工程材料及成形技术基础孙振忠工程材料_孙振忠_9787111791072

本书系统地介绍了工程材料及成形技术的基本知识，是一本学习工程材料及成形技术知识的入门教科书。本书内容包括工程材料的分类与性能、金属的晶体结构与合金相图、钢的热处理、钢的表面处理、钢及其用途、铸铁、有色金属与硬质合金、非金属材料与新型材料、铸造成形技术、压力加工成形、焊接与胶接连接、非金属材料成型技术、零件材料与毛坯的选择。
本书注重内容和体系创新，突出以学生为中心的技术应用和实践创新能力培养；融合现代新媒体技术，使学习、实践、训练多元立体整合，有利于讲练结合、学做结合的课程教学开展和学生自学、自练、自检、自评，同时适合线上、线下等多种现代教学方法。
本书主要适用于应用型本科机械类、近机械类专业教学，也可作为相关专业工程技术人员的参考书。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，加工工艺是人类文明的重要里程碑。人类先后经历了石器时代青铜时代铁器时代钢铁时代新材料时代（高分子时代、半导体时代、先进陶瓷时代、复合材料时代）。20世纪70年代，材料、能源和信息技术被誉为现代文明的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础；20世纪80年代后期，新材料技术、生物技术和信息技术成为新技术革命的重要标志。一直以来，工业发达国家都将材料科学、加工工艺技术作为经济发展的重要引擎给予高度重视。
工程材料中使用的材料有金属材料和非金属材料两大类。金属材料又分为钢铁材料（黑色金属材料）和有色金属材料两类。钢铁材料不仅具有优良的力学性能和工艺性能，而且价格低廉，常用于制造各种机械零件和工具。有色金属材料（如铝合金、铜合金等）除具有较好的力学性能和工艺性能外，还具有良好的物理、化学性能（如导电性、耐蚀性等），常用于制造某些特殊的零件。金属材料（尤其是钢）在工程中的应用最为广泛。非金属材料是除金属材料以外的其他材料，如塑料、橡胶、胶结剂、陶瓷、复合材料等。非金属材料具有许多独特的性能并发展迅速，在工程中的应用越来越广泛。材料的成形技术是零件设计的重要内容，是材料加工过程的关键因素。
工程材料及成形技术是工程类专业的一门专业基础课，涉及的知识面广，实用性强。本书的编写本着有所为，有所不为，够用为度的原则，在众多材料及加工类书籍中力求内容新而实用，增强可读性，突出可操作性。本书分为4篇，共13章。第1篇：工程材料基础理论（第1～4章）；第2篇：常用工程材料（第5～8章）；第3篇：工程材料成形技术基础（第9～12章）；第4篇：工程材料应用及成形工艺的选择（第13章）。本书内容包括工程材料的分类与性能、金属的晶体结构与合金相图、钢的热处理、钢的表面处理、钢及其用途、铸铁、有色金属与硬质合金、非金属材料与新型材料、铸造成形技术、压力加工成形、焊接与胶接连接、非金属材料成型技术、零件材料与毛坯的选择。
本书由东莞理工学院机械工程学院组织编写，由孙振忠教授担任主编，谢春晓、李文、王维和海洋担任副主编，张晶、王珂玮、刘环裕、陈磊、尚欣、陈玉娇参与编写。全书由东莞理工学院长安先进制造学院齐晓杰教授主审。编写成员具体分工如下：孙振忠负责拟定本书的编写方案并编写第9～11章部分内容；谢春晓负责编写第4、7章内容；李文负责编写第5、6章内容；王维负责编写第3章和第9章部分内容；海洋负责编写第2章内容；张晶负责编写第1、13章内容；王珂玮、刘环裕、陈磊负责编写第8、12章内容；尚欣负责编写第10章部分内容；陈玉娇负责编写第11章部分内容。
本书在编写过程中参考了部分相关专业图书的内容和规范标准，也引用了一些企业优质产品图片，在此一并致以谢意。由于编者水平有限，书中欠妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
编　者

前言
第1篇　工程材料基础理论
第1章　工程材料的分类与性能 2
章前思维导图 2
教学指导与学习目标 3
1.1　工程材料的分类 3
1.2　材料的力学性能 4
1.2.1　强度、刚度和塑性 4
1.2.2　冲击韧性和疲劳抗力 7
1.2.3　硬度 8
1.2.4　断裂韧性 10
1.3　材料的其他性能 11
1.3.1　物理性能 11
1.3.2　化学性能 11
1.3.3　工艺性能 12
1.3.4　强化金属材料的方法 12
思考题与习题 13
第2章　金属的晶体结构与合金相图 14
章前思维导图 14
教学指导与学习目标 15
2.1　金属的晶体结构与结晶 15
2.1.1　金属的晶体结构 15
2.1.2　金属的实际晶体结构 17
