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第1篇 工程材料的基本理论1

第1章 金属材料的结构与性能特点1

1.1金属材料的结构与组织1

1.1.1纯金属的晶体结构1

1.1.2实际金属中的晶体缺陷5

1.1.3合金的晶体结构7

1.1.4金属材料的组织10

1.2金属材料的性能特点11

1.2.1金属材料的工艺性能11

1.2.2金属材料的使用性能12

习题与思考题19

第2章 纯金属和合金的结晶20

2.1纯金属的结晶20

2.1.1金属的结晶过程及过冷20

2.1.2金属结晶的热力学条件和结构条件21

2.1.3金属的形核和晶核的长大22

2.1.4细晶粒的获得23

2.2合金的结晶23

2.2.1二元系相图23

2.2.2铁碳合金相图30

2.2.3合金铸件的组织与缺陷39

习题与思考题41

第3章 金属的塑性加工与再结晶43

3.1金属的塑性变形43

3.1.1单晶体的塑性变形43

3.1.2多晶体的塑性变形46

3.1.3合金的塑性变形48

3.1.4塑性变形对金属材料组织和性能的影响50

3.2冷变形金属在加热时的变化52

3.2.1概述52

3.2.2加热时显微组织的变化54

3.2.3冷变形金属的转变驱动力54

3.2.4加热时力学性能的变化54

3.3回复55

3.3.1定义55

3.3.2回复过程性能的变化55

3.3.3回复的应用56

3.4再结晶56

3.4.1定义57

3.4.2再结晶的特点57

3.4.3再结晶的形核与长大57

3.4.4再结晶温度58

3.5金属的热加工60

3.5.1热加工与冷加工60

3.5.2动态回复和动态再结晶60

3.5.3静态回复和静态再结晶61

3.5.4热加工后的组织与性能61

习题与思考题61

第4章 钢的热处理63

4.1钢在加热时的转变63

4.1.1奥氏体的形成过程63

4.1.2奥氏体晶粒的大小及其影响因素64

4.2钢在冷却时的转变65

4.2.1过冷奥氏体等温转变曲线66

4.2.2影响过冷奥氏体等温转变的因素67

4.2.3过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能68

4.3钢的表面淬火86

4.3.1感应加热表面淬火86

4.3.2火焰加热表面淬火87

4.4钢的化学热处理87

4.4.1化学热处理的基本过程88

4.4.2钢的渗碳88

4.4.3钢的氮化90

4.4.4钢的氰化90

习题与思考题91

第5章 钢的合金化92

5.1合金元素在钢中的存在形式92

5.2合金元素与铁、碳的作用93

5.2.1合金元素与铁的相互作用93

5.2.2合金元素与碳的作用95

5.3合金元素对Fe-Fe3 C相图的影响97

5.3.1合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响97

5.3.2合金元素对Fe-Fe3 C相图共析点S的影响98

5.4合金元素对钢相变的影响99

5.4.1合金元素对钢在加热时奥氏体形成过程的影响99

5.4.2合金元素对钢的过冷奥氏体分解转变的影响101

5.4.3合金元素对淬火钢回火转变的影响103

5.5合金元素对钢强韧性的影响105

5.5.1强化途径105

5.5.2韧化途径107

5.6合金元素对钢的工艺性能的影响111

习题与思考题111

第2篇 金属材料113

第6章 工业用钢113

6.1碳钢113

6.1.1常存杂质元素对碳钢性能的影响113

6.1.2碳钢的分类115

6.1.3钢的牌号和用途115

6.2合金钢121

6.2.1概述121

6.2.2合金结构钢123

6.2.3合金工具钢153

6.2.4特殊性能钢169

习题与思考题183

第7章 铸铁185

7.1铸铁概述185

7.1.1铁碳合金双重相图185

7.1.2铸铁的石墨化186

7.1.3铸铁的分类187

7.2灰铸铁189

7.2.1灰铸铁的牌号和化学成分189

7.2.2灰铸铁的基本组织特征190

7.2.3灰铸铁的孕育处理及热处理190

7.2.4灰铸铁的性能及用途191

7.3可锻铸铁192

7.3.1可锻铸铁的牌号、性能及组织192

7.3.2可锻铸铁的石墨化退火193

7.3.3可锻铸铁的特性及用途194

7.3.4可锻铸铁石墨化退火实例194

7.4球墨铸铁195

