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绪论1

第1篇 材料篇7

第1章 工程材料的性能7

1.1 静载时材料的力学性能7

1.1.1 强度与塑性7

1.1.2 弹性与刚度9

1.1.3 硬度9

1.2 动载时材料的力学性能11

1.2.1 冲击韧性11

1.2.2 疲劳强度11

1.3 工程材料的物理、化学及工艺性能12

1.3.1 物理性能12

1.3.2 化学性能12

1.3.3 工艺性能12

思考题13

第2章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图14

2.1 金属的晶体结构14

2.1.1 晶体的概念14

2.1.2 实际晶体结构16

2.2 金属的结晶与同素异构转变17

2.2.1 纯金属的结晶17

2.2.2 晶粒大小及控制19

2.2.3 金属的同素异构转变19

2.3 合金及合金的相结构20

2.3.1 合金20

2.3.2 合金的相结构20

2.4 二元合金相图22

2.4.1 匀晶相图22

2.4.2 共晶相图24

2.4.3 包晶相图24

2.4.4 共析相图25

2.5 铁碳合金的基本组织与性能和铁碳合金相图25

2.5.1 铁碳合金的基本组织与性能26

2.5.2 铁碳合金相图26

思考题33

第3章 钢的热处理35

3.1 钢的热处理概述35

3.1.1 钢在加热时的组织转变35

3.1.2 钢在冷却时的组织转变37

3.2 整体热处理方法42

3.2.1 退火42

3.2.2 正火44

3.2.3 淬火44

3.2.4 回火46

3.3 钢的淬透性48

3.3.1 淬透性的概念48

3.3.2 淬透性对热处理后力学性能的影响48

3.3.3 影响淬透性及淬硬深度的因素49

3.3.4 淬透性的测定与表示方法49

3.4 钢的表面淬火和化学热处理50

3.4.1 钢的表面淬火50

3.4.2 化学热处理52

3.5 其他热处理工艺简介54

3.5.1 真空热处理55

3.5.2 可控气氛热处理55

3.5.3 形变热处理55

3.5.4 超细化热处理55

3.5.5 高能束表面改性热处理56

3.6 热处理工件的结构工艺性57

3.6.1 热处理工艺对零件结构的要求57

3.6.2 和结构工艺性有关的其他要求58

思考题58

第4章 工业用钢与铸铁60

4.1 概述60

4.1.1 钢的分类与牌号60

4.1.2 杂质对钢质量的影响63

4.1.3 合金元素在钢中的作用64

4.2 工程结构用钢67

4.2.1 工程结构用钢概述67

4.2.2 碳素结构钢（非合金结构钢）67

4.2.3 低合金高强度结构钢68

4.3 机械结构用钢70

4.3.1 优质的、特殊质量的非合金结构钢（优质碳素结构钢）70

4.3.2 特殊质量的机械结构用合金钢72

4.3.3 易切削钢78

4.3.4 铸钢79

4.4 滚动轴承钢80

4.5 工具钢83

4.5.1 工具钢概述83

4.5.2 刃具钢83

4.5.3 高速工具钢85

4.5.4 模具钢87

4.6 不锈钢、耐热钢和低温钢91

4.6.1 不锈钢91

4.6.2 耐热钢93

4.6.3 低温钢94

4.7 特殊物理性能钢95

4.8 铸铁95

4.8.1 概述95

4.8.2 铸铁石墨化95

4.8.3 铸铁分类97

4.8.4 常用铸铁的牌号、性能与应用97

思考题105

第5章 非铁合金及粉末冶金106

5.1 铝及铝合金106

5.1.1 纯铝106

5.1.2 铝合金及其强化处理106

5.1.3 铝合金分类及其应用108

5.2 铜及铜合金113

5.2.1 纯铜113

5.2.2 铜合金113

5.3 其他非铁合金简介119

5.3.1 钛及钛合金119

5.3.2 镁及镁合金120

5.3.3 锌及锌合金121

5.4 铸造轴承合金与粉末冶金121

5.4.1 铸造轴承合金121

5.4.2 粉末冶金123

思考题124

第6章 非金属材料125

6.1 聚合物材料125