2.1.3　金属的结晶 18
2.2　合金的相结构与合金的相图 22
2.2.1　合金的相结构 22
2.2.2　合金的相图 23
2.3　铁碳合金相图 25
2.3.1　铁碳合金中的组织 26
2.3.2　铁碳合金相图中的点、线及意义 27
2.3.3　铁碳合金相图的应用 28
思考题与习题 30
第3章　钢的热处理 31
章前思维导图 31
教学指导与学习目标 32
3.1　钢的热处理基础 32
3.2　钢在加热和冷却时的转变 33
3.2.1　钢在加热时的转变 33
3.2.2　钢在冷却时的转变 34
3.3　钢的整体热处理 39
3.3.1　退火 39
3.3.2　正火 40
3.3.3　淬火 41
3.3.4　回火 44
3.4　热处理新技术简介 45
3.4.1　真空热处理 46
3.4.2　可控气氛热处理 46
3.4.3　形变热处理 46
思考题与习题 47
第4章　钢的表面处理 48
章前思维导图 48
教学指导与学习目标 49
4.1　表面处理概述 49
4.2　钢的表面热处理与化学热处理 49
4.2.1　表面热处理 49
4.2.2　化学热处理 51
4.3　表面强化处理 54
4.3.1　热喷涂技术 54
4.3.2　气相沉积技术 55
4.3.3　电火花表面强化 57
4.3.4　激光表面处理 57
4.3.5　喷丸处理 58
4.3.6　表面滚压 59
4.4　表面防腐处理 60
4.4.1　金属腐蚀的类型及原因 60
4.4.2　表面防腐处理的方法 60
4.4.3　电镀 61
4.4.4　离子镀 62
4.4.5　铝阳极氧化 63
4.4.6　发蓝与磷化 63
4.5　表面装饰加工 63
4.5.1　表面抛光 64
4.5.2　金属着色 64
4.5.3　晒纹 65
4.5.4　美术装饰漆膜 65
思考题与习题 65
第2篇　常用工程材料
第5章　钢及其用途 67
章前思维导图 67
教学指导与学习目标 68
5.1　概述 68
5.1.1　钢的分类 68
5.1.2　杂质和合金元素在钢中的作用 69
5.2　结构钢 72
5.2.1　碳素结构钢 72
5.2.2　低合金高强度结构钢 73
5.2.3　优质碳素结构钢 74
5.2.4　合金结构钢 75
5.3　工具钢 83
5.3.1　刃具钢 83
5.3.2　量具钢 86
5.3.3　模具钢 86
5.4　特种钢 88
5.4.1　不锈钢 88
5.4.2　耐热钢 90
5.4.3　耐磨钢 91
思考题与习题 92
第6章　铸铁 94
章前思维导图 94
教学指导与学习目标 95
6.1　概述 95
6.1.1　铸铁的分类 95
6.1.2　铸铁中碳的石墨化 96
6.2　灰铸铁 97
6.2.1　灰铸铁的成分、组织与性能 97
6.2.2　灰铸铁的牌号和用途 98
6.2.3　灰铸铁的热处理 99
6.3　可锻铸铁 99
6.3.1　可锻铸铁的成分、组织与性能 99
6.3.2　可锻铸铁的牌号和用途 100
6.4　球墨铸铁 101
6.4.1　球墨铸铁的成分、组织与性能 101
6.4.2　球墨铸铁的牌号和用途 101
6.4.3　球墨铸铁的热处理 102
6.5　蠕墨铸铁 102
6.5.1　蠕墨铸铁的成分、组织与性能 103
6.5.2　蠕墨铸铁的牌号和用途 103
6.6　合金铸铁 103
思考题与习题 104
第7章　有色金属与硬质合金 105
章前思维导图 105
教学指导与学习目标 106
7.1　铝及铝合金 106
7.1.1　纯铝 107
7.1.2　铝合金的分类 107
7.1.3　铝合金的强化方式 107
7.1.4　变形铝合金 108
7.1.5　铸造铝合金 110
7.2　铜及铜合金 112
7.2.1　工业纯铜 112
7.2.2　铜合金的分类和牌号 112
7.2.3　黄铜 113
7.2.4　青铜 115
7.2.5　白铜 116
7.3　其他有色金属材料简介 117
7.3.1　镁及镁合金 117
7.3.2　钛及钛合金 118
7.3.3　滑动轴承合金 118
7.3.4　锌及锌合金 120
7.3.5　钼及钼合金 120
7.3.6　钨及钨合金 120
7.3.7　高温合金 121
7.4　粉末冶金与硬质合金 122
思考题与习题 123
第8章　非金属材料与新型材料 124
章前思维导图 124
教学指导与学习目标 125
8.1　高聚物 125
8.1.1　高聚物的基本概念 125
8.1.2　高聚物的分类 125
8.1.3　聚合物的结构 126
8.2　陶瓷材料 127
8.2.1　黏土 127
8.2.2　石英 128
8.2.3　长石 128