7.4.1球墨铸铁的牌号和化学成分195

7.4.2球墨铸铁的组织和性能195

7.4.3球墨铸铁的球化剂196

7.4.4球墨铸铁的热处理196

7.4.5球墨铸铁的特性和用途198

7.5特殊性能铸铁199

7.5.1耐磨合金铸铁200

7.5.2耐热合金铸铁202

7.5.3耐蚀合金铸铁205

习题与思考题207

第8章 有色金属及其合金208

8.1铝及铝合金208

8.1.1纯铝208

8.1.2铝合金209

8.2铜及其合金215

8.2.1纯铜的特性及应用215

8.2.2铜合金216

8.3钛及其合金222

8.3.1纯钛222

8.3.2钛合金223

8.4镁及其合金227

8.4.1纯镁227

8.4.2镁合金228

习题与思考题231

第3篇 其他工程材料233

第9章 高分子材料233

9.1高分子材料的结构与性能特点233

9.1.1高分子材料的基本概念233

9.1.2高分子材料的结构234

9.1.3高分子材料的性能特点236

9.2塑料239

9.2.1塑料的分类及特点240

9.2.2通用塑料240

9.2.3工程塑料244

9.2.4塑料制品的组分与作用249

9.2.5塑料制品的成型加工方法250

9.3橡胶252

9.3.1橡胶的组成252

9.3.2橡胶的性能特点252

9.3.3合成橡胶的主要品种252

9.4合成纤维255

9.4.1纤维的分类255

9.4.2合成纤维的主要品种256

习题与思考题259

第10章 陶瓷材料260

10.1陶瓷材料的结构与性能260

10.1.1陶瓷材料的结构260

10.1.2陶瓷材料的性能264

10.2陶瓷材料266

10.2.1特种陶瓷267

10.2.2结构陶瓷267

习题与思考题274

第11章 复合材料275

11.1概述275

11.1.1复合材料的发展史275

11.1.2复合材料的定义276

11.1.3复合材料的特点276

11.1.4复合材料的性能276

11.2复合材料的分类277

11.2.1按基体相性质分类277

11.2.2按性能分类279

11.2.3按用途分类279

11.2.4按增强剂分类279

11.3复合材料的制造方法280

11.3.1主要的液相工艺281

11.3.2主要的固相工艺282

11.3.3主要的气相工艺283

11.4复合材料的界面284

11.4.1定义284

11.4.2界面反应285

11.4.3界面效应286

11.5复合材料的应用286

11.5.1复合材料的主要应用领域286

11.5.2金属基复合材料的应用287

11.5.3陶瓷基复合材料的应用288

11.5.4树脂基复合材料288

11.5.5纳米复合材料289

11.6复合材料目前存在的问题289

习题与思考题289

第12章 功能材料及新材料290

12.1功能材料290

12.1.1概述290

12.1.2电功能材料291

12.1.3磁功能材料296

12.1.4热功能材料300

12.1.5光功能材料302

12.1.6声功能材料304

12.1.7其他功能材料305

12.2未来材料的发展方向309

习题与思考题310

第4篇 机械零件的失效、强化、选材及工程材料的应用311

第13章 机械零件失效与强化311

13.1机械零件的失效形式311

13.1.1过量变形失效313

13.1.2断裂失效313

13.1.3磨损失效317

13.1.4腐蚀失效318

13.2机械零件的失效分析319

13.2.1机械零件失效的原因320

13.2.2零件失效分析321

13.2.3零件失效分析案例322

13.3工程材料的强化与强韧化323

13.3.1工程材料的强化方法324

13.3.2工程材料的强韧化325

13.4机械零件选材的一般原则326

13.4.1使用性能原则326

13.4.2工艺性能原则327

13.4.3经济性原则329

习题与思考题330

第14章 典型工件的选材及工程材料的应用331

14.1典型零件的选材及工艺路线设计331

14.1.1轴类零件的选材及工艺路线设计331

14.1.2齿轮选材333

14.1.3弹簧选材335

14.1.4刃具选材339

14.2工程材料的应用341

14.2.1汽车用材341

14.2.2机床用材345

14.2.3化工设备用材347

14.2.4航空航天器用材348

习题与思考题350

参考文献352