6.1.1 聚合物的分类125

6.1.2 塑料125

6.1.3 橡胶128

6.1.4 纤维131

6.1.5 涂料131

6.1.6 粘合剂132

6.1.7 功能聚合物材料简介133

6.2 陶瓷133

6.2.1 淘瓷材料的性能特点134

6.2.2 常用工程结构陶瓷134

6.3 复合材料137

6.3.1 复合材料的性能特点137

6.3.2 树脂基复合材料139

6.3.3 金属基复合材料141

6.3.4 其他类型的复合材料142

思考题142

第7章 工程材料的合理选用143

7.1 机械零件合理选材的基本原则和步骤143

7.1.1 使用性原则143

7.1.2 工艺性原则144

7.1.3 经济性原则146

7.1.4 可持续发展原则147

7.1.5 选材的基本步骤148

7.2 机械零件的失效分析148

7.2.1 零件失效及失效形式149

7.2.2 失效分析149

7.3 常用零件选材的方法和注意事项150

7.3.1 以防止过量变形为主的选材150

7.3.2 以抗磨损性能为主的选材150

7.3.3 以抗疲劳性能为主的选材151

7.3.4 以综合力学性能为主的选材151

7.3.5 选材时的注意事项151

7.4 典型零件（轴）的选材及热处理152

7.4.1 轴概述152

7.4.2 轴的主要性能要求和分类153

7.4.3 轴类零件（机床主轴）的选材与工艺路线实例153

思考题154

第2篇 成形篇155

第8章 铸造成形157

8.1 概述157

8.2 铸造方法及其应用157

8.2.1 造型材料和模样158

8.2.2 铸造工艺图、模样和芯盒159

8.2.3 浇注系统和冒口160

8.2.4 手工造型和制芯162

8.2.5 综合工艺分析举例166

8.2.6 机器造型与制芯168

8.3 合金的熔炼与浇注171

8.3.1 合金的熔炼171

8.3.2 铸型浇注172

8.4 铸件清理和常见缺陷分析173

8.4.1 铸件的落砂和清理173

8.4.2 铸件常见缺陷分析与挽救措施174

8.5 特种铸造176

8.5.1 熔模铸造176

8.5.2 压力铸造177

8.5.3 金属型铸造178

8.5.4 离心铸造179

8.5.5 陶瓷型铸造179

8.5.6 挤压铸造180

8.5.7 磁性铸造181

8.5.8 石墨型铸造181

8.5.9 其他特种铸造方法181

8.6 铸件的工艺设计182

8.6.1 合金铸造性能182

8.6.2 铸造工艺设计184

8.7 铸件的结构工艺性189

8.7.1 合金铸造性能对铸件结构设计的要求189

8.7.2 铸造工艺对铸件结构设计的要求193

8.7.3 铸造方法对铸件结构设计的要求196

8.8 铸造成形技术的新发展198

思考题198

第9章 塑性成形200

9.1 概述200

9.2 金属塑性成形理论基础202

9.2.1 金属的塑性变形基础202

9.2.2 金属的可锻性205

9.3 锻造207

9.3.1 自由锻207

9.3.2 模锻210

9.4 锻造工艺规程的制订216

9.4.1 自由锻工艺规程的制订217

9.4.2 模锻工艺规程的制订220

9.5 锻件的结构工艺性223

9.5.1 自由锻件的结构工艺性223

9.5.2 模锻件的结构工艺性225

9.6 冲压226

9.6.1 冲压设备226

9.6.2 冲模227

9.6.3 冲压基本工序228

9.6.4 冲压件工艺规程的制订236

9.7 冲压件的结构工艺性237

9.7.1 冲压件的形状238

9.7.2 冲压件的尺寸238

9.7.3 冲压件的精度和表面质量239

9.8 其他塑性成形方法240

9.8.1 挤压240

9.8.2 轧制242

9.8.3 拉拔243

9.8.4 精密模锻243

9.8.5 粉末锻造244

9.8.6 液态模锻244

9.8.7 超塑性成形245

9.8.8 高速高能成形245

9.8.9 计算机在塑性成形中的应用246

思考题247

第10章 连接成形249

10.1 概述249

