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绪论 1

0.1 材料及成形技术的历史 1

0.2 工程材料的分类及应用 1

0.3 课程的目的、内容和学习要求 2

第1章 工程材料的性能 3

1.1 材料的力学性能 3

1.1.1 强度和塑性 3

1.1.2 硬度 7

1.1.3 韧性 10

1.1.4 疲劳强度 11

1.2 材料的物理性能和化学性能 12

1.2.1 材料的物理性能 12

1.2.2 材料的化学性能 14

1.3 材料的工艺性能 14

1.3.1 铸造性能 14

1.3.2 锻造性能 14

1.3.3 焊接性能 15

1.3.4 切削加工性能 15

1.3.5 热处理工艺性能 15

知识框架梳理 15

思考与练习 16

第2章 工程材料的结构 18

2.1 材料的结合方式 18

2.1.1 结合键 18

2.1.2 晶体与非晶体 19

2.2 金属的晶体结构 19

2.2.1 晶体结构的基本概念 19

2.2.2 典型的金属晶体结构 20

2.2.3 实际的金属晶体结构 22

2.3 合金的晶体结构 24

2.3.1 合金的基本概念 25

2.3.2 合金的相结构 25

2.4 陶瓷材料的结构 27

2.4.1 晶体相 27

2.4.2 玻璃相 27

2.4.3 气相 27

2.5 高分子材料的结构 27

2.5.1 高分子链结构 28

2.5.2 聚集态结构 28

知识框架梳理 29

思考与练习 30

第3章 金属材料的结晶 32

3.1 纯金属的结晶 32

3.1.1 结晶的条件 32

3.1.2 结晶的过程 33

3.1.3 结晶后晶粒的大小及控制 34

3.2 金属的同素异构转变 35

3.3 铁碳合金的结晶 36

3.3.1 合金相图及相图的建立 36

3.3.2 铁碳合金的组元及其中的相 37

3.3.3 Fe-Fe3C相图分析 38

3.3.4 铁碳合金的结晶过程 40

3.3.5 铁碳合金成分、组织和性能之间的关系 46

3.3.6 铁碳合金相图的应用 47

知识框架梳理 48

思考与练习 49

第4章 钢的热处理 51

4.1 概述 51

4.2 钢在加热和冷却时的组织转变 53

4.2.1 钢在加热时的组织转变 53

4.2.2 钢在冷却时的组织转变 54

4.3 钢的整体热处理 60

4.3.1 钢的退火 60

4.3.2 钢的正火 62

4.3.3 钢的淬火 63

4.3.4 钢的回火 66

4.4 钢的表面热处理 67

4.4.1 表面淬火 67

4.4.2 化学热处理 69

4.5 热处理新技术简介 71

4.5.1 形变热处理 71

4.5.2 真空热处理 72

4.5.3 可控气氛热处理 72

4.6 热处理工艺的应用 72

4.6.1 热处理技术条件的标注 72

4.6.2 热处理工序位置的安排 74

4.6.3 热处理零件的结构工艺性 75

4.7 金属材料的表面处理技术 77

4.7.1 气相沉积技术 77

4.7.2 热喷涂技术 77

4.7.3 化学转化膜技术 78

知识框架梳理 78

思考与练习 80

第5章 工业用钢 82

5.1 钢的分类与牌号 82

5.1.1 钢的分类 82

5.1.2 钢铁材料编号的表示方法 83

5.1.3 钢铁牌号统一数字代号体系 84

5.2 钢中的常存杂质与合金元素 85

5.2.1 常存杂质元素对钢性能的影响 85

5.2.2 合金元素对钢性能的影响 86

5.3 非合金钢 89

5.3.1 碳素结构钢 89

5.3.2 优质碳素结构钢 91

5.3.3 碳素工具钢 92

5.3.4 铸钢 92

5.4 低合金钢 94

5.5 合金钢 94

5.5.1 合金结构钢 96

5.5.2 合金工具钢 103

5.5.3 特殊性能钢 109

知识框架梳理 113

思考与练习 114

第6章 铸铁 115

6.1 概述 115

6.1.1 铸铁的分类 115

6.1.2 铸铁的石墨化及其影响因素 116

6.2 常用铸铁 116

6.2.1 灰铸铁 116

6.2.2 球墨铸铁 119

6.2.3 可锻铸铁 121

6.2.4 蠕墨铸铁 123

6.3 合金铸铁 124

6.3.1 耐磨铸铁 124

6.3.2 耐热铸铁 125

6.3.3 耐蚀铸铁 125

知识框架梳理 125

思考与练习 126

第7章 有色金属及其合金 128

7.1 铝及铝合金 128

7.1.1 工业纯铝 128

7.1.2 铝合金 129

