工程设计中的材料选择与应用PDF电子书下载

目录 1

第1篇 工程材料与加工概述 1

第1章 工程材料特征 1

1.1 材料科学和工程材料 1

1.1.1 材料科学、材料工程与工程材料 1

1.1.2 工程材料的分类 2

1.1.3 结构材料和功能材料 2

1.1.4 传统材料和新型材料 4

1.2 工程材料的内部构成与集合状态特征 5

1.2.1 构成工程材料的结构层次 5

1.2.2 工程材料的键合特征 6

1.2.3 工程材料的集合状态 7

1.2.4 相图、相变和动力学曲线 11

1.2.5 单相与多相组织形貌及对材料性能的影响 17

1.3.1 金属材料的特征 19

1.3 工程材料的性能特征 19

1.3.2 陶瓷材料的特性 20

1.3.3 高分子材料的特性 21

1.4 工程材料主要性能的比较 22

第2章 常用工程材料品种与应用 24

2.1 常用钢铁材料 24

2.1.1 碳钢 24

2.1.2 合金钢 25

2.1.3 铸铁 30

2.2 常用有色金属材料 32

2.2.1 铝及铝合金 32

2.2.2 铜及铜合金 32

2.3 常用陶瓷材料 33

2.3.1 普通陶瓷 33

2.3.2 氧化物陶瓷 34

2.3.3 非氧化物陶瓷 34

2.3.4 金属陶瓷 34

2.4 常用高分子材料 35

2.4.1 塑料 36

2.4.2 其他常用高分子材料 41

第3章 工程材料制备与零件加工成形 42

3.1 工程材料制备方法 42

3.1.1 金属材料制备 42

3.1.2 非金属材料制备 48

3.2 零件（制品）的成形 49

3.2.1 金属零件铸造、压力加工、焊接成形和粉末冶金成形 49

3.2.2 非金属材料零件（制品）成形 56

3.2.3 切削加工和特种加工成形 61

3.3 零件（制品）的热处理和表面处理 61

3.3.1 金属材料零件热处理 61

3.3.2 非金属材料零件（制品）的热处理 63

3.3.3 零件的表面处理 64

3.4.2 自蔓延合成技术 66

3.4.1 纳米材料的制备 66

3.4 现代材料制备工艺与技术 66

3.4.3 物理气相沉积 67

3.4.4 金属雾化喷射沉积 67

3.4.5 金属半固态加工制备 67

3.4.6 氧化物弥散强化与机械合金化 67

3.5 零件（制品）的加工工艺性 68

3.5.1 金属零件的加工工艺性 68

3.5.2 塑料制品成形工艺性 70

3.5.3 陶瓷零件的工艺性 71

第2篇 设计制造与选材因素 72

第4章 工程构件工作负荷特点 72

4.1 力学负荷 72

4.1.1 简单负荷与复合负荷 73

4.1.2 静负荷与动负荷 74

4.1.3 应力集中与复杂应力状态 76

4.2 热负荷 80

4.2.1 高温和低温的影响 80

4.1.4 非均匀负荷 80

4.2.2 热应力和热疲劳 81

4.2.3 热冲击 82

4.3 环境介质及其他表面作用 83

4.3.1 环境介质作用 83

4.3.2 表面摩擦作用和其他表面作用 84

5.1 选材背景、原则和选材的一般过程 86

5.1.1 新产品开发 86

第5章 工程设计与制造的选材基础 86

5.1.2 选材原则与制约因素 90

5.1.3 选材的一般过程 93

5.2 材料性能与设计指标 96

5.2.1 工程设计与材料设计 96

5.2.2 材料性能、零件使用性能与机器设计特征 97

5.2.3 设计性指标与安全性指标 98

5.2.4 结构零件硬度指标及适用性 102

5.3.1 冶金因素 105

5.3 材料和零件性能的影响因素 105

5.3.2 组织状态 107

5.3.3 尺寸等因素 107

5.3.4 残余应力 108

5.3.5 材料的环境劣化 109

5.4 材料选择的经济性考虑 110

5.4.1 材料成本的追求 110

5.4.2 材料成本的影响因素 111

5.5 零件制造工艺与设计选材 112

5.5.1 零件制造工艺的目标 112

5.5.2 设计、选材和制造的工艺背景 112

5.5.3 各种工艺过程的工艺特性和局限性 114

5.5.4 工艺方案实例 116

5.5.5 制造工艺的成本 117

