绪论 1
0.1 工程材料及其分类 1
0.1.1 工程材料的重要性 1
0.1.2 工程材料的结构、组织与性能的含义 1
0.1.3 工程材料的分类 5
0.2 学习目的与要求 6
学习要求 6
第一章 材料的内部结构 8
1.1 材料的原子键合及其特性 8
1.1.1 离子键 9
1.1.2 共价键 9
1.1.3 金属键 9
1.1.4 范德瓦尔键 10
1.2 材料的原子排列 11
1.2.1 原子排列短程有序及非晶态 11
1.2.2 原子排列长程有序及晶体概念 11
1.2.3 晶体结构与空间点阵 11
1.2.4 晶面指数与晶向指数 12
1.3 金属的典型晶体结构 13
1.3.1 体心立方结构（bcc） 13
1.3.2 面心立方结构（fcc） 14
1.3.3 密排六方结构（hcp） 14
1.3.4 晶胞特征 14
1.3.5 晶胞中的间隙 16
1.3.6 多晶型 17
1.4 合金相结构 18
1.4.1 固溶体 18
1.4.2 中间相 20
1.5 陶瓷的相结构 21
1.5.1 晶相 21
1.5.2 玻璃相 23
1.5.3 气相 23
1.6 高分子化合物的结构 23
1.6.1 高分子链结构 23
1.6.2 高分子的聚集态结构 25
1.7 晶体缺陷 25
1.7.1 点缺陷 26
1.7.2 线缺陷 27
1.7.3 面缺陷 28
学习要求 31
习题 32
第二章 结晶与显微组织 33
2.1 纯金属的结晶与组织 33
2.1.1 金属结晶的基本规律 33
2.1.2 金属的结晶过程 34
2.1.3 晶粒大小的控制 35
2.2 二元合金相图与合金组织 35
2.2.1 二元合金相图的建立 35
2.2.2 匀晶相图与合金组织 36
2.2.3 共晶相图与合金组织 38
2.2.4 包晶相图与合金组织 40
2.3 铁碳相图 41
2.3.1 铁碳合金的组元及基本相 41
2.3.2 铁碳相图分析 42
2.3.3 碳钢在平衡条件下的固态相变及组织 44
2.3.4 含碳量对碳钢平衡组织和性能的影响 46
2.4 铸锭（件）的组织与缺陷 47
2.4.1 铸锭（件）三晶区的形成 47
2.4.2 铸锭组织的控制 47
2.4.3 铸锭缺陷 48
2.4.4 钢锭的组织特征 49
学习要求 50
习题 51
第三章 工程材料的力学性能 52
3.1 拉伸试验 52
3.1.1 应力-应变曲线 52
3.1.2 弹性 52
3.1.3 强度 54
3.1.4 塑性 54
3.2 硬度试验 55
3.2.1 布氏硬度 55
3.2.2 洛氏硬度 55
3.2.3 维氏硬度 55
3.3 冲击试验 57
3.3.1 冲击试验方法 57
3.3.2 冲击韧性 57
3.4 疲劳试验 58
3.4.1 疲劳概念 58
3.4.2 疲劳抗力的指标 58
3.5 蠕变试验 58
3.5.1 蠕变概念 58
3.5.2 蠕变性能指标 58
3.5.3 蠕变数据的表达式 59
学习要求 60
习题 60
第四章 工程材料的物理、化学性能及常用功能材料 62
4.1 电性能 62
4.1.1 导电性 62
4.1.2 超导性 64
4.1.3 介电性 65
4.1.4 铁电性 67
4.1.5 压电性和电致伸缩现象 68
4.1.6 热电效应 69
4.2 磁性能 70
4.2.1 磁化 70
4.2.2 磁化率和磁导率 70
4.2.3 磁性分类 70
4.2.4 磁化曲线 71
4.2.5 磁性材料 72
4.3 热性能 73
4.3.1 热容 73
4.3.2 热导率 73
4.3.3 热膨胀 74
4.4 光学性能 74
4.4.1 吸收和透射 74
4.4.2 折射和反射 75
4.4.3 光学材料 75
