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绪论1

第1章 工程材料的结构6

1.1 材料结构及其层次6

1.2 原子结构与键合7

1.2.1 原子的结构7

1.2.2 材料粒子的键合方式8

1.3 材料的晶体结构11

1.3.1 理想晶体结构11

1.3.2 实际晶体结构16

1.3.3 合金的晶体结构19

1.4 纳米材料的结构21

1.4.1 纳米材料基本概念21

1.4.2 纳米效应22

1.5 材料的同素异构与同分异构23

1.5.1 晶体的同素异构23

1.5.2 有机化合物及高聚物的同分异构25

思考题25

第2章 工程材料的性能26

2.1 工程材料的力学性能26

2.1.1 强度26

2.1.2 弹性与刚度31

2.1.3 包辛格效应33

2.1.4 塑性34

2.1.5 硬度35

2.1.6 断裂性能37

2.1.7 耐磨性能40

2.2 工程材料的物理性能43

2.2.1 密度和熔点43

2.2.2 电学性能44

2.2.3 磁学性能46

2.2.4 光学性能49

2.2.5 热学性能51

2.3 工程材料的化学性能53

2.3.1 抗氧化性53

2.3.2 抗腐蚀性54

2.4 工程材料的工艺性能55

思考题56

第3章 金属材料的凝固与相图57

3.1 纯金属的结晶57

3.1.1 金属结晶的基本规律57

3.1.2 晶核的形成与长大59

3.2 合金的凝固与相图65

3.2.1 相平衡与相图65

3.2.2 二元合金相图与凝固67

3.2.3 三元相图的基本知识78

3.2.4 合金的性能与相图的关系81

3.2.5 铸锭的凝固83

3.3 铁碳合金平衡态的相变84

3.3.1 Fe-Fe3C相图分析84

3.3.2 铁碳合金在平衡状态下的结晶87

3.3.3 碳和其他元素对碳钢组织和性能的影响93

3.3.4 Fe-Fe3C相图的应用96

3.4 金属焊接时的结晶与相变97

3.4.1 焊接熔池结晶的特点97

3.4.2 焊缝金属的结晶组织99

3.4.3 焊接热影响区的组织和性能101

思考题102

第4章 金属材料的热处理104

4.1 钢在加热和冷却时的组织转变104

4.1.1 钢在加热时的组织转变104

4.1.2 钢在冷却时的组织转变108

4.2 退火与正火114

4.2.1 退火114

4.2.2 正火118

4.3 淬火与回火119

4.3.1 淬火119

4.3.2 钢的淬透性122

4.3.3 钢的回火124

4.4 金属材料的表面热处理127

4.4.1 钢的表面淬火127

4.4.2 化学热处理130

4.5 固溶热处理与时效强化134

4.5.1 固溶热处理134

4.5.2 时效强化134

4.6 先进热处理技术135

4.6.1 真空热处理135

4.6.2 形变热处理135

4.6.3 离子热处理136

4.6.4 高能束热处理137

思考题138

第5章 金属的塑性变形与再结晶139

5.1 金属的塑性变形139

5.1.1 单晶体的塑性变形139

5.1.2 多晶体金属塑性变形141

5.1.3 冷变形与热变形142

5.1.4 金属的超塑性143

5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响144

5.2.1 晶粒形态的改变144

5.2.2 晶粒内部亚结构的变化144

5.2.3 形变织构145

5.2.4 残余内应力146

5.2.5 加工硬化146

5.3 冷变形金属的回复与再结晶147

5.3.1 回复147

5.3.2 再结晶148

5.3.3 晶粒长大149

5.4 金属的热塑性变形的动态回复与再结晶150

5.4.1 动态回复和动态再结晶150

5.4.2 影响热塑性变形的主要因素151

5.4.3 热塑性变形对金属组织与性能的影响153

思考题154

第6章 钢铁材料156

6.1 钢铁冶炼156

6.1.1 生铁的冶炼156

6.1.2 钢的冶炼159

6.2 钢的分类与牌号162

6.2.1 钢的分类162

