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绪论1

一、材料的重要性1

二、工程材料的分类2

三、工程材料的知识架构3

四、工程材料课程的性质与任务7

五、工程材料课程的主要内容7

第1章 金属材料的性能9

1.1 金属材料的力学性能9

1.1.1 强度9

1.1.2 塑性11

1.1.3 硬度12

1.1.4 冲击韧性14

1.1.5 疲劳强度16

1.1.6 断裂韧性17

1.2 金属材料的理化性能18

1.2.1 金属的物理性能18

1.2.2 金属的化学性能19

1.3 金属材料的工艺性能20

1.3.1 铸造性能20

1.3.2 锻造性能21

1.3.3 焊接性能21

1.3.4 切削加工性能21

1.3.5 热处理工艺性能22

1.4 金属材料的高温性能22

1.4.1 材料的蠕变22

1.4.2 蠕变极限与持久强度24

习题与思考题26

第2章 金属材料的微观结构28

2.1 金属的晶体结构28

2.1.1 晶体学基础知识28

2.1.2 典型金属晶体结构31

2.1.3 实际晶体结构34

2.2 合金的相结构37

2.2.1 概述37

2.2.2 合金的相结构38

习题与思考题42

第3章 金属材料的塑性变形与强韧化43

3.1 金属材料的塑性变形43

3.1.1 晶内变形44

3.1.2 晶间变形47

3.1.3 冷塑性成形对金属组织和性能的影响48

3.1.4 回复与再结晶51

3.1.5 金属的热塑性成形52

3.1.6 塑性成形件中晶粒的大小55

3.1.7 金属的超塑性56

3.2 金属材料的强韧化57

3.2.1 金属的强化58

3.2.2 金属的韧化64

3.2.3 强化与韧化的关系67

习题与思考题68

第4章 金属的结晶与二元合金相图69

4.1 金属的结晶69

4.1.1 纯金属的结晶条件69

4.1.2 纯金属结晶的一般过程70

4.1.3 铸件的凝固组织72

4.1.4 金属的同素异晶转变77

4.2 二元合金相图79

4.2.1 相图的建立79

4.2.2 匀晶相图80

4.2.3 共晶相图83

4.2.4 包晶相图89

4.2.5 其他相图91

4.2.6 合金性能与相图的关系92

4.3 铁-碳合金相图94

4.3.1 基本分析94

4.3.2 铁碳合金平衡结晶过程及组织96

4.3.3 铁碳合金成分-组织-性能之间的关系99

4.3.4 铁碳相图的应用102

习题与思考题102

第5章 热处理原理与工艺104

5.1 热处理概述104

5.1.1 热处理在金属材料中的作用104

5.1.2 热处理基本类型104

5.2 钢在加热时的组织转变106

5.2.1 奥氏体的形成106

5.2.2 奥氏体晶粒的长大及其影响因素108

5.3 钢在冷却时的组织转变110

5.3.1 过冷奥氏体的等温转变111

5.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线120

5.4 钢的退火和正火123

5.4.1 退火工艺及其应用123

5.4.2 正火工艺及其应用126

5.4.3 退火和正火的选用128

5.5 钢的淬火129

5.5.1 钢的淬火工艺129

5.5.2 钢的淬透性133

5.5.3 常见的淬火缺陷137

5.6 钢的回火138

5.6.1 回火时的组织转变与性能139

5.6.2 回火脆性及回火的分类141

5.7 钢的表面淬火142

5.8 钢的化学热处理146

5.8.1 渗碳146

5.8.2 渗氮150

5.8.3 碳氮共渗151

5.8.4 其他化学热处理工艺153

5.9 其他热处理工艺154

5.9.1 可控气氛热处理154

5.9.2 真空热处理155

5.9.3 形变热处理156

5.9.4 钢的时效157

5.10 常见的热处理问题159

5.10.1 热处理零件的结构工艺性159

5.10.2 热处理技术条件标注161

5.10.3 热处理工序位置安排161

习题与思考题163

第6章 表面处理技术165

6.1 概述165

6.1.1 表面处理的意义165

6.1.2 表面处理技术的分类166

6.2 电镀、化学镀及化学转化膜技术167

6.2.1 电镀167

6.2.2 化学镀170

6.2.3 化学转化膜171

6.3 表面涂敷技术172

6.3.1 热喷涂172

6.3.2 堆焊175

6.3.3 涂装176

6.3.4 其他表面涂敷技术177

6.4 表面改性处理178

6.4.1 激光表面处理技术178

6.4.2 电子束表面处理技术180

6.4.3 其他表面改性方法181

6.5 气相沉积182

6.5.1 物理气相沉积（PVD）182

6.5.2 化学气相沉积（CVD）185

6.5.3 物理气相沉积与化学气相沉积的对比186

习题与思考题187

第7章 工业用钢189

7.1 工业用钢概述189

7.1.1 钢的分类189

7.1.2 钢的牌号表示方法191

