工程材料(张丽娜)

本书以机械制造业常用材料的性能、选材和使用为主线，介绍各类工程材料的基础知识和使用。全书共12章，包含金属的结构、性能、结晶与简单二元相图，铁碳合金，热处理的原理与工艺，金属的塑性变形、回复和再结晶，工业用钢，铸铁，有色金属及其合金，非金属材料，金属材料成型技术，机械零件的选材及工艺路线。本书各章首设置了思维导图，便于读者直观地了解各章的构成；各章后配有习题，以使工程特色更加突出；部分章节配置了动画演示，读者可扫描二维码观看。本书强调工程应用，以强化基础能力建设、推进科技创新为指引，在阐述基本知识的基础上介绍工程材料选用及工艺路线制定方法。本书还配套课件和习题答案，读者可扫码下载使用。
本书可作为高等院校机械类及相关工科专业工程材料课程的配套教材，亦可供有关技术人员参考。

为推动和促进智能制造相关学科的发展与融合，培养“跨专业、高融合、强创造”的高素质智能制造工程技术人才，本着加强基础、突出融合、加强能力和素质教育的宗旨，相关高校教师根据现在的学情及学分、学时特点，充分讨论了工程材料课程的特点和教学痛点，统筹规划，组织一线教师按照新工科教育教学改革要求编写了本书。
“工程材料”课程是机械类及其相关工科专业都需要开设的一门专业基础课程，是学生学习其他专业课程的必备基础课程，有着承前启后的重要作用。本书以教育部关于“十四五”普通高等教育本科国家级规划教材建设的实施意见为指导，在编写过程中坚持价值引领、心怀“国之大者”，坚持为党育人、为国育才，坚持理论联系实际，强化教材育人理念，为培养担当中华民族伟大复兴大任的时代新人提供坚实支持。坚持需求导向，紧密围绕新工科人才培养的新要求，促进专业融合、知识融合，以培养学生的创新精神和实践能力为重点，支撑服务国家和区域经济社会发展。坚持守正创新，推动教学改革新成果、学科专业发展新成就进教材。
本教材共分为12章，包含金属学、热处理和金属材料选用三大部分，从宏观和微观方面详细地介绍了金属材料的性能与结构、铁碳相图、热处理的原理和工艺、金属材料的选用和成型方式等。在每章的开始制作了章节思维导图，增强学生知识点的归纳和总结能力；同时在每章节后设置小结和练习题，提升学生对知识点的应用能力。本教材配套课件、各章习题参考答案，利用新一代信息技术，整合优质资源，方便教与学。
本教材的第1章、第4章、第5章第1节、第6章回复和再结晶部分、第7章工具钢部分由沈阳工学院张丽娜编写；第2章、第3章、第8章、第10章、第11章、第12章由北京石油化工学院张建军编写；第7章钢的分类和牌号部分、第9章由沈阳工学院王红编写；第5章第2节由沈阳工学院马海宁编写；第6章塑性变形部分由沈阳工学院莫成刚、石娜编写；第7章结构钢部分由沈阳工学院周月波、张晓丽编写。全书由张丽娜、张建军、王红主编，马海宁、周月波、莫成刚副主编，张晓丽、石娜参编，由沈阳工学院副校长杨秀英教授主审。
本书为沈阳工学院材料成型及控制工程国家级一流本科专业建设点的建设成果教材。本书在编写过程中，得到了沈阳工学院、北京石油化工学院以及相关兄弟院校、武汉华中数控股份有限公司等校企合作专家的大力支持和帮助。在编写过程中，参考和引用了一些文献资料的有关内容，在此向这些文献资料的作者表示感谢！
由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者 

第1章　绪论	1
1.1　材料科学在工业生产中的重要地位与作用	2
1.2　工程材料的分类	4
1.3　工程材料课程的研究对象、内容与任务	5
本章小结	7

第2章　金属材料的结构和性能	8
2.1　金属的晶体结构	9
2.1.1　理想金属的晶体结构	9
2.1.2　实际金属的晶体结构与晶体缺陷	12
2.2　金属材料的力学性能	14
2.2.1　静载下金属材料的力学性能	14
2.2.2　动载下金属材料的力学性能	19
2.2.3　金属材料的断裂韧性	20
2.3　金属材料的物理化学性能	21
2.3.1　物理性能	21
2.3.2　化学性能	22
2.4　金属材料的工艺性能	23
本章小结	24
习题	24

第3章　金属的结晶与简单二元相图	26
3.1　纯金属的结晶	27
3.2　合金的结晶	29
3.2.1　合金中的相	30
3.2.2　二元合金相图的建立	32
3.2.3　二元匀晶相图及杠杆定律	34
3.2.4　其他简单二元相图	38
3.2.5　合金相图与性能的关系	43
3.2.6　复杂二元相图的分析方法	44
3.2.7　相图的局限性	45
本章小结	45
习题	46