6.2.2 钢的牌号163

6.3 结构钢165

6.3.1 工程结构用钢165

6.3.2 机械结构用钢166

6.4 工具钢172

6.4.1 刃具钢172

6.4.2 模具钢175

6.4.3 量具钢177

6.5 特殊性能钢178

6.5.1 不锈钢178

6.5.2 耐热钢181

6.6 铸铁183

6.6.1 铸铁的石墨化183

6.6.2 影响铸铁石墨化的因素184

6.6.3 灰口铸铁的分类及性能特点185

思考题187

第7章 有色金属及其合金188

7.1 铝及铝合金188

7.1.1 铝合金的强化188

7.1.2 铝合金的分类189

7.2 铜及铜合金191

7.2.1 纯铜191

7.2.2 黄铜192

7.2.3 青铜193

7.3 镁及镁合金194

7.3.1 变形镁合金194

7.3.2 铸造镁合金195

7.4 钛及钛合金195

7.4.1 α钛合金195

7.4.2 β钛合金196

7.4.3 α＋β钛合金196

7.5 滑动轴承合金197

7.5.1 滑动轴承合金及特点197

7.5.2 常用滑动轴承合金197

7.6 高温合金199

7.6.1 高温合金及其特点199

7.6.2 常用高温合金199

7.7 特殊性能合金200

7.7.1 金属间化合物200

7.7.2 非晶态合金202

7.7.3 形状记忆合金204

7.7.4 难熔金属及其合金205

7.7.5 稀土金属及其应用208

思考题209

第8章 高分子材料210

8.1 高分子材料的结构210

8.1.1 高分子材料的组成210

8.1.2 大分子链结构211

8.1.3 聚集态结构213

8.2 高分子材料的性能214

8.2.1 力学性能215

8.2.2 物理、化学性能216

8.3 常用高分子材料217

8.3.1 塑料217

8.3.2 橡胶219

8.3.3 纤维220

8.3.4 胶黏剂221

思考题222

第9章 陶瓷材料223

9.1 陶瓷的结构223

9.1.1 晶体相223

9.1.2 玻璃相224

9.1.3 气相224

9.2 陶瓷材料的性能225

9.2.1 力学性能225

9.2.2 物理性能226

9.2.3 化学性能227

9.3 陶瓷的生产工艺227

9.3.1 陶瓷粉末及制备228

9.3.2 陶瓷粉末成形228

9.3.3 烧结及后处理229

9.4 常用陶瓷材料230

9.4.1 氧化物陶瓷231

9.4.2 氮化物陶瓷232

9.4.3 碳化物陶瓷235

9.4.4 玻璃陶瓷材料236

思考题237

第10章 复合材料238

10.1 复合材料的结构238

10.1.1 增强相238

10.1.2 基体239

10.1.3 界面239

10.2 复合材料的增强原理239

10.2.1 颗粒增强原理240

10.2.2 纤维增强原理240

10.2.3 晶须增强原理241

10.3 复合材料的性能241

10.3.1 力学性能241

10.3.2 理化性能243

10.4 常用复合材料244

10.4.1 聚合物基复合材料244

10.4.2 金属基复合材料245

10.4.3 无机非金属基复合材料248

思考题249

第11章 材料与环境250

11.1 材料与环境的相互作用250

11.1.1 工业废气250

11.1.2 工业废水251

11.1.3 固体废弃物252

11.1.4 材料的腐蚀253

11.2 材料的环境协调性评价253

11.2.1 LCA概念253

11.2.2 材料的环境协调性评价过程255

11.3 工业生态学与循环经济257

11.3.1 工业生态系统的基本概念257

11.3.2 工业生态系统的进化258

11.3.3 循环经济260

11.4 绿色设计与清洁生产262

11.4.1 产品的绿色设计262

11.4.2 清洁生产264

11.5 修复与再制造265

11.5.1 修复与再制造的作用266

11.5.2 修复与再制造性分析267

11.5.3 修复与再制造工艺268

思考题270

参考文献271