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绪论 1

第1篇 材料篇 7

第1章 工程材料的性能 7

1.1 静载时材料的力学性能 7

1.1.1 强度与塑性 7

1.1.2 弹性与刚度 9

1.1.3 硬度 9

1.2 动载时材料的力学性能 11

1.2.1 冲击韧性 11

1.2.2 疲劳强度 11

1.3 工程材料的物理、化学及工艺性能 12

1.3.1 物理性能 12

1.3.2 化学性能 12

1.3.3 工艺性能 12

思考题 13

第2章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图 14

2.1 金属的晶体结构 14

2.1.1 晶体的概念 14

2.1.2 实际晶体结构 16

2.2 金属的结晶与同素异构转变 17

2.2.1 纯金属的结晶 17

2.2.2 晶粒大小及控制 19

2.2.3 金属的同素异构转变 19

2.3 合金及合金的相结构 20

2.3.1 合金 20

2.3.2 合金的相结构 20

2.4 二元合金相图 22

2.4.1 匀晶相图 22

2.4.2 共晶相图 24

2.4.3 包晶相图 24

2.4.4 共析相图 25

2.5 铁碳合金的基本组织与性能和铁碳合金相图 25

2.5.1 铁碳合金的基本组织与性能 26

2.5.2 铁碳合金相图 26

思考题 33

第3章 钢的热处理 35

3.1 钢的热处理概述 35

3.1.1 钢在加热时的组织转变 35

3.1.2 钢在冷却时的组织转变 37

3.2 整体热处理方法 42

3.2.1 退火 42

3.2.2 正火 44

3.2.3 淬火 44

3.2.4 回火 46

3.3 钢的淬透性 48

3.3.1 淬透性的概念 48

3.3.2 淬透性对热处理后力学性能的影响 48

3.3.3 影响淬透性及淬硬深度的因素 49

3.3.4 淬透性的测定与表示方法 49

3.4 钢的表面淬火和化学热处理 50

3.4.1 钢的表面淬火 50

3.4.2 化学热处理 52

3.5 其他热处理工艺简介 54

3.5.1 真空热处理 55

3.5.2 可控气氛热处理 55

3.5.3 形变热处理 55

3.5.4 超细化热处理 55

3.5.5 高能束表面改性热处理 56

3.6 热处理工件的结构工艺性 57

3.6.1 热处理工艺对零件结构的要求 57

3.6.2 和结构工艺性有关的其他要求 58

思考题 58

第4章 工业用钢与铸铁 60

4.1 概述 60

4.1.1 钢的分类与牌号 60

4.1.2 杂质对钢质量的影响 63

4.1.3 合金元素在钢中的作用 64

4.2 工程结构用钢 67

4.2.1 工程结构用钢概述 67

4.2.2 碳素结构钢（非合金结构钢） 67

4.2.3 低合金高强度结构钢 68

4.3 机械结构用钢 70

4.3.1 优质的、特殊质量的非合金结构钢（优质碳素结构钢） 70

4.3.2 特殊质量的机械结构用合金钢 72

4.3.3 易切削钢 78

4.3.4 铸钢 79

4.4 滚动轴承钢 80

4.5 工具钢 83

4.5.1 工具钢概述 83

4.5.2 刃具钢 83

4.5.3 高速工具钢 85

4.5.4 模具钢 87

4.6 不锈钢、耐热钢和低温钢 91

4.6.1 不锈钢 91

4.6.2 耐热钢 93

4.6.3 低温钢 94

4.7 特殊物理性能钢 95

4.8 铸铁 95

4.8.1 概述 95

4.8.2 铸铁石墨化 95

4.8.3 铸铁分类 97

4.8.4 常用铸铁的牌号、性能与应用 97

思考题 105

第5章 非铁合金及粉末冶金 106

5.1 铝及铝合金 106

5.1.1 纯铝 106

5.1.2 铝合金及其强化处理 106

5.1.3 铝合金分类及其应用 108

5.2 铜及铜合金 113

5.2.1 纯铜 113

5.2.2 铜合金 113

5.3 其他非铁合金简介 119

5.3.1 钛及钛合金 119

5.3.2 镁及镁合金 120

5.3.3 锌及锌合金 121

5.4 铸造轴承合金与粉末冶金 121

5.4.1 铸造轴承合金 121

5.4.2 粉末冶金 123

思考题 124

第6章 非金属材料 125

6.1 聚合物材料 125