第4章　铁碳合金	47
4.1　铁碳合金的组元	47
4.2　Fe-Fe3C相图分析	49
4.2.1　相图中的基本相	49
4.2.2　相图中的点、线、区	50
4.2.3　包晶转变	51
4.2.4　共晶转变	52
4.2.5　共析转变	52
4.3　典型铁碳合金平衡结晶过程及组织	53
4.3.1　工业纯铁	53
4.3.2　共析钢	54
4.3.3　亚共析钢	55
4.3.4　过共析钢	56
4.3.5　共晶白口铸铁	57
4.3.6　亚共晶白口铸铁	57
4.3.7　过共晶白口铸铁	58
4.4　铁碳合金的成分-组织-性能之间的关系	58
4.4.1　含碳量对平衡组织的影响	58
4.4.2　含碳量对力学性能的影响	59
4.4.3　含碳量对工艺性能的影响	60
4.5　Fe-Fe3C相图的应用	60
4.6　应用Fe-Fe3C相图应注意的问题	61
本章小结	61
习题	62

第5章　热处理的原理和工艺	63
5.1　钢在加热时的转变	64
5.1.1　奥氏体的形成	65
5.1.2　影响奥氏体转变速度的因素	66
5.1.3　奥氏体的晶粒度及其影响因素	67
5.2　钢在冷却时的转变	69
5.2.1　过冷奥氏体的等温转变	69
5.2.2　过冷奥氏体的连续冷却转变	72
5.3　钢的热处理工艺	75
5.3.1　钢的普通热处理	75
5.3.2　钢的表面热处理	81
5.3.3　钢的化学热处理	82
5.3.4　钢的其他热处理方法	84
5.4　铸铁的热处理	86
5.4.1　铸铁的金相学特点	87
5.4.2　铸铁热处理工艺	87
本章小结	88
习题	89

第6章　金属的塑性变形、回复和再结晶	90
6.1　金属塑性变形的定义	91
6.2　金属塑性变形的特性	92
6.2.1　单晶体的塑性变形	92
6.2.2　多晶体的塑性变形	96
6.3　塑性变形对金属组织和性能的影响	97
6.3.1　对金属结构和组织的影响	97
6.3.2　对金属性能的影响	98
6.4　变形金属在加热时组织和性能的变化	101
6.4.1　回复	101
6.4.2　再结晶	102
6.4.3　二次再结晶——晶粒长大	103
6.4.4　影响再结晶后晶粒大小的因素	103
6.5　热加工	105
6.5.1　热加工和冷加工的区别	105
6.5.2　热加工对金属组织和性能的影响	106
本章小结	107
习题	107

第7章　工业用钢	109
7.1　钢的分类与编号	110
7.1.1　钢的分类	110
7.1.2　钢的编号	111
7.2　工业用钢中合金元素的作用	113
7.2.1　合金元素对钢的组成相的影响	113
7.2.2　合金元素对钢的组织转变的影响	114
7.3　结构钢	115
7.3.1　普通碳素结构钢	115
7.3.2　低合金高强度钢	116
7.3.3　渗碳钢	121
7.3.4　合金调质钢	122
7.3.5　弹簧钢	127
7.3.6　滚动轴承钢	128
7.3.7　易切削钢	130
7.3.8　铸钢	131
7.3.9　超高强度钢	131
7.4　工具钢	135
7.4.1　刃具钢	135
7.4.2　模具钢	140
7.4.3　量具钢	146
7.5　特殊性能钢	147
7.5.1　不锈钢	147
7.5.2　耐热钢	150
7.5.3　低温钢	154
7.5.4　耐磨钢	155
本章小结	157
习题	157

第8章　铸铁	159
8.1　铸铁的分类	160
8.2　铸铁的石墨化	161
8.3　灰铸铁	164
8.4　球墨铸铁	167
8.5　可锻铸铁	170
8.6　蠕墨铸铁	171
8.7　合金铸铁	172
本章小结	173
习题	174

第9章　有色金属及其合金	175
9.1　铝及铝合金	176
9.1.1　纯铝	176
9.1.2　铝合金	177
9.2　铜及铜合金	185
9.2.1　纯铜	185
9.2.2　铜合金	186
9.3　镁及镁合金	192
9.3.1　工业纯镁	193
9.3.2　镁合金	193
9.4　钛及钛合金	197
9.4.1　纯钛	197
9.4.2　钛合金	198
9.5　轴承合金	200
本章小结	201
习题	201

第10章　非金属材料	202
10.1　高分子材料	203
10.1.1　概述	203
10.1.2　高分子化合物的结构和特性	203
10.1.3　常用高分子材料	204
10.2　陶瓷材料	214
10.3　复合材料	216
本章小结	221
习题	221

第11章　金属材料成型技术	222
11.1　铸造成型	223
11.1.1　铸造工艺特点及分类	224
11.1.2　合金的铸造性能	224
11.1.3　常见铸造工艺	232
11.1.4　我国铸造技术发展趋势	236
11.2　锻压成型	237
11.2.1　金属的锻压性能	238
11.2.2　锻压工艺	240
11.2.3　锻压技术的发展趋势	245
11.3　焊接成型	246
11.3.1　焊接的分类及特点	246
11.3.2　焊接应力与变形	247
11.3.3　常用金属材料的焊接	248
11.3.4　常用焊接方法	251
本章小结	254
习题	255

第12章　机械零件的选材及工艺路线制定	257
12.1　机械零件的选材	258
12.1.1　零件的失效	258
12.1.2　选材的基本原则	259
12.2　典型零件的选材及加工工艺路线制定	263
12.2.1　工程材料的应用状况	263
12.2.2　典型零件选材及加工工艺路线制定	264
本章小结	273
习题	273

参考文献	274