工程材料(張麗娜)

本書以機械制造業(yè)常用材料的性能、選材和使用為主線，介紹各類工程材料的基礎(chǔ)知識和使用。全書共12章，包含金屬的結(jié)構(gòu)、性能、結(jié)晶與簡單二元相圖，鐵碳合金，熱處理的原理與工藝，金屬的塑性變形、回復(fù)和再結(jié)晶，工業(yè)用鋼，鑄鐵，有色金屬及其合金，非金屬材料，金屬材料成型技術(shù)，機械零件的選材及工藝路線。本書各章首設(shè)置了思維導(dǎo)圖，便于讀者直觀地了解各章的構(gòu)成；各章后配有習(xí)題，以使工程特色更加突出；部分章節(jié)配置了動畫演示，讀者可掃描二維碼觀看。本書強調(diào)工程應(yīng)用，以強化基礎(chǔ)能力建設(shè)、推進科技創(chuàng)新為指引，在闡述基本知識的基礎(chǔ)上介紹工程材料選用及工藝路線制定方法。本書還配套課件和習(xí)題答案，讀者可掃碼下載使用。
本書可作為高等院校機械類及相關(guān)工科專業(yè)工程材料課程的配套教材，亦可供有關(guān)技術(shù)人員參考。

為推動和促進智能制造相關(guān)學(xué)科的發(fā)展與融合，培養(yǎng)“跨專業(yè)、高融合、強創(chuàng)造”的高素質(zhì)智能制造工程技術(shù)人才，本著加強基礎(chǔ)、突出融合、加強能力和素質(zhì)教育的宗旨，相關(guān)高校教師根據(jù)現(xiàn)在的學(xué)情及學(xué)分、學(xué)時特點，充分討論了工程材料課程的特點和教學(xué)痛點，統(tǒng)籌規(guī)劃，組織一線教師按照新工科教育教學(xué)改革要求編寫了本書。
“工程材料”課程是機械類及其相關(guān)工科專業(yè)都需要開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)課程，有著承前啟后的重要作用。本書以教育部關(guān)于“十四五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材建設(shè)的實施意見為指導(dǎo)，在編寫過程中堅持價值引領(lǐng)、心懷“國之大者”，堅持為黨育人、為國育才，堅持理論聯(lián)系實際，強化教材育人理念，為培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)中華民族偉大復(fù)興大任的時代新人提供堅實支持。堅持需求導(dǎo)向，緊密圍繞新工科人才培養(yǎng)的新要求，促進專業(yè)融合、知識融合，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力為重點，支撐服務(wù)國家和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展。堅持守正創(chuàng)新，推動教學(xué)改革新成果、學(xué)科專業(yè)發(fā)展新成就進教材。
本教材共分為12章，包含金屬學(xué)、熱處理和金屬材料選用三大部分，從宏觀和微觀方面詳細地介紹了金屬材料的性能與結(jié)構(gòu)、鐵碳相圖、熱處理的原理和工藝、金屬材料的選用和成型方式等。在每章的開始制作了章節(jié)思維導(dǎo)圖，增強學(xué)生知識點的歸納和總結(jié)能力；同時在每章節(jié)后設(shè)置小結(jié)和練習(xí)題，提升學(xué)生對知識點的應(yīng)用能力。本教材配套課件、各章習(xí)題參考答案，利用新一代信息技術(shù)，整合優(yōu)質(zhì)資源，方便教與學(xué)。
本教材的第1章、第4章、第5章第1節(jié)、第6章回復(fù)和再結(jié)晶部分、第7章工具鋼部分由沈陽工學(xué)院張麗娜編寫；第2章、第3章、第8章、第10章、第11章、第12章由北京石油化工學(xué)院張建軍編寫；第7章鋼的分類和牌號部分、第9章由沈陽工學(xué)院王紅編寫；第5章第2節(jié)由沈陽工學(xué)院馬海寧編寫；第6章塑性變形部分由沈陽工學(xué)院莫成剛、石娜編寫；第7章結(jié)構(gòu)鋼部分由沈陽工學(xué)院周月波、張曉麗編寫。全書由張麗娜、張建軍、王紅主編，馬海寧、周月波、莫成剛副主編，張曉麗、石娜參編，由沈陽工學(xué)院副校長楊秀英教授主審。
本書為沈陽工學(xué)院材料成型及控制工程國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點的建設(shè)成果教材。本書在編寫過程中，得到了沈陽工學(xué)院、北京石油化工學(xué)院以及相關(guān)兄弟院校、武漢華中數(shù)控股份有限公司等校企合作專家的大力支持和幫助。在編寫過程中，參考和引用了一些文獻資料的有關(guān)內(nèi)容，在此向這些文獻資料的作者表示感謝！
由于編者水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編者 

