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第1篇 工程材料的基本理论 1

第1章 金属材料的结构与性能特点 1

1.1金属材料的结构与组织 1

1.1.1纯金属的晶体结构 1

1.1.2实际金属中的晶体缺陷 5

1.1.3合金的晶体结构 7

1.1.4金属材料的组织 10

1.2金属材料的性能特点 11

1.2.1金属材料的工艺性能 11

1.2.2金属材料的使用性能 12

习题与思考题 19

第2章 纯金属和合金的结晶 20

2.1纯金属的结晶 20

2.1.1金属的结晶过程及过冷 20

2.1.2金属结晶的热力学条件和结构条件 21

2.1.3金属的形核和晶核的长大 22

2.1.4细晶粒的获得 23

2.2合金的结晶 23

2.2.1二元系相图 23

2.2.2铁碳合金相图 30

2.2.3合金铸件的组织与缺陷 39

习题与思考题 41

第3章 金属的塑性加工与再结晶 43

3.1金属的塑性变形 43

3.1.1单晶体的塑性变形 43

3.1.2多晶体的塑性变形 46

3.1.3合金的塑性变形 48

3.1.4塑性变形对金属材料组织和性能的影响 50

3.2冷变形金属在加热时的变化 52

3.2.1概述 52

3.2.2加热时显微组织的变化 54

3.2.3冷变形金属的转变驱动力 54

3.2.4加热时力学性能的变化 54

3.3回复 55

3.3.1定义 55

3.3.2回复过程性能的变化 55

3.3.3回复的应用 56

3.4再结晶 56

3.4.1定义 57

3.4.2再结晶的特点 57

3.4.3再结晶的形核与长大 57

3.4.4再结晶温度 58

3.5金属的热加工 60

3.5.1热加工与冷加工 60

3.5.2动态回复和动态再结晶 60

3.5.3静态回复和静态再结晶 61

3.5.4热加工后的组织与性能 61

习题与思考题 61

第4章 钢的热处理 63

4.1钢在加热时的转变 63

4.1.1奥氏体的形成过程 63

4.1.2奥氏体晶粒的大小及其影响因素 64

4.2钢在冷却时的转变 65

4.2.1过冷奥氏体等温转变曲线 66

4.2.2影响过冷奥氏体等温转变的因素 67

4.2.3过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能 68

4.3钢的表面淬火 86

4.3.1感应加热表面淬火 86

4.3.2火焰加热表面淬火 87

4.4钢的化学热处理 87

4.4.1化学热处理的基本过程 88

4.4.2钢的渗碳 88

4.4.3钢的氮化 90

4.4.4钢的氰化 90

习题与思考题 91

第5章 钢的合金化 92

5.1合金元素在钢中的存在形式 92

5.2合金元素与铁、碳的作用 93

5.2.1合金元素与铁的相互作用 93

5.2.2合金元素与碳的作用 95

5.3合金元素对Fe-Fe3 C相图的影响 97

5.3.1合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响 97

5.3.2合金元素对Fe-Fe3 C相图共析点S的影响 98

5.4合金元素对钢相变的影响 99

5.4.1合金元素对钢在加热时奥氏体形成过程的影响 99

5.4.2合金元素对钢的过冷奥氏体分解转变的影响 101

5.4.3合金元素对淬火钢回火转变的影响 103

5.5合金元素对钢强韧性的影响 105

5.5.1强化途径 105

5.5.2韧化途径 107

5.6合金元素对钢的工艺性能的影响 111

习题与思考题 111

第2篇 金属材料 113

第6章 工业用钢 113

6.1碳钢 113

6.1.1常存杂质元素对碳钢性能的影响 113

6.1.2碳钢的分类 115

6.1.3钢的牌号和用途 115

6.2合金钢 121

6.2.1概述 121

6.2.2合金结构钢 123

6.2.3合金工具钢 153

6.2.4特殊性能钢 169

习题与思考题 183

第7章 铸铁 185

7.1铸铁概述 185

7.1.1铁碳合金双重相图 185

7.1.2铸铁的石墨化 186

7.1.3铸铁的分类 187

7.2灰铸铁 189

7.2.1灰铸铁的牌号和化学成分 189

7.2.2灰铸铁的基本组织特征 190

7.2.3灰铸铁的孕育处理及热处理 190

7.2.4灰铸铁的性能及用途 191

7.3可锻铸铁 192

7.3.1可锻铸铁的牌号、性能及组织 192

7.3.2可锻铸铁的石墨化退火 193

7.3.3可锻铸铁的特性及用途 194

7.3.4可锻铸铁石墨化退火实例 194

7.4球墨铸铁 195

7.4.1球墨铸铁的牌号和化学成分 195