6.1.1 聚合物的分类 125

6.1.2 塑料 125

6.1.3 橡胶 128

6.1.4 纤维 131

6.1.5 涂料 131

6.1.6 粘合剂 132

6.1.7 功能聚合物材料简介 133

6.2 陶瓷 133

6.2.1 淘瓷材料的性能特点 134

6.2.2 常用工程结构陶瓷 134

6.3 复合材料 137

6.3.1 复合材料的性能特点 137

6.3.2 树脂基复合材料 139

6.3.3 金属基复合材料 141

6.3.4 其他类型的复合材料 142

思考题 142

第7章 工程材料的合理选用 143

7.1 机械零件合理选材的基本原则和步骤 143

7.1.1 使用性原则 143

7.1.2 工艺性原则 144

7.1.3 经济性原则 146

7.1.4 可持续发展原则 147

7.1.5 选材的基本步骤 148

7.2 机械零件的失效分析 148

7.2.1 零件失效及失效形式 149

7.2.2 失效分析 149

7.3 常用零件选材的方法和注意事项 150

7.3.1 以防止过量变形为主的选材 150

7.3.2 以抗磨损性能为主的选材 150

7.3.3 以抗疲劳性能为主的选材 151

7.3.4 以综合力学性能为主的选材 151

7.3.5 选材时的注意事项 151

7.4 典型零件（轴）的选材及热处理 152

7.4.1 轴概述 152

7.4.2 轴的主要性能要求和分类 153

7.4.3 轴类零件（机床主轴）的选材与工艺路线实例 153

思考题 154

第2篇 成形篇 155

第8章 铸造成形 157

8.1 概述 157

8.2 铸造方法及其应用 157

8.2.1 造型材料和模样 158

8.2.2 铸造工艺图、模样和芯盒 159

8.2.3 浇注系统和冒口 160

8.2.4 手工造型和制芯 162

8.2.5 综合工艺分析举例 166

8.2.6 机器造型与制芯 168

8.3 合金的熔炼与浇注 171

8.3.1 合金的熔炼 171

8.3.2 铸型浇注 172

8.4 铸件清理和常见缺陷分析 173

8.4.1 铸件的落砂和清理 173

8.4.2 铸件常见缺陷分析与挽救措施 174

8.5 特种铸造 176

8.5.1 熔模铸造 176

8.5.2 压力铸造 177

8.5.3 金属型铸造 178

8.5.4 离心铸造 179

8.5.5 陶瓷型铸造 179

8.5.6 挤压铸造 180

8.5.7 磁性铸造 181

8.5.8 石墨型铸造 181

8.5.9 其他特种铸造方法 181

8.6 铸件的工艺设计 182

8.6.1 合金铸造性能 182

8.6.2 铸造工艺设计 184

8.7 铸件的结构工艺性 189

8.7.1 合金铸造性能对铸件结构设计的要求 189

8.7.2 铸造工艺对铸件结构设计的要求 193

8.7.3 铸造方法对铸件结构设计的要求 196

8.8 铸造成形技术的新发展 198

思考题 198

第9章 塑性成形 200

9.1 概述 200

9.2 金属塑性成形理论基础 202

9.2.1 金属的塑性变形基础 202

9.2.2 金属的可锻性 205

9.3 锻造 207

9.3.1 自由锻 207

9.3.2 模锻 210

9.4 锻造工艺规程的制订 216

9.4.1 自由锻工艺规程的制订 217

9.4.2 模锻工艺规程的制订 220

9.5 锻件的结构工艺性 223

9.5.1 自由锻件的结构工艺性 223

9.5.2 模锻件的结构工艺性 225

9.6 冲压 226

9.6.1 冲压设备 226

9.6.2 冲模 227

9.6.3 冲压基本工序 228

9.6.4 冲压件工艺规程的制订 236

9.7 冲压件的结构工艺性 237

9.7.1 冲压件的形状 238

9.7.2 冲压件的尺寸 238

9.7.3 冲压件的精度和表面质量 239

9.8 其他塑性成形方法 240

9.8.1 挤压 240

9.8.2 轧制 242

9.8.3 拉拔 243

9.8.4 精密模锻 243

9.8.5 粉末锻造 244

9.8.6 液态模锻 244

9.8.7 超塑性成形 245

9.8.8 高速高能成形 245

9.8.9 计算机在塑性成形中的应用 246

思考题 247

第10章 连接成形 249

10.1 概述 249