7.2 合金化原理194

7.2.1 合金元素的存在形式194

7.2.2 合金元素对Fe-C相图的影响197

7.2.3 合金元素对钢热处理组织转变的影响198

7.2.4 合金元素对钢力学性能的影响201

7.2.5 合金元素对钢工艺性能的影响203

7.3 工程结构用钢204

7.3.1 碳素结构钢205

7.3.2 低合金高强度钢206

7.3.3 汽车用低合金钢207

7.3.4 其他工程结构用低合金钢209

7.3.5 工程用铸造碳钢210

7.4 机械结构用钢212

7.4.1 渗碳钢213

7.4.2 调质钢214

7.4.3 弹簧钢221

7.4.4 易切削结构钢222

7.4.5 超高强度钢223

7.4.6 其他机械结构用钢227

7.5 滚动轴承钢228

7.5.1 滚动轴承钢的特点228

7.5.2 滚动轴承钢的热处理229

7.5.3 常用轴承钢229

7.6 工具钢231

7.6.1 刃具钢231

7.6.2 模具钢240

7.6.3 量具钢245

7.7 特殊性能钢246

7.7.1 不锈钢246

7.7.2 耐热钢249

7.7.3 高锰耐磨钢255

7.7.4 特殊物理性能钢256

习题与思考题256

第8章 铸铁259

8.1 铸铁的石墨化259

8.1.1 铸铁中碳的存在形式259

8.1.2 铁碳合金双重相图259

8.1.3 石墨化过程260

8.1.4 影响石墨化的因素261

8.1.5 铸铁的分类262

8.2 灰铸铁263

8.2.1 灰铸铁的化学成分、组织和性能263

8.2.2 灰铸铁的孕育处理264

8.2.3 灰铸铁的牌号和应用264

8.2.4 灰铸铁的热处理265

8.3 球墨铸铁265

8.3.1 球墨铸铁的化学成分和组织特征266

8.3.2 球墨铸铁的球化处理与孕育处理266

8.3.3 球墨铸铁的牌号267

8.3.4 球墨铸铁的热处理267

8.4 蠕墨铸铁269

8.5 可锻铸铁269

8.5.1 可锻铸铁的化学成分和组织特征269

8.5.2 可锻铸铁的牌号及性能特点270

8.5.3 可锻铸铁的石墨化退火271

8.6 特殊性能铸铁271

习题与思考题272

第9章 有色金属及其合金273

9.1 铝及其合金273

9.1.1 铝的主要特性及应用273

9.1.2 铝合金及其热处理274

9.1.3 变形铝合金276

9.1.4 铸造铝合金279

9.2 钛及其合金282

9.2.1 纯钛282

9.2.2 钛合金283

9.2.3 钛合金的热处理286

9.3 铜及其合金287

9.3.1 纯铜287

9.3.2 黄铜287

9.3.3 青铜290

9.3.4 白铜293

9.4 镁合金293

9.4.1 镁合金特点294

9.4.2 镁合金分类295

9.4.3 镁合金热处理工艺297

9.5 高温合金298

9.5.1 概述298

9.5.2 高温合金的强化300

9.5.3 镍基高温合金303

习题与思考题306

第10章 高分子材料与陶瓷材料308

10.1 高分子材料308

10.1.1 概述308

10.1.2 高分子材料的结构310

10.1.3 高分子材料的性能315

10.1.4 塑料318

10.1.5 其他高分子材料322

10.2 陶瓷326

10.2.1 陶瓷材料的结构与性能326

10.2.2 常用陶瓷材料329

习题与思考题331

第11章 其他工程材料333

11.1 复合材料333

11.1.1 复合材料的定义333

11.1.2 复合材料的分类334

11.1.3 复合材料的性能特点和增强机制334

11.1.4 常用复合材料336

11.2 纳米材料341

11.2.1 纳米材料的特征341

11.2.2 纳米材料的制备342

11.2.3 几种纳米材料及其应用342

11.3 梯度功能材料344

11.3.1 梯度功能材料的概念344

11.3.2 梯度功能材料的制备345

11.3.3 梯度功能材料的应用346

11.4 形状记忆材料347

11.4.1 基本概念及理论347

11.4.2 形状记忆原理简介347

11.4.3 形状记忆合金的应用349

11.5 非晶态合金349

11.5.1 非晶态合金的特性349

11.5.2 非晶态合金的应用351

习题与思考题351

第12章 零件材料与工艺方法的选择352

12.1 零件的失效分析352

12.1.1 工程材料的使用条件352

12.1.2 失效的形式353

12.1.3 失效的原因357

12.1.4 失效分析的方法358

12.2 零件材料与工艺方法的选用359

12.2.1 基本原则359

12.2.2 零件材料与工艺方法选择的步骤及依据362

12.3 典型零件的材料与工艺选择377

12.3.1 轴类零件377

12.3.2 齿轮类零件381

12.3.3 刃具材料选择及工艺制定384

12.3.4 模具类零件材料选择及工艺选择386

12.3.5 飞机材料选择与工艺选择386

习题与思考题389

参考文献392