7.4.2球墨铸铁的组织和性能 195

7.4.3球墨铸铁的球化剂 196

7.4.4球墨铸铁的热处理 196

7.4.5球墨铸铁的特性和用途 198

7.5特殊性能铸铁 199

7.5.1耐磨合金铸铁 200

7.5.2耐热合金铸铁 202

7.5.3耐蚀合金铸铁 205

习题与思考题 207

第8章 有色金属及其合金 208

8.1铝及铝合金 208

8.1.1纯铝 208

8.1.2铝合金 209

8.2铜及其合金 215

8.2.1纯铜的特性及应用 215

8.2.2铜合金 216

8.3钛及其合金 222

8.3.1纯钛 222

8.3.2钛合金 223

8.4镁及其合金 227

8.4.1纯镁 227

8.4.2镁合金 228

习题与思考题 231

第3篇 其他工程材料 233

第9章 高分子材料 233

9.1高分子材料的结构与性能特点 233

9.1.1高分子材料的基本概念 233

9.1.2高分子材料的结构 234

9.1.3高分子材料的性能特点 236

9.2塑料 239

9.2.1塑料的分类及特点 240

9.2.2通用塑料 240

9.2.3工程塑料 244

9.2.4塑料制品的组分与作用 249

9.2.5塑料制品的成型加工方法 250

9.3橡胶 252

9.3.1橡胶的组成 252

9.3.2橡胶的性能特点 252

9.3.3合成橡胶的主要品种 252

9.4合成纤维 255

9.4.1纤维的分类 255

9.4.2合成纤维的主要品种 256

习题与思考题 259

第10章 陶瓷材料 260

10.1陶瓷材料的结构与性能 260

10.1.1陶瓷材料的结构 260

10.1.2陶瓷材料的性能 264

10.2陶瓷材料 266

10.2.1特种陶瓷 267

10.2.2结构陶瓷 267

习题与思考题 274

第11章 复合材料 275

11.1概述 275

11.1.1复合材料的发展史 275

11.1.2复合材料的定义 276

11.1.3复合材料的特点 276

11.1.4复合材料的性能 276

11.2复合材料的分类 277

11.2.1按基体相性质分类 277

11.2.2按性能分类 279

11.2.3按用途分类 279

11.2.4按增强剂分类 279

11.3复合材料的制造方法 280

11.3.1主要的液相工艺 281

11.3.2主要的固相工艺 282

11.3.3主要的气相工艺 283

11.4复合材料的界面 284

11.4.1定义 284

11.4.2界面反应 285

11.4.3界面效应 286

11.5复合材料的应用 286

11.5.1复合材料的主要应用领域 286

11.5.2金属基复合材料的应用 287

11.5.3陶瓷基复合材料的应用 288

11.5.4树脂基复合材料 288

11.5.5纳米复合材料 289

11.6复合材料目前存在的问题 289

习题与思考题 289

第12章 功能材料及新材料 290

12.1功能材料 290

12.1.1概述 290

12.1.2电功能材料 291

12.1.3磁功能材料 296

12.1.4热功能材料 300

12.1.5光功能材料 302

12.1.6声功能材料 304

12.1.7其他功能材料 305

12.2未来材料的发展方向 309

习题与思考题 310

第4篇 机械零件的失效、强化、选材及工程材料的应用 311

第13章 机械零件失效与强化 311

13.1机械零件的失效形式 311

13.1.1过量变形失效 313

13.1.2断裂失效 313

13.1.3磨损失效 317

13.1.4腐蚀失效 318

13.2机械零件的失效分析 319

13.2.1机械零件失效的原因 320

13.2.2零件失效分析 321

13.2.3零件失效分析案例 322

13.3工程材料的强化与强韧化 323

13.3.1工程材料的强化方法 324

13.3.2工程材料的强韧化 325

13.4机械零件选材的一般原则 326

13.4.1使用性能原则 326

13.4.2工艺性能原则 327

13.4.3经济性原则 329

习题与思考题 330

第14章 典型工件的选材及工程材料的应用 331

14.1典型零件的选材及工艺路线设计 331

14.1.1轴类零件的选材及工艺路线设计 331

14.1.2齿轮选材 333

14.1.3弹簧选材 335

14.1.4刃具选材 339

14.2工程材料的应用 341

14.2.1汽车用材 341

14.2.2机床用材 345

14.2.3化工设备用材 347

14.2.4航空航天器用材 348

习题与思考题 350

参考文献 352