优质碳素结构钢 45

3.3碳素工具钢 49

3.4铸造碳钢 50

3.5铸铁概述 51

3.5.1铸铁的成分及性能特点 51

3.5.2铸铁的分类及应用 52

3.6灰铸铁 52

3.6.1灰铸铁的成分、组织与性能特点 52

3.6.2灰铸铁的牌号和应用 54

3.6.3灰铸铁的孕育处理 54

3.6.4灰铸铁的热处理 55

3.7球墨铸铁 55

3.7.1组织和性能 55

3.7.2球墨铸铁的牌号及用途 56

3.7.3球墨铸铁的热处理 57

3.8可锻铸铁 57

3.8.1可锻铸铁的生产过程及成分 57

3.8.2组织与性能 58

3.8.3可锻铸铁的牌号及用途 58

3.9其他铸铁 59

3.9.1蠕墨铸铁 59

3.9.2合金铸铁（特殊性能铸铁） 60

工程案例透析 62

知识拓展——钢铁材料的生产工艺简介 63

本章小结 65

思考与练习 66

第4章 钢的热处理 67

本章主要知识点 67

工程案例导引 67

4.1热处理概述 68

4.2钢在加热时的组织转变 69

4.2.1加热和冷却时的固态临界点 69

4.2.2加热时的奥氏体转变过程 70

4.2.3奥氏体晶粒长大及其控制措施 71

4.3钢在冷却时的组织转变 72

4.3.1过冷奥氏体的等温转变 72

4.3.2过冷奥氏体的连续冷却转变 74

4.4钢的退火与正火 75

4.4.1钢的退火 75

4.4.2钢的正火 76

4.4.3退火与正火的应用选择 77

4.5钢的淬火 78

4.5.1钢的淬火工艺 78

4.5.2淬火方法 80

4.5.3钢的淬透性与淬硬性 81

4.5.4钢的淬火缺陷及预防 82

4.6淬火钢的回火 82

4.6.1淬火钢的回火目的 83

4.6.2常用的回火方法 83

4.6.3回火脆性 84

4.7钢的表面热处理 84

4.7.1钢的表面淬火 85

4.7.2钢的化学热处理 87

4.8其他热处理技术 90

4.8.1时效处理 90

4.8.2形变热处理 90

4.8.3真空热处理 91

4.8.4可控气氛热处理 91

4.8.5工件表面的气相沉积 91

4.9热处理条件、工艺位置安排及方案选择 92

4.9.1热处理的技术条件 92

4.9.2常用热处理方案的选择 93

4.9.3热处理工艺位置安排 94

4.10零件的热处理结构工艺性 94

工程案例透析 96

知识拓展——我国古代的热处理工艺 97

本章小结 98

思考与练习 99

第5章 合金钢及硬质合金 100

本章主要知识点 100

工程案例导引 100

5.1合金钢概述 101

5.2合金钢的分类和牌号 101

5.2.1合金钢的分类 101

5.2.2合金钢的牌号 102

5.3合金元素在钢中的作用 103

5.3.1合金元素对钢力学性能的影响 103

5.3.2合金元素对钢热处理性能的影响 104

5.3.3合金元素对钢加工工艺性能的影响 105

5.4合金结构钢 105

5.4.1工程构件用合金钢（低合金结构钢） 105

5.4.2机械结构用合金钢 107

5.5合金工具钢 111

5.5.1合金刃具钢 111

5.5.2合金模具钢 114

5.5.3合金量具钢 117

5.6特殊性能合金钢 118

5.6.1不锈钢 118

5.6.2耐热钢 119

5.6.3耐磨钢 121

5.6.4易切削结构钢 122

5.7硬质合金 123

5.7.1硬质合金的应用与特性 123

5.7.2常用的硬质合金 123

工程案例透析 124

知识拓展——古代的“宝刀”是如何炼成的 125

本章小结 127

思考与练习 127

第6章 有色金属及其合金 128

本章主要知识点 128

工程案例导引 128

6.1有色金属概述 129

6.2铝及铝合金 129

6.2.1工业纯铝 129

6.2.2铝合金 130

6.2.3铝合金的热处理 132

6.3铜及铜合金 133

6.3.1工业纯铜 133

6.3.2铜合金 134

6.4钛及钛合金 136

6.4.1工业纯钛 137