8.2.4　新型陶瓷原料 128
8.2.5　碳化物原料 130
8.2.6　氮化物原料 131
8.2.7　硼化物原料 131
8.3　复合材料 132
8.3.1　复合材料的分类 133
8.3.2　复合材料的特性 134
8.3.3　复合材料的应用 135
8.4　新型材料 139
8.4.1　绿色塑料（聚合物） 139
8.4.2　超高温陶瓷 139
8.4.3　气凝胶 140
思考题与习题 143
第3篇　工程材料成形技术基础
第9章　铸造成形技术 145
章前思维导图 145
教学指导与学习目标 146
9.1　铸造的基本原理 146
9.1.1　液态合金的充型能力 146
9.1.2　合金的收缩 148
9.1.3　铸造应力及铸件的变形和裂纹 150
9.1.4　常用合金的铸造性能 152
9.2　铸造成形方法 153
9.2.1　砂型铸造 153
9.2.2　特种铸造 155
9.2.3　铸造方法的选择 158
9.3　铸件结构设计 159
9.3.1　铸造工艺对铸件结构的要求 159
9.3.2　合金铸造性能对铸件结构的
要求 161
思考题与习题 164
第10章　压力加工成形 166
章前思维导图 166
教学指导与学习目标 167
10.1　概述 167
10.2　锻造成形 168
10.2.1　自由锻造 169
10.2.2　模型锻造 172
10.3　冲压成形 173
10.3.1　分离工序 174
10.3.2　变形工序 176
10.3.3　冲压设备与冲压模具 178
10.4　其他塑性成形 182
10.4.1　拉拔成形 182
10.4.2　挤压成形 183
10.4.3　轧制成形 184
10.4.4　旋压成形 185
思考题与习题 186
第11章　焊接与胶接连接 187
章前思维导图 187
教学指导与学习目标 188
11.1　焊接工程理论基础 188
11.1.1　焊接方法的分类及其特点 188
11.1.2　电弧焊与激光焊的冶金过程
及其特点 190
11.1.3　焊接接头的金属组织和性能 191
11.1.4　焊接应力与变形 192
11.2　常用焊接方法 194
11.2.1　熔焊 194
11.2.2　压焊 198
11.2.3　钎焊 200
11.3　焊接结构设计 201
11.3.1　焊接结构材料的选择 201
11.3.2　焊接方法的选择 201
11.3.3　焊接接头工艺设计 202
11.4　焊接质量检验 205
11.4.1　焊接缺陷 205
11.4.2　焊接检验方法 206
11.5　胶接连接 206
11.5.1　胶接的原理和特点 206
11.5.2　常用胶黏剂 207
11.5.3　胶接工艺 207
11.5.4　胶接接头的设计 207
思考题与习题 207
第12章　非金属材料成型技术 209
章前思维导图 209
教学指导与学习目标 210
12.1　高分子材料成型技术 210
12.1.1　塑料成型技术 210
12.1.2　橡胶成型技术 213
12.2　陶瓷材料成型技术 215
12.2.1　干坯料成型 215
12.2.2　可塑性坯料成型 216
12.2.3　浆料成型 216
12.3　复合材料成型技术 218
12.3.1　金属基复合材料成型技术 218
12.3.2　陶瓷基复合材料成型技术 222
12.3.3　聚合物基复合材料成型技术 223
12.3.4　碳/碳复合材料成型技术 225
12.4　新型材料成型技术 229
12.4.1　生物可降解材料成型技术 229
12.4.2　超高温陶瓷材料制备技术 230
12.4.3　气凝胶制备技术 230
思考题与习题 231
第4篇　工程材料应用及成形工艺的选择
第13章　零件材料与毛坯的选择 233
章前思维导图 233
教学指导与学习目标 234
13.1　材料与毛坯的选择原则 234
13.1.1　使用性能 234
13.1.2　工艺性能 234
13.1.3　经济性 235
13.1.4　生产条件 235
13.2　材料与毛坯选择的方法和步骤 236
13.2.1　失效分析 236
13.2.2　确定关键性能要求，选定材料 237
13.2.3　确定毛坯成形方法 238
13.2.4　零件材料与毛坯选择案例 240
13.3　典型零件的工艺路线分析 241
13.3.1　齿轮类零件 241
13.3.2　轴类零件 242
13.3.3　箱体类零件 243
13.3.4　其他案例 244
思考题与习题 246
参考文献 248

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