绪论 1
0.1 材料与材料科学的发展 1
0.2 “机械工程材料”在机械工业中的地位与作用 2
0.3 21世纪机械工程材料的发展趋势 3
0.4 学习本课程的目的、性质与要求 3
第1章 机械工程材料的结构 5
主要问题提示 5
学习重点与方法提示 5
1.1 固体材料结构的有关概念 5
1.1.1 晶体与非晶体 5
1.1.2 晶体结构的基本概念 6
1.2 固体材料的晶体结构 7
1.2.1 纯金属的晶体结构 7
1.2.2 共价晶体与离子化合物的晶体结构 12
1.2.3 实际晶体的结构特征 12
1.2.4 同素异构（晶）转变 16
1.3 一般工程材料的结构特点 17
1.3.1 晶体材料的基本相结构 17
1.3.2 聚合物的结构 21
1.3.3 无机材料（陶瓷材料）的结构 23
本章小结 24
阅读材料1非晶态结构与非晶态材料 24
学习方法启迪1爱迪生读书的“目标”与“志向” 26
习题与思考题 27
第2章 材料的制备与相图 28
主要问题提示 28
学习重点与方法提示 28
2.1 材料的制备过程 29
2.1.1 材料凝固与结晶的条件 29
2.1.2 金属材料的制备 29
2.1.3 聚合物材料的合成 34
2.1.4 无机材料的制备 34
2.2 二元相图的基本类型 35
2.2.1 相图的建立 35
2.2.2 匀晶相图——学习二元相图的基础 36
2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键 38
2.2.4 包晶相图的特征 41
2.2.5 具有稳定化合物的相图 42
2.2.6 具有共析反应的相图 43
2.2.7 二元合金相图与性能之间的关系 43
2.3 二元相图的典型应用——铁碳合金相图 44
2.3.1 铁碳相图中的组元与基本相 44
2.3.2 铁碳合金相图分析 47
2.3.3 铁碳合金平衡结晶过程分析与相应组织 49
2.3.4 碳质量分数对铁碳合金平衡组织与性能的影响 53
2.3.5 铁碳合金相图的局限性 54
2.4 凝固与结晶理论的应用 55
2.4.1 铸态晶粒度的控制 55
2.4.2 铸锭组织及其控制 56
本章小结 57
“铁碳合金相图”课堂讨论提纲 57
阅读材料2炼钢、连铸与轧钢工艺简介 58
学习方法启迪2富兰克林的成才之路——学习要坚定“毅力和信心” 61
习题与思考题 61
第3章 材料的力学行为、塑性变形与再结晶 63
主要问题提示 63
学习重点与方法提示 63
3.1 材料的力学行为与变形 63
3.1.1 材料常用的力学性能指标 64
3.1.2 金属的塑性变形 70
3.1.3 无机材料（陶瓷）的变形特点 74
3.1.4 聚合物材料的变形特点 74
3.2 冷变形加工对金属组织与性能的影响 77
3.2.1 冷变形加工（塑性变形）对金属组织、结构的影响 77
3.2.2 冷变形加工（塑性变形）对金属性能的影响——加工硬化 78
3.2.3 产生残余内应力 79
3.3 冷变形加工金属在加热时组织与性能的变化 80
3.3.1 回复 80
3.3.2 再结晶 81
3.3.3 晶粒长大 82
3.4 金属的热变形加工 83
3.4.1 冷热变形加工的区别 83
3.4.2 热变形加工对金属组织和性能的影响 83
3.4.3 制定正确的热变形加工工艺 85
本章小结 85
阅读材料3超塑性合金简介 86
学习方法启迪3爱因斯坦谈学习应把培养“独立思考能力”放在首位 88
习题与思考题 88
第4章 机械工程材料的强韧化 90
主要问题提示 90
学习重点与方法提示 90
4.1 工程材料的强化与韧化概论 91
4.1.1 工程材料的强化机制 91
4.1.2 工程材料的强化与韧化 94
4.2 金属材料热处理原理 98
4.2.1 钢在加热时的转变 98
4.2.2 奥氏体在冷却时的转变 101
4.2.3 淬火钢在回火时的转变 110
4.2.4 金属材料的脱溶沉淀与时效 113
4.3 金属材料热处理工艺 115
4.3.1 退火与正火 115
4.3.2 淬火与回火 117
4.3.3 钢的淬透性 121
4.3.4 真空热处理技术及其应用 124
4.3.5 钢热处理工艺的工程应用实例分析 126
4.4 材料的表面强化 129
4.4.1 表面淬火 129
4.4.2 化学热处理 132
4.4.3 热处理工艺过程的计算机模拟 136
4.5 钢的合金化与微合金化 137
4.5.1 合金元素对钢平衡组织与力学性能的影响 137
4.5.2 合金元素对钢热处理与力学性能的影响 139
4.5.3 钢中微合金元素的作用 141
本章小结 142
“钢铁材料热处理”课堂讨论提纲 142
阅读材料4神奇的纳米金属材料 144
学习方法启迪4杨振宁教授谈“辩论中求真知” 147
习题与思考题 147
第5章 常用金属材料 151
主要问题提示 151
学习重点与方法提示 151
5.1 工业用钢概述 151
5.1.1 钢的分类 152
5.1.2 钢号表示方法 153