第1章　緒論	1
1.1　材料科學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位與作用	2
1.2　工程材料的分類	4
1.3　工程材料課程的研究對象、內(nèi)容與任務(wù)	5
本章小結(jié)	7

第2章　金屬材料的結(jié)構(gòu)和性能	8
2.1　金屬的晶體結(jié)構(gòu)	9
2.1.1　理想金屬的晶體結(jié)構(gòu)	9
2.1.2　實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷	12
2.2　金屬材料的力學(xué)性能	14
2.2.1　靜載下金屬材料的力學(xué)性能	14
2.2.2　動載下金屬材料的力學(xué)性能	19
2.2.3　金屬材料的斷裂韌性	20
2.3　金屬材料的物理化學(xué)性能	21
2.3.1　物理性能	21
2.3.2　化學(xué)性能	22
2.4　金屬材料的工藝性能	23
本章小結(jié)	24
習(xí)題	24

第3章　金屬的結(jié)晶與簡單二元相圖	26
3.1　純金屬的結(jié)晶	27
3.2　合金的結(jié)晶	29
3.2.1　合金中的相	30
3.2.2　二元合金相圖的建立	32
3.2.3　二元勻晶相圖及杠桿定律	34
3.2.4　其他簡單二元相圖	38
3.2.5　合金相圖與性能的關(guān)系	43
3.2.6　復(fù)雜二元相圖的分析方法	44
3.2.7　相圖的局限性	45
本章小結(jié)	45
習(xí)題	46

第4章　鐵碳合金	47
4.1　鐵碳合金的組元	47
4.2　Fe-Fe3C相圖分析	49
4.2.1　相圖中的基本相	49
4.2.2　相圖中的點、線、區(qū)	50
4.2.3　包晶轉(zhuǎn)變	51
4.2.4　共晶轉(zhuǎn)變	52
4.2.5　共析轉(zhuǎn)變	52
4.3　典型鐵碳合金平衡結(jié)晶過程及組織	53
4.3.1　工業(yè)純鐵	53
4.3.2　共析鋼	54
4.3.3　亞共析鋼	55
4.3.4　過共析鋼	56
4.3.5　共晶白口鑄鐵	57
4.3.6　亞共晶白口鑄鐵	57
4.3.7　過共晶白口鑄鐵	58
4.4　鐵碳合金的成分-組織-性能之間的關(guān)系	58
4.4.1　含碳量對平衡組織的影響	58
4.4.2　含碳量對力學(xué)性能的影響	59
4.4.3　含碳量對工藝性能的影響	60
4.5　Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用	60
4.6　應(yīng)用Fe-Fe3C相圖應(yīng)注意的問題	61
本章小結(jié)	61
習(xí)題	62

第5章　熱處理的原理和工藝	63
5.1　鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變	64
5.1.1　奧氏體的形成	65
5.1.2　影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素	66
5.1.3　奧氏體的晶粒度及其影響因素	67
5.2　鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變	69
5.2.1　過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變	69
5.2.2　過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變	72
5.3　鋼的熱處理工藝	75
5.3.1　鋼的普通熱處理	75
5.3.2　鋼的表面熱處理	81
5.3.3　鋼的化學(xué)熱處理	82
5.3.4　鋼的其他熱處理方法	84
5.4　鑄鐵的熱處理	86
5.4.1　鑄鐵的金相學(xué)特點	87
5.4.2　鑄鐵熱處理工藝	87
本章小結(jié)	88
習(xí)題	89