4.5 腐蚀与氧化 76
4.5.1 耐腐蚀性 77
4.5.2 耐热性 79
学习要求 80
习题 80
第五章 工程材料的强化理论 82
5.1 形变强化 82
5.1.1 金属的塑性变形 82
5.1.2 塑性变形对金属组织与性能的影响 86
5.1.3 变形金属在加热时组织与性能的变化 87
5.1.4 金属的热加工 90
5.1.5 超塑成形 91
5.2 固溶强化 92
5.2.1 固溶强化现象 92
5.2.2 影响因素 92
5.3 第二相强化 92
5.3.1 沉淀强化 93
5.3.2 弥散强化 94
5.4 细晶强化 96
5.4.1 Hall-Petch公式 96
5.4.2 细化晶粒方法 97
学习要求 97
习题 98
第六章 钢的热处理与马氏体相变强化 99
6.1 钢的热处理原理 99
6.1.1 碳钢在加热和冷却时的组织转变 99
6.1.2 钢在回火时的组织转变 106
6.1.3 钢的淬透性 107
6.2 合金元素对钢组织转变的影响 108
6.2.1 合金元素对钢组成相的影响 108
6.2.2 合金元素对钢组织转变的影响 109
6.3 钢的热处理工艺 110
6.3.1 退火与正火 110
6.3.2 淬火与回火 111
6.3.3 表面淬火 112
6.3.4 钢的化学热处理 113
学习要求 115
习题 115
第七章 钢铁材料 116
7.1 概述 116
7.1.1 钢材的分类 116
7.1.2 钢材的牌号 117
7.2 普通结构钢 119
7.2.1 构件用钢性能要求选材 119
7.2.2 普通碳素钢 119
7.2.3 普通低合金钢 121
7.3 优质结构钢 122
7.3.1 渗碳钢 122
7.3.2 调质钢 124
7.3.3 弹簧钢 126
7.3.4 轴承钢 127
7.4 工具钢 128
7.4.1 刃具钢 129
7.4.2 模具钢 133
7.4.3 量具钢 136
7.5 特殊性能钢 137
7.5.1 不锈钢 137
7.5.2 耐热钢 140
7.5.3 其它特殊钢 141
7.6 铸铁 143
7.6.1 概述 143
7.6.2 铸铁的石墨化 143
7.6.3 常用普通铸铁 145
7.6.4 特殊性能铸铁 154
学习要求 155
习题 156
第八章 有色金属及其合金 159
8.1 铝及铝合金 159
8.1.1 工业纯铝 159
8.1.2 铝的合金化及其强化方式 159
8.1.3 铝合金的热处理 161
8.1.4 常用铝合金 162
8.2 镁及镁合金 166
8.2.1 纯镁 166
8.2.2 镁的合金化及热处理 167
8.2.3 镁合金的分类及常用镁合金 167
8.3 铜及铜合金 169
8.3.1 工业纯铜及其性能和用途 169
8.3.2 铜的合金化及分类 169
8.3.3 常用铜合金 170
8.4 钛及其合金 173
8.4.1 工业纯钛及其性质用途 173
8.4.2 钛的合金化及分类 174
8.4.3 钛合金的热处理 174
8.4.4 钛合金的性能特点与应用 175
8.5 其它合金 176
8.5.1 轴承合金 176
8.5.2 硬质合金 178
8.5.3 镍及镍基高温合金 178
学习要求 180
习题 181
第九章 陶瓷材料 182
9.1 概述 182
9.1.1 陶瓷材料的发展及组成 182
9.1.2 陶瓷材料分类 182
9.2 陶瓷材料的制作工艺 184
9.2.1 大块陶瓷材料制作工艺 184
9.2.2 陶瓷薄膜制作方法 185
9.3 陶瓷材料的性能特点 185
9.3.1 陶瓷材料机械性能 185
9.3.2 其它物理化学性能 187
9.4 常用工业陶瓷及应用 187