5.1.3 金属材料的失效分析 156
5.2 工程结构用钢 158
5.2.1 工作条件、常见失效形式与性能要求 158
5.2.2 碳素结构钢 159
5.2.3 低合金高强度钢 160
5.2.4 提高低合金高强度钢性能的途径 160
5.3 机械结构用钢 164
5.3.1 综述 164
5.3.2 调质钢与非调质钢 165
5.3.3 表面硬化钢 169
5.3.4 弹簧钢 173
5.3.5 滚动轴承钢 174
5.3.6 易切削钢 177
5.4 工具钢 178
5.4.1 工具钢的特点（与结构钢对比） 178
5.4.2 刃具钢 179
5.4.3 模具钢 185
5.4.4 量具钢 187
5.5 特殊性能钢 189
5.5.1 不锈钢 189
5.5.2 耐热钢 193
5.5.3 耐磨钢 197
5.6 铸铁与有色金属合金 198
5.6.1 铸铁的特征 198
5.6.2 常用铸铁的特点 203
5.6.3 特殊性能的铸铁 209
5.6.4 铝及铝合金 211
5.6.5 铜及铜合金 215
5.6.6 钛及钛合金 218
5.6.7 镁及镁合金 220
5.6.8 滑动轴承合金 221
本章小结 223
“工业用钢”课堂讨论提纲 224
阅读材料5第三代汽车钢及其在我国的发展 224
学习方法启迪5陶渊明“指点迷津”：学习无捷径，勤奋好学才能成功 226
习题与思考题 226
第6章 聚合物、无机与复合材料 228
主要问题提示 228
学习重点与方法提示 228
6.1 聚合物材料 228
6.1.1 聚合物的特征 228
6.1.2 工程塑料 230
6.1.3 橡胶材料 236
6.1.4 胶粘剂与纤维材料 239
6.2 无机非金属材料 241
6.2.1 无机材料概述 241
6.2.2 无机材料的特性 242
6.2.3 无机材料的分类 243
6.2.4 常用工程结构陶瓷材料 245
6.2.5 金属陶瓷材料 246
6.3 复合材料 248
6.3.2 复合材料的分类 248
6.3.1 复合材料的性能 249
6.3.3 树脂基复合材料 249
6.3.4 陶瓷基复合材料 250
6.3.5 金属基复合材料 252
6.3.6 塑料-金属多层复合材料 253
本章小结 253
阅读材料6被誉为“未来材料”的生物医学材料 253
学习方法启迪6鲁迅博览群书时的习惯叫做“随便翻翻” 257
习题与思考题 257
第7章 机械工程材料的合理选用 259
主要问题提示 259
学习重点与方法提示 259
7.1 机械工程材料合理选用的基本原则 259
7.1.1 充分考虑材料的使用性能 260
7.1.2 必须兼顾材料的工艺性能 261
7.1.3 注重选材的经济性 264
7.1.4 走可持续发展之路，选择生态环境材料（绿色材料） 265
7.2 典型机械零件的选材分析 266
7.2.1 齿轮类机械零件的选材 266
7.2.2 轴类机械零件的选材 275
7.2.3 切削刀具的选材 279
7.2.4 汽车发动机零件选材概况 281
本章小结 281
阅读材料7人工智能材料——随心所欲 282
学习方法启迪7华罗庚提倡学习要有“两个过程” 287
习题与思考题 287
附录 实验指导书 289
实验1金相显微镜的结构、使用与金相试样的制备 289
实验2材料硬度的实验测定 295
实验3铁碳合金平衡组织的观察与分析 303
实验4碳钢热处理后的显微组织观察与分析 304
实验5常用金属材料的显微组织观察与分析 305
附表 307
附表1碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能与用途 307
附表2低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能与用途 308
附表3常用调质钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途 309
附表4常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途 310
附表5常用弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途 311
附表6常用冷、热作模具钢的牌号、化学成分、热处理与用途 312
附表7常用不锈钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能与用途 313
附表8常见灰铸铁的牌号、力学性能与用途举例 314
附表9常用可锻铸铁的牌号、力学性能与用途举例 315
附表10球墨铸铁的牌号、力学性能、基体组织与用途 316
附表11常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能、基体组织与用途 317
附表12常用铝合金的牌号、化学成分、力学性能与用途 318
参考文献 319