第6章　金屬的塑性變形、回復(fù)和再結(jié)晶	90
6.1　金屬塑性變形的定義	91
6.2　金屬塑性變形的特性	92
6.2.1　單晶體的塑性變形	92
6.2.2　多晶體的塑性變形	96
6.3　塑性變形對金屬組織和性能的影響	97
6.3.1　對金屬結(jié)構(gòu)和組織的影響	97
6.3.2　對金屬性能的影響	98
6.4　變形金屬在加熱時組織和性能的變化	101
6.4.1　回復(fù)	101
6.4.2　再結(jié)晶	102
6.4.3　二次再結(jié)晶——晶粒長大	103
6.4.4　影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素	103
6.5　熱加工	105
6.5.1　熱加工和冷加工的區(qū)別	105
6.5.2　熱加工對金屬組織和性能的影響	106
本章小結(jié)	107
習(xí)題	107

第7章　工業(yè)用鋼	109
7.1　鋼的分類與編號	110
7.1.1　鋼的分類	110
7.1.2　鋼的編號	111
7.2　工業(yè)用鋼中合金元素的作用	113
7.2.1　合金元素對鋼的組成相的影響	113
7.2.2　合金元素對鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響	114
7.3　結(jié)構(gòu)鋼	115
7.3.1　普通碳素結(jié)構(gòu)鋼	115
7.3.2　低合金高強度鋼	116
7.3.3　滲碳鋼	121
7.3.4　合金調(diào)質(zhì)鋼	122
7.3.5　彈簧鋼	127
7.3.6　滾動軸承鋼	128
7.3.7　易切削鋼	130
7.3.8　鑄鋼	131
7.3.9　超高強度鋼	131
7.4　工具鋼	135
7.4.1　刃具鋼	135
7.4.2　模具鋼	140
7.4.3　量具鋼	146
7.5　特殊性能鋼	147
7.5.1　不銹鋼	147
7.5.2　耐熱鋼	150
7.5.3　低溫鋼	154
7.5.4　耐磨鋼	155
本章小結(jié)	157
習(xí)題	157

第8章　鑄鐵	159
8.1　鑄鐵的分類	160
8.2　鑄鐵的石墨化	161
8.3　灰鑄鐵	164
8.4　球墨鑄鐵	167
8.5　可鍛鑄鐵	170
8.6　蠕墨鑄鐵	171
8.7　合金鑄鐵	172
本章小結(jié)	173
習(xí)題	174

第9章　有色金屬及其合金	175
9.1　鋁及鋁合金	176
9.1.1　純鋁	176
9.1.2　鋁合金	177
9.2　銅及銅合金	185
9.2.1　純銅	185
9.2.2　銅合金	186
9.3　鎂及鎂合金	192
9.3.1　工業(yè)純鎂	193
9.3.2　鎂合金	193
9.4　鈦及鈦合金	197
9.4.1　純鈦	197
9.4.2　鈦合金	198
9.5　軸承合金	200
本章小結(jié)	201
習(xí)題	201

第10章　非金屬材料	202
10.1　高分子材料	203
10.1.1　概述	203
10.1.2　高分子化合物的結(jié)構(gòu)和特性	203
10.1.3　常用高分子材料	204
10.2　陶瓷材料	214
10.3　復(fù)合材料	216
本章小結(jié)	221
習(xí)題	221

第11章　金屬材料成型技術(shù)	222
11.1　鑄造成型	223
11.1.1　鑄造工藝特點及分類	224
11.1.2　合金的鑄造性能	224
11.1.3　常見鑄造工藝	232
11.1.4　我國鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢	236
11.2　鍛壓成型	237
11.2.1　金屬的鍛壓性能	238
11.2.2　鍛壓工藝	240
11.2.3　鍛壓技術(shù)的發(fā)展趨勢	245
11.3　焊接成型	246
11.3.1　焊接的分類及特點	246
11.3.2　焊接應(yīng)力與變形	247
11.3.3　常用金屬材料的焊接	248
11.3.4　常用焊接方法	251
本章小結(jié)	254
習(xí)題	255

第12章　機械零件的選材及工藝路線制定	257
12.1　機械零件的選材	258
12.1.1　零件的失效	258
12.1.2　選材的基本原則	259
12.2　典型零件的選材及加工工藝路線制定	263
12.2.1　工程材料的應(yīng)用狀況	263
12.2.2　典型零件選材及加工工藝路線制定	264
本章小結(jié)	273
習(xí)題	273

參考文獻	274