6.4.2钛合金 137

6.4.3钛合金的主要应用 139

6.4.4钛合金的性能 139

6.4.5钛合金的切削加工 140

6.5镁及镁合金 141

6.5.1纯镁的性能特点 141

6.5.2镁合金的性能特点 141

6.5.3镁合金的分类及应用 142

6.5.4镁合金应用的发展 143

6.6滑动轴承合金 143

6.6.1轴承及轴承合金的类别 143

6.6.2铅基轴承合金 144

6.6.3锡基轴承合金 145

6.6.4铝基轴承合金 145

6.6.5铜基轴承合金 146

工程案例透析 146

知识拓展——人类发明和炼制钛的历程 147

本章小结 149

思考与练习 149

第7章 非金属材料及新型材料 150

本章主要知识点 150

工程案例导引 150

7.1非金属材料概述 150

7.2高分子材料 151

7.2.1塑料 151

7.2.2橡胶 155

7.2.3纤维 157

7.2.4胶粘剂 158

7.2.5涂料 159

7.3陶瓷材料 159

7.3.1陶瓷的分类 160

7.3.2陶瓷的性能特点 160

7.3.3常用陶瓷的种类及应用 160

7.4复合材料 161

7.4.1复合材料的概念 161

7.4.2复合材料的分类 162

7.4.3复合材料的性能特点 162

7.4.4常用复合材料 163

7.5新型材料 164

7.5.1高温材料 164

7.5.2形状记忆合金 165

7.5.3超导材料 167

工程案例透析 168

知识拓展——纳米技术与汽车 169

本章小结 171

思考与练习 171

第8章 机械工程材料的选用 172

本章主要知识点 172

工程案例导引 172

8.1机械零件的失效形式 172

8.1.1失效 172

8.1.2失效的类型 173

8.1.3零件的失效原因 174

8.1.4失效分析的方法 174

8.2工程材料的选择原则及步骤 175

8.2.1使用性能原则 175

8.2.2工艺性能原则 176

8.2.3经济性原则 177

8.2.4选材的步骤 178

8.3典型零件的选材及工艺分析 178

8.3.1毛坯的选择 178

8.3.2齿轮类零件的选材与工艺分析 179

8.3.3轴类零件的选材及热处理 181

8.3.4机架、箱体类零件的选材 182

8.4工程材料综合选用实例 183

8.4.1汽车零件用材 183

8.4.2机床零件用材 184

8.4.3仪器仪表用材 185

工程案例透析 185

知识拓展——铝合金汽车轮毂相对传统钢轮毂的优势 186

本章小结 186

思考与练习 187

第9章 零件毛坯成型工艺基础 188

本章主要知识点 188

工程案例导引 188

9.1铸造成型工艺 188

9.1.1铸造概述 188

9.1.2砂型铸造 189

9.1.3特种铸造简介 195

9.2焊接成型工艺 199

9.2.1焊接概述 199

9.2.2手工电弧焊 199

9.2.3埋弧自动焊 202

9.2.4气体保护焊 203

9.2.5等离子弧焊 204

9.2.6电阻焊 205

9.2.7钎焊 208

9.3锻压成型工艺 210

9.3.1压力加工基础 210

9.3.2金属的冷塑性变形 212

9.3.3金属的热塑性变形 214

9.3.4锻压加工概述 215

9.3.5自由锻 216

9.3.6模锻 219

9.3.7板料冲压 221

9.3.8锻压新技术简介 224

工程案例透析 225

知识拓展——焊接新技术 225

本章小结 226

思考与练习 227

附录 228

附录1选做简明实验 228

实验1金属材料的拉伸实验 228

实验2金属材料硬度的测定 230

实验3铁碳合金显微组织的观察及分析 232

实验4碳钢的热处理 234

附录2压痕直径与布氏硬度对照表 236

附录3黑色金属硬度及强度换算表 238

附录4各类钢铁的牌号表示方法 238

附录5常用热处理工艺代号及技术条件的表示方法 239

参考文献 240