9.4.1 普通陶瓷 187
9.4.2 特种陶瓷 187
学习要求 189
习题 190
第十章 高分子材料 191
10.1 概述 191
10.1.1 高分子化合物组成 191
10.1.2 高分子材料成形 191
10.2 高分子材料分类及命名 192
10.2.1 高分子材料分类 192
10.2.2 高分子材料命名 193
10.3 高分子材料的性能特点 193
10.3.1 高分子材料的力学性能特点 193
10.3.2 高分子材料的其它性能特点 195
10.4 工程塑料 196
10.4.1 塑料的组成 196
10.4.2 塑料的分类 197
10.4.3 常见工程塑料的性能特点与用途 197
10.5 合成橡胶及合成纤维 202
10.5.1 橡胶 202
10.5.2 合成纤维 203
学习要求 204
习题 204
第十一章 复合材料 206
11.1 概述 206
11.1.1 复合材料定义 206
11.1.2 复合材料分类 206
11.2 复合材料性能特点与增强机制 207
11.2.1 复合材料性能特点 207
11.2.2 复合材料增强机制 209
11.3 复合材料简介 210
11.3.1 颗粒增强型复合材料 210
11.3.2 纤维增强型复合材料 211
11.3.3 其它类型的复合材料 215
学习要求 216
习题 216
第十二章 材料的环境损伤效应与性能退化 218
12.1 真空环境效应 218
12.1.1 压力差效应 218
12.1.2 真空放电效应 218
12.1.3 真空热辐射效应 218
12.1.4 真空出气和质损效应 218
12.1.5 真空粘着和冷焊效应 219
12.1.6 真空泄漏效应 219
12.2 热环境效应 219
12.2.1 低温效应 219
12.2.2 热循环效应 220
12.3 原子氧剥蚀与带电粒子辐照损伤效应 221
12.3.1 原子氧剥蚀效应 221
12.3.2 带电粒子辐照损伤 221
12.4 空间粉尘撞击砂蚀效应 221
第十三章 机械零件失效形式和失效分析方法 223
13.1 机械零件失效形式 223
13.1.1 畸变失效 223
13.1.2 断裂失效 223
13.1.3 表面损伤失效 223
13.1.4 失效分析的思路和实施步骤 223
13.2 金属断口分析技术 225
13.2.1 断裂的分类 225
13.2.2 断口宏观分析技术 226
13.2.3 宏观断口分析的依据 227
13.2.4 裂纹源位置的判别 227
13.2.5 断口试样的截取、清洗及保存 230
13.2.6 断口微观分析技术 232
13.3 延性与脆性断裂 234
13.3.1 延性断裂 234
13.3.2 滑移分离 236
13.3.3 脆性断裂 237
第十四章 工程材料的选用 243
14.1 选材的一般原则 243
14.1.1 关于材料的使用性能 243
14.1.2 关于材料的工艺性能 248
14.1.3 关于零件选材的经济性 249
14.2 关于塑料的选用 249
14.2.1 塑料的使用性能与选材 250
14.2.2 塑料制品的工艺性和经济性 250
14.3 关于陶瓷材料的选用 251
14.3.1 陶瓷材料的使用性能 251
14.3.2 陶瓷材料的工艺性能 252
参考文献 253
附录一（常用元素表） 255
附录二（常用工程材料物理性能） 256
附录三（常用工程材料力学性能） 257
附录四（常见介质中最耐蚀的合金） 258
附录五（常用静态压痕硬度测量方法比较） 258
附录六（金属布氏硬度数值表） 259
附录七（金属维氏硬度数值表） 260
附录八（常用金相浸蚀剂） 263