5.6 材料资源、能源与环保 119

5.6.1 资源、能源与环保 119

5.6.2 机械工程材料节材、节能途径 121

第6章 工程材料在设计选用中的基本适应性 123

6.1 工程材料的使用概况 123

6.2 金属材料选用的适应性 124

6.2.1 选择金属材料的一般原则和考虑 125

6.2.2 选用金属材料的限制 126

6.3 高分子材料选用的适应性 127

6.3.1 高分子材料工程应用的基本要求 127

6.3.2 塑料材料的选用原则 127

6.3.3 不宜选用塑料的场合 129

6.3.4 选用塑料的适宜条件 130

6.3.5 塑料材料的应用情况和选材 131

6.3.6 塑料代用其他工程材料 133

6.4 陶瓷材料选用的适应性 135

6.4.1 陶瓷材料应用的工程特征 135

6.4.2 陶瓷材料工程应用的限制和应注意的问题 136

6.4.3 陶瓷产品的结构和强度设计 138

6.4.4 陶瓷材料应用情况和选材 139

第3篇 材料选择方法与应用 143

第7章 工程设计中常用选材方法 143

7.1 经验和传统选材 143

7.1.1 经验选材 143

7.1.2 行业传统选材 144

7.1.3 试行－错误法选材 145

7.2 半经验选材 147

7.2.1 类比法选材 148

7.2.2 筛选法选材 148

7.2.3 按使用性能的设计选材 150

7.3 产品与制造信息反馈选材 157

7.3.1 原材料与制造信息 158

7.3.2 使用和失效情况反馈 158

7.3.3 市场信息与备件消耗 159

7.4 现代选材方法介绍 160

7.4.1 选材的成本效益因素 161

7.4.2 价值分析法 168

7.4.3 目标函数法及其他方法 169

7.4.4 计算机辅助选材 170

第8章 根据力学性能选材 172

8.1 按刚度选材 172

8.1.1 零件的刚度因素 172

8.1.2 刚度选材实例 175

8.2 按强度选材 177

8.2.1 零件强度的因素 177

8.2.2 提高材料强度的工程途径 178

8.2.3 强度选材的其他考虑 179

8.2.4 按强度选材实例 180

8.3 按韧性选材 181

8.3.1 零件韧性的因素 182

8.3.2 提高材料韧性的工程途径 183

8.3.3 韧性选材的考虑 184

8.3.4 韧性选材实例 187

8.4 按疲劳强度选材 189

8.4.1 零件疲劳寿命的因素 189

8.4.2 提高材料疲劳抗力的工程途径 191

8.4.3 疲劳强度选材的考虑 193

8.4.4 实例：铁素体－珠光体冷轧板材的剩余疲劳寿命 194

8.5 按综合力学性能选材 195

8.5.1 综合力学性能选材的考虑 195

8.5.2 轴类零件综合力学性能选材实例 197

第9章 现代定量选材与应用 201

9.1 星形轮廓模型法和统计数量化综合法选材 201

9.1.1 星形轮廓模型法 201

9.1.2 统计数量化综合法 203

9.2 选材的成本分析 204

9.2.1 单位成本分析 204

9.2.2 材料的理论价值评价法 205

9.2.3 最低成本分析法 205

9.2.4 应用 207

9.3 按价值工程法选材 208

9.3.1 价值工程的产生和发展 208

9.3.2 价值工程的基本原理 209

9.3.3 单一零件的价值工程分析方法与应用 212

9.3.4 产品或部件的综合分析法 217

9.3.5 全过程（总价值）评定 220

9.3.6 应用价值工程选定材料的工艺方案 221

9.4 选材的综合技术经济评价 224

9.4.1 选材的综合技术经济评价的方法 224

9.4.2 示例 224

9.5 按目标函数法选材 225

9.5.1 基本概念及原理 225

9.5.2 目标函数的基本分析方法 226

9.5.3 实例分析 227

9.6.2 可靠性分析的原理和方法 231

9.6.1 产品的可靠性 231

9.6 可靠性方法在材料和工艺选择中的应用 231

9.6.3 可靠性在材料选择中的应用 232

第10章 材料数据库在选材中的应用 234