7.2 铜及铜合金 134

7.2.1 工业纯铜 134

7.2.2 铜合金 135

7.3 轴承合金 140

7.3.1 轴承合金的性能要求及组织特点 140

7.3.2 常用轴承合金 141

知识框架梳理 142

思考与练习 142

第8章 非金属材料与新型材料 144

8.1 高分子材料 144

8.1.1 工程塑料 144

8.1.2 合成橡胶 147

8.2 陶瓷材料 149

8.2.1 陶瓷材料的分类 149

8.2.2 陶瓷材料的性能特点 149

8.2.3 常用工业陶瓷 149

8.3 复合材料 150

8.3.1 复合材料的分类 151

8.3.2 复合材料的性能特点 151

8.3.3 常用复合材料 152

8.4 新型材料简介 154

8.4.1 纳米材料 154

8.4.2 形状记忆材料 155

8.4.3 储氢材料 156

8.4.4 超导材料 156

8.4.5 非晶态合金 156

知识框架梳理 157

思考与练习 158

第9章 铸造成形 159

9.1 铸造成形基础 159

9.1.1 铸造、铸件与铸造工艺的特点 159

9.1.2 合金的铸造性能 160

9.2 常用的铸造方法 161

9.2.1 砂型铸造 161

9.2.2 特种铸造 167

9.2.3 铸造新技术简介 168

9.3 铸件的结构工艺性 169

9.3.1 铸件性能对铸件结构的要求 169

9.3.2 铸造工艺对铸件结构的要求 171

9.3.3 不同铸造方法对铸件结构的要求 171

9.4 铸件质量与成本分析 172

9.4.1 铸件的主要缺陷及其产生原因 172

9.4.2 铸件成本分析 174

知识框架梳理 175

思考与练习 175

第10章 锻压成形 176

10.1 锻压成形基础 176

10.1.1 锻压的基本生产方式 177

10.1.2 金属的锻造性能 179

10.1.3 坯料的加热与锻件的冷却 181

10.2 常用的锻压成形方法 181

10.2.1 自由锻 181

10.2.2 模锻 185

10.2.3 冲压 188

10.2.4 锻压新技术简介 189

10.3 锻件的结构工艺性 189

10.3.1 锻造性能对锻件结构的要求 189

10.3.2 不同锻压方法对锻件结构的要求 189

10.4 锻件质量与成本分析 191

10.4.1 锻件质量分析 191

10.4.2 锻件成本分析 192

知识框架梳理 193

思考与练习 193

第11章 焊接与胶接成形 195

11.1 焊接成形基础 195

11.1.1 焊接的分类与特点 195

11.1.2 焊接接头的组织和性能 197

11.2 常用的焊接方法 199

11.2.1 焊条电弧焊 199

11.2.2 埋弧焊 201

11.2.3 气焊 202

11.2.4 气体保护焊 202

11.2.5 电渣焊 203

11.2.6 电阻焊 204

11.2.7 钎焊 205

11.3 焊接的结构工艺性 205

11.3.1 焊接结构材料的选择 205

11.3.2 焊接方法的选择 206

11.3.3 焊接接头的选择 208

11.3.4 焊缝的布置 209

11.3.5 焊接的质量检验 212

11.4 焊接与切割新技术简介 212

11.4.1 等离子弧焊和切割 212

11.4.2 激光焊与切割 213

11.4.3 超声波焊接 213

11.4.4 扩散焊 213

11.4.5 水切割 213

11.5 胶接成形 214

11.5.1 胶接的特点 214

11.5.2 胶接工艺 214

11.5.3 胶接新技术简介 215

知识框架梳理 216

思考与练习 216

第12章 材料及成形工艺的选择 217

12.1 零件的失效 217

12.1.1 零件的失效形式 217

12.1.2 零件的失效原因 218

12.1.3 零件的失效分析 219

12.2 材料及成形工艺选择原则 219

12.2.1 使用性原则 219

12.2.2 工艺性原则 220

12.2.3 经济性原则 220

12.3 材料及成形工艺选择方法 221

12.3.1 材料及成形工艺选择的步骤 221

12.3.2 材料及成形工艺选择的方法及依据 221

12.4 典型零件的材料及工艺选择 223

12.4.1 轴类零件的材料及工艺选择 223

12.4.2 齿轮类零件的材料及工艺选择 225

12.4.3 手用丝锥的材料及工艺选择 226

12.4.4 箱体类零件的材料及工艺选择 226

知识框架梳理 227

思考与练习 227

参考文献 229