绪论 1
第1章 工程材料 7
1.1 概述 7
1.1.1 金属材料的发展 7
1.1.2 非金属材料及复合材料的发展 7
1.1.3 新材料的发展趋势 8
1.2 固体材料的性能 8
1.3 金属的结构 13
1.3.1 金属的晶体结构 13
1.3.2 实际金属的晶体结构 17
1.4 金属的结晶 18
1.4.1 纯金属的冷却曲线和过冷现象 18
1.4.2 金属的同素异构性 20
1.4.3 金属铸锭的组织 21
1.5 二元合金 21
1.5.1 二元合金的相结构 21
1.5.2 二元合金相图 23
1.5.3 相图与性能的关系 28
1.6 铁碳合金 29
1.6.1 铁碳合金的基本相和基本组织 29
1.6.2 铁碳合金相图 30
1.7 碳钢 36
1.7.1 碳钢的分类 36
1.7.2 碳钢的牌号 37
1.8 铸铁 37
1.8.1 铸铁的分类及特性 37
1.8.2 铸铁的石墨化过程 38
1.8.3 铸铁的牌号与性能 39
1.9 钢的热处理 40
1.9.1 钢在加热时的组织转变 40
1.9.2 钢在非平衡冷却时的转变 44
1.9.3 钢的常用热处理工艺 50
1.9.4 钢的形变热处理 57
1.9.5 钢的表面淬火 58
1.9.6 钢的化学热处理 60
1.10 钢中的合金元素 61
1.10.1 合金元素在钢中的分布 61
1.10.2 合金元素在钢中的作用 62
1.11 合金钢 65
1.11.1 合金结构钢 65
1.11.2 合金工具钢 68
1.11.3 特殊性能钢 70
1.12 非铁金属材料 71
1.12.1 铝及铝合金 72
1.12.2 铜及铜合金 73
1.12.3 镁合金 74
1.12.4 钛合金 75
1.12.5 轴承合金 75
思考题与习题 76
第2章 铸造成形 79
2.1 概述 79
2.2 铸件形成理论基础 80
2.2.1 金属的充型 80
2.2.2 铸件的温度场 81
2.2.3 金属的凝固 82
2.2.4 合金的收缩、应力及变形 83
2.3 砂型铸造工艺分析 87
2.3.1 浇注位置和分型面的确定 87
2.3.2 主要工艺参数的确定 90
2.3.3 铸造工艺图的制定 91
2.4 铸件的结构设计 94
2.5 砂型铸造方法 96
2.5.1 气动微振压实造型 96
2.5.2 高压造型 97
2.5.3 真空密封造型 98
2.5.4 气流冲击造型 99
2.5.5 消失模造型 100
2.5.6 冷冻造型 102
2.6 特种铸造 102
2.6.1 金属型铸造 102
2.6.2 离心铸造 103
2.6.3 压力铸造 105
2.6.4 低压铸造 108
2.6.5 熔模铸造 110
2.6.6 壳型铸造 111
2.6.7 陶瓷型铸造 113
2.6.8 磁型铸造 113
2.6.9 石墨型铸造 113
2.6.10 真空吸铸 114
2.6.11 差压铸造 114
2.6.12 半固态金属铸造 115
2.6.13 现代整体精铸及快速凝固成形技术 116
2.6.14 铸造成形过程数值模拟 117
2.6.15 铸造工程中的并行工程 118
2.6.16 常用铸造方法的比较 118
2.7 铸造技术的发展趋势 119
思考题与习题 120
第3章 锻压成形 123
3.1 概述 123
3.1.1 金属的塑性变形 124
3.1.2 金属及合金的锻造性 126
3.2 锻造 128
3.2.1 自由锻 128
3.2.2 模锻 133
3.2.3 胎模锻 141
3.3 板料冲压 142
3.3.1 板料冲压的基本工序、特点及应用范围 142
3.3.2 冲模种类 148
3.4 锻压新技术 151
3.4.1 精密模锻 152
3.4.2 精密冲裁 152
3.4.3 回转成形 153
3.4.4 多向模锻 155
3.4.5 超塑性成形 156
3.4.6 高能率高成形 157
3.4.7 粉末冶金及粉末锻造 158
3.4.8 液态模锻 160
3.4.9 半固态金属塑性成形 160
3.4.10 粉末冶金温压成形技术 161
3.4.11 数字化塑性成形技术 162
思考题与习题 164
第4章 焊接成形 166
4.1 概述 166
4.1.1 焊接技术的发展 166
4.1.2 焊接特点和分类 168
4.2 熔化焊接 170
4.2.1 焊条电弧焊 170
4.2.2 埋弧自动焊 173
4.2.3 气体保护焊 174
4.2.4 电渣焊 175