10.1 材料数据库 234

10.1.1 材料数据库的特点 234

10.1.2 材料数据库的兴起与发展 235

10.1.3 材料数据库的结构与内容 237

10.1.4 材料数据库在选材中的应用 239

10.2 耐磨料磨损材料数据库介绍 240

10.2.1 现状与需求 240

10.2.2 数据库系统预定功能及数据分析 240

10.2.3 建立耐磨料磨损工作系统 242

10.2.4 耐磨料磨损材料数据库的特点 242

10.2.5 耐磨料磨损材料数据库的框架与内容 242

10.2.6 耐磨料磨损材料数据库的选材功能简介 249

11.1.1 固体材料间的摩擦、磨损与润滑 254

11.1 摩擦、磨损、润滑与磨损类型 254

第11章 摩擦磨损条件下工作零件的选材 254

第4篇 几种特殊环境工况的选材及应用 254

11.1.2 常见磨损类型 256

11.2 摩擦磨损条件下的选材对策 257

11.2.1 对耐磨材料的一般要求 257

11.2.2 磨料磨损、黏着磨损和疲劳磨损的选材考虑 258

11.2.3 几种典型磨损工况下的推荐用材 259

11.3 减摩材料与轴承合金的选择与应用 261

11.3.1 减摩材料的性能及使用要求 261

11.3.2 减摩材料与减摩表面处理 262

11.3.3 滑动轴承合金 263

11.3.4 减摩材料的选择因素 263

11.4 摩阻材料的选择与应用 265

11.4.1 摩阻材料的性能要求 265

11.4.2 常见摩阻材料 265

11.4.3 摩阻材料的选择与应用 266

11.5 耐磨材料及应用 267

11.5.1 常用金属耐磨材料 267

11.5.2 非金属耐磨材料及应用 270

11.5.3 提高材料耐磨性的表面处理技术 272

11.5.4 典型耐磨件选材及实例 275

第12章 腐蚀环境下工作零件的选材 279

12.1 化学腐蚀和电化学腐蚀 279

12.1.1 化学腐蚀和电化学腐蚀的差异 279

12.1.2 常见的腐蚀介质环境特点 281

12.1.3 介质与应力联合作用下的零件失效 283

12.2 常见耐蚀材料与应用 285

12.2.1 工程材料的耐蚀性 285

12.2.2 不锈钢与耐蚀合金 287

12.2.3 其他耐蚀工程材料 292

12.2.4 合理选择耐蚀材料 295

12.2.5 几个实例 295

12.3.1 改善介质的腐蚀条件 297

12.3 改善金属材料抗蚀能力的工程防护措施 297

12.3.2 电化学保护 300

12.3.3 表面防护涂层 302

12.4 在结构设计中防止腐蚀的考虑 304

12.4.1 一般原则 304

12.4.2 若干具体办法 305

第13章 高低温下工作零件的用材选材 309

13.1 材料在高温下的力学行为 309

13.1.1 高温下材料性能的下降和蠕变行为 309

13.1.2 工程合金高温长时运行过程中的退化 311

13.2 根据耐热性和蠕变性能选材 314

13.2.1 工程材料的耐热性 314

13.2.2 根据蠕变性能选择金属和陶瓷材料 315

13.2.3 耐热塑料的选用 316

13.3 高温氧化及抗氧化材料 319

13.3.1 材料的氧化特征 319

13.3.3 零件表面抗氧化涂层 320

13.3.2 抗氧化金属材料 320

13.4 材料在低温下的行为 321

13.4.1 材料低温下的力学行为 321

13.4.2 防止材料低温脆断的工程措施 324

13.5 低温用材及选择 325

13.5.1 低温材料的选用分析与定量化比较 325

13.5.2 低温合金及选用 329

13.5.3 低温塑料的选用 331

附录1 常用塑料、复合材料编写代号 333

附录 333

附录2 部分国家常用钢材牌号对照 334

附录3 洛氏硬度HRC、HRA、HRB与其他硬度、强度换算关系 336

附录4 洛氏硬度HRB、HRA与其他硬度、强度换算关系 336

附录5 常用钢材在水、油中的临界淬透直径 337

附录6 常用热处理方法的相对加工费用 337

附录7 常用金属材料的相对价格 337

附录8 常用工程塑料的相对价格 338

参考文献 339