10.1.1 焊接方法及其分类249

10.1.2 粘接（胶接）250

10.1.3 铆接250

10.2 电弧焊接基础知识250

10.2.1 电弧焊的基本知识250

10.2.2 焊接接头的组织与性能251

10.2.3 焊接结构力学253

10.2.4 焊接缺陷及分析257

10.2.5 焊接材料258

10.3 常用焊接方法261

10.3.1 埋弧焊261

10.3.2 氩弧焊262

10.3.3 二氧化碳气体保护焊263

10.3.4 电阻焊264

10.3.5 摩擦焊266

10.3.6 扩散焊267

10.3.7 钎焊269

10.3.8 等离子弧焊与切割270

10.3.9 电子束焊271

10.3.10 焊接新技术及其发展271

10.4 常用材料焊接272

10.4.1 金属材料的焊接性272

10.4.2 常用金属材料的焊接273

10.4.3 异种材料的连接277

10.5 焊接件结构设计277

10.5.1 焊接结构件的材料选用278

10.5.2 焊接工艺方法的选用279

10.5.3 焊缝结构的合理设计280

10.5.4 焊接接头及坡口形式281

10.6 粘接282

10.6.1 概述282

10.6.2 粘结剂283

10.6.3 粘接接头的设计283

10.6.4 粘接工艺284

10.6.5 粘接的应用举例284

10.7 铆接285

10.7.1 概述285

10.7.2 铆钉285

10.7.3 铆接工具286

10.7.4 铆接工艺286

思考题287

第11章 其他工程材料的成形288

11.1 塑料制品的成形288

11.1.1 概述288

11.1.2 塑料的一次成形289

11.1.3 塑料的二次成形292

11.1.4 塑料的二次加工294

11.2 橡胶制品的成形298

11.2.1 橡胶制品的生产过程299

11.2.2 橡胶的成形方法300

11.3 无机非金属材料成形基础302

11.3.1 粉体的制备技术302

11.3.2 特种陶瓷成形工艺303

11.3.3 特种陶瓷烧结307

11.4 复合材料的成形307

11.4.1 树脂基复合材料的成形308

11.4.2 金属基复合材料的成形310

11.4.3 陶瓷基复合材料的成形311

思考题312

第12章 快速成形技术313

12.1 概述313

12.1.1 快速成形技术原理313

12.1.2 快速成形技术的实现314

12.1.3 快速成形方法分类315

12.1.4 快速成形的特点315

12.1.5 快速成形的应用316

12.1.6 快速成形的发展趋势318

12.2 熔融沉积快速成形318

12.2.1 工艺原理318

12.2.2 工艺特点319

12.2.3 成形设备320

12.2.4 成形材料321

12.2.5 影响因素分析322

12.2.6 应用实例——叶轮原型制作323

12.3 其他快速成形工艺简介326

12.3.1 光敏树脂液相固化成形（SLA）326

12.3.2 分层实体制造（LOM）327

12.3.3 选择性激光烧结（SLS）328

12.3.4 三维打印（3DP）329

12.4 逆向工程技术概述330

12.4.1 逆向工程的定义330

12.4.2 逆向工程的工作流程331

12.4.3 逆向工程系统的组成332

12.4.4 逆向工程与产品创新333

12.4.5 逆向工程的应用335

思考题336

第13章 零件结构成形工艺分析337

13.1 零件毛坯成形方法的选择337

13.1.1 零件毛坯成形方法的选择原则337

13.1.2 常用材料成形方法的比较340

13.2 典型零件毛坯成形方法的选择342

13.2.1 轴杆类零件342

13.2.2 盘套类零件342

13.2.3 支架箱体类零件344

13.3 零件成形方法选择的技术经济分析344

13.3.1 零件成形的技术经济分析概述344

13.3.2 铸件的生产成本分析346

13.3.3 锻件的生产成本分析349

13.3.4 焊接件的生产成本分析349

思考题351

参考文献352