10.1.1 焊接方法及其分类 249

10.1.2 粘接（胶接） 250

10.1.3 铆接 250

10.2 电弧焊接基础知识 250

10.2.1 电弧焊的基本知识 250

10.2.2 焊接接头的组织与性能 251

10.2.3 焊接结构力学 253

10.2.4 焊接缺陷及分析 257

10.2.5 焊接材料 258

10.3 常用焊接方法 261

10.3.1 埋弧焊 261

10.3.2 氩弧焊 262

10.3.3 二氧化碳气体保护焊 263

10.3.4 电阻焊 264

10.3.5 摩擦焊 266

10.3.6 扩散焊 267

10.3.7 钎焊 269

10.3.8 等离子弧焊与切割 270

10.3.9 电子束焊 271

10.3.10 焊接新技术及其发展 271

10.4 常用材料焊接 272

10.4.1 金属材料的焊接性 272

10.4.2 常用金属材料的焊接 273

10.4.3 异种材料的连接 277

10.5 焊接件结构设计 277

10.5.1 焊接结构件的材料选用 278

10.5.2 焊接工艺方法的选用 279

10.5.3 焊缝结构的合理设计 280

10.5.4 焊接接头及坡口形式 281

10.6 粘接 282

10.6.1 概述 282

10.6.2 粘结剂 283

10.6.3 粘接接头的设计 283

10.6.4 粘接工艺 284

10.6.5 粘接的应用举例 284

10.7 铆接 285

10.7.1 概述 285

10.7.2 铆钉 285

10.7.3 铆接工具 286

10.7.4 铆接工艺 286

思考题 287

第11章 其他工程材料的成形 288

11.1 塑料制品的成形 288

11.1.1 概述 288

11.1.2 塑料的一次成形 289

11.1.3 塑料的二次成形 292

11.1.4 塑料的二次加工 294

11.2 橡胶制品的成形 298

11.2.1 橡胶制品的生产过程 299

11.2.2 橡胶的成形方法 300

11.3 无机非金属材料成形基础 302

11.3.1 粉体的制备技术 302

11.3.2 特种陶瓷成形工艺 303

11.3.3 特种陶瓷烧结 307

11.4 复合材料的成形 307

11.4.1 树脂基复合材料的成形 308

11.4.2 金属基复合材料的成形 310

11.4.3 陶瓷基复合材料的成形 311

思考题 312

第12章 快速成形技术 313

12.1 概述 313

12.1.1 快速成形技术原理 313

12.1.2 快速成形技术的实现 314

12.1.3 快速成形方法分类 315

12.1.4 快速成形的特点 315

12.1.5 快速成形的应用 316

12.1.6 快速成形的发展趋势 318

12.2 熔融沉积快速成形 318

12.2.1 工艺原理 318

12.2.2 工艺特点 319

12.2.3 成形设备 320

12.2.4 成形材料 321

12.2.5 影响因素分析 322

12.2.6 应用实例——叶轮原型制作 323

12.3 其他快速成形工艺简介 326

12.3.1 光敏树脂液相固化成形（SLA） 326

12.3.2 分层实体制造（LOM） 327

12.3.3 选择性激光烧结（SLS） 328

12.3.4 三维打印（3DP） 329

12.4 逆向工程技术概述 330

12.4.1 逆向工程的定义 330

12.4.2 逆向工程的工作流程 331

12.4.3 逆向工程系统的组成 332

12.4.4 逆向工程与产品创新 333

12.4.5 逆向工程的应用 335

思考题 336

第13章 零件结构成形工艺分析 337

13.1 零件毛坯成形方法的选择 337

13.1.1 零件毛坯成形方法的选择原则 337

13.1.2 常用材料成形方法的比较 340

13.2 典型零件毛坯成形方法的选择 342

13.2.1 轴杆类零件 342

13.2.2 盘套类零件 342

13.2.3 支架箱体类零件 344

13.3 零件成形方法选择的技术经济分析 344

13.3.1 零件成形的技术经济分析概述 344

13.3.2 铸件的生产成本分析 346

13.3.3 锻件的生产成本分析 349

13.3.4 焊接件的生产成本分析 349

思考题 351

参考文献 352