4.3 压力焊和钎焊 176
4.3.1 电阻焊 176
4.3.2 摩擦焊 178
4.3.3 钎焊 178
4.4 焊接冶金过程和接头组织转变 179
4.4.1 焊接冶金过程 179
4.4.2 焊接接头的组织转变 180
4.5 焊接结构工艺性 181
4.5.1 焊接应力与变形 181
4.5.2 焊接结构的设计 184
4.6 焊接性和常用金属材料的焊接 186
4.6.1 金属焊接性的概念 186
4.6.2 常用金属材料的焊接 186
4.7 金属切割 187
4.7.1 气割 187
4.7.2 等离子弧切割 188
4.7.3 碳弧气刨 189
4.7.4 水射流切割 189
4.8 胶接 189
4.8.1 胶接的基本原理 190
4.8.2 胶接的主要特点 190
4.8.3 胶接工艺 190
4.8.4 胶接应用举例 191
4.9 现代焊接技术 192
4.9.1 电子束焊接 192
4.9.2 激光焊接 193
4.9.3 扩散焊 194
4.9.4 爆炸焊 195
4.9.5 超声波焊 198
4.9.6 窄间隙熔化极气体保护电弧焊 199
4.9.7 高频焊 199
4.9.8 搅拌摩擦焊 200
4.9.9 激光-电弧复合热源焊接 200
4.9.10 强迫成形气体保护自动立焊技术 202
4.9.11 焊接机器人和柔性焊接系统 203
思考题与习题 205
第5章 非金属材料及成形 207
5.1 概述 207
5.1.1 非金属材料的发展 207
5.1.2 非金属材料的分类 208
5.1.3 非金属材料的选择及应用 208
5.2 工程塑料及其成形 209
5.2.1 工程塑料的组成和性能 209
5.2.2 工程塑料的分类和应用 211
5.2.3 工程塑料的成形 213
5.3 工业橡胶及其成形 218
5.3.1 工业橡胶的组成及性能 218
5.3.2 工业橡胶的分类及应用 220
5.3.3 工业橡胶件的成形 221
5.4 工业陶瓷及其成形 224
5.4.1 陶瓷的组织结构及性能 225
5.4.2 陶瓷的分类及应用 226
5.4.3 陶瓷的成形 228
5.5 复合材料及其成形 231
5.5.1 复合材料的定义、分类和性能 231
5.5.2 复合材料的应用 233
5.5.3 复合材料的成形 238
5.5.4 复合材料的二次加工 240
5.6 纳米材料 241
5.6.1 纳米材料的定义和特性 241
5.6.2 纳米陶瓷 243
5.6.3 纳米复合材料 244
思考题与习题 245
第6章 快速成形 247
6.1 概述 247
6.2 快速成形技术原理及工艺 248
6.2.1 快速成形技术原理 248
6.2.2 快速成形方式分类 249
6.2.3 快速成形的工艺流程 249
6.2.4 快速成形的优点 250
6.3 快速成形的主要工艺方法 251
6.3.1 立体光固化SLA 251
6.3.2 分层实体制造LOM 252
6.3.3 选择性激光烧结SLS 252
6.3.4 熔化沉积成形FDM 253
6.3.5 三维打印3D-P 253
6.3.6 形状沉积制造SDM 254
6.4 快速成形技术的应用 254
6.4.1 原型制造 255
6.4.2 快速制模RT 255
6.5 快速成形材料 258
6.6 快速成形与相关学科之间的关系 259
6.7 采用逆向工程构造三维模型 259
6.7.1 逆向工程系统 259
6.7.2 逆向工程应用与意义 260
6.7.3 逆向工程测量系统 261
6.7.4 逆向工程后处理 264
6.7.5 快速原型数据后处理实例 267
思考题与习题 270
第7章 零件的毛坯选择 271
7.1 毛坯选择的原则 271
7.2 常用毛坯成形方法的比较 273
7.3 常用零件的成形方法 275
7.3.1 轴杆类零件 275
7.3.2 盘套类零件 276
7.3.3 机架、箱体类零件 277
7.4 毛坯成形方法选择实例 277
7.4.1 V带轮零件的成形方法选择 277
7.4.2 单级齿轮减速器组件的成形方法选择 279
7.5 毛坯成形方法选择的经济性分析 281
7.5.1 毛坯材料的经济性选材原则 281
7.5.2 铸件的生产成本分析 283
7.5.3 锻件的生产成本分析 287
7.5.4 焊接件的生产成本分析 288
7.5.5 各种成形方案经济性综合比较 293
思考题与习题 297
参考文献 300