工程材料與成形技術

第1章 材料的力學性能 1

1.1 強度 1

1.1.1 靜強度 2

1.1.2 疲勞強度 3

1.2 塑性 4

1.3 沖擊韌性 5

1.4 硬度 6

1.4.1 布氏硬度 6

1.4.2 洛氏硬度 6

1.4.3 維氏硬度 7

思考題 8

第2章 金屬材料基礎知識 9

2.1 金屬的晶體結構與結晶 9

2.1.1 金屬的晶體結構 9

2.1.2 金屬的結晶 11

2.2 合金的相結構和結晶 13

2.2.1 合金的基本相結構 14

2.2.2 合金的組織 15

2.2.3 合金的結晶 15

2.3 金屬的強化 16

2.3.1 金屬的塑性變形 16

2.3.2 金屬強化的途徑 18

思考題 20

第3章 鐵碳合金 21

3.1 鐵碳合金的基本相 21

3.1.1 純鐵的同素異晶轉變 21

3.1.2 鐵碳合金的三種基本相 21

3.2 鐵碳合金相圖 23

3.2.1 Fe-Fe3C相圖概述 23

3.2.2 典型鐵碳合金的結晶與組織轉變分析 26

3.2.3 碳鋼的性能及相圖的應用 29

思考題 30

第4章 鋼的熱處理 32

4.1 鋼熱處理時的組織轉變 33

4.1.1 鋼在加熱時的組織轉變 33

4.1.2 奧氏體冷卻時的組織轉變 33

4.2 鋼的預備熱處理——退火與正火 38

4.2.1 鋼的退火 38

4.2.2 鋼的正火 39

4.2.3 退火與正火的選用 39

4.3 鋼的最終熱處理（1）——淬火與回火 40

4.3.1 鋼的淬火 40

4.3.2 淬火鋼的回火 42

4.3.3 鋼的淬硬性與淬透性 44

4.4 鋼的最終熱處理（2）——表面熱處理 45

4.4.1 表面淬火 45

4.4.2 化學熱處理 46

4.5 熱處理技術條件與工序位置 48

4.5.1 熱處理技術條件 48

4.5.2 熱處理工序位置安排 49

思考題 51

第5章 工業(yè)用鋼 53

5.1 合金元素在鋼中的作用 53

5.1.1 固溶強化鐵素體 53

5.1.2 形成合金碳化物 54

5.1.3 細化奧氏體晶粒 54

5.1.4 穩(wěn)定奧氏體 55

5.1.5 阻礙馬氏體分解 55

5.2 鋼的分類和牌號表示方法 57

5.2.1 鋼的分類 57

5.2.2 常用鋼的牌號表示法 58

5.3 結構鋼 59

5.3.1 滲碳鋼 59

5.3.2 調質鋼 59

5.3.3 彈簧鋼 61

5.3.4 滾動軸承鋼 62

5.3.5 其他常用結構鋼 63

5.4 工具鋼 65

5.4.1 刃具鋼 65

5.4.2 模具鋼 70

5.5 特殊鋼 73

5.5.1 不銹鋼 73

5.5.2 耐磨鋼 74

5.5.3 耐熱鋼 75

思考題 75

第6章 鑄鐵 77

6.1 鑄鐵的分類及碳的石墨化 77

6.1.1 鑄鐵的分類 77

6.1.2 碳的石墨化 78

6.2 灰鑄鐵 79

6.2.1 灰鑄鐵的成分、組織與性能 79

6.2.2 灰鑄鐵的熱處理 80

6.2.3 灰鑄鐵的牌號與應用 81

6.3 球墨鑄鐵 81

6.3.1 球墨鑄鐵的成分、組織與性能 81

6.3.2 球墨鑄鐵的熱處理 82

6.3.3 球墨鑄鐵的牌號和應用 83

6.4 其他鑄鐵 83

6.4.1 可鍛鑄鐵 83

6.4.2 蠕墨鑄鐵 84

6.4.3 合金鑄鐵 84

思考題 85

第7章 有色金屬材料 86

7.1 鋁及鋁合金 86

7.1.1 工業(yè)純鋁 86

7.1.2 鋁合金 86

7.2 銅及銅合金 90

7.2.1 工業(yè)純銅 90

7.2.2 銅合金 91

7.3 軸承合金 94

7.3.1 軸承合金的性能和組織特點 94

7.3.2 常用軸承合金 95

思考題 97

第8章 非金屬材料與復合材料 98

8.1 高分子材料 98

8.1.1 高分子材料基礎知識 98

8.1.2 常用高分子材料 100

8.2 陶瓷 103

8.2.1 陶瓷的組成與特性 103

8.2.2 陶瓷的分類與常用工業(yè)陶瓷 104

8.3 復合材料 105

8.3.1 復合材料的組成與特性 105

8.3.2 復合材料的分類與常用復合材料 106

思考題 106

第9章 新材料 108

9.1 納米材料 108

9.1.1 納米材料結構單元 108

9.1.2 納米材料的性能 109

9.1.3 納米技術及納米材料的應用 110

9.2 智能材料 112

9.2.1 智能材料的構成 113

9.2.2 智能材料的特征 113

9.2.3 智能材料的分類 114

9.2.4 幾種新型的智能材料 114

9.3 其他新材料 117

9.3.1 超導材料 117

9.3.2 生態(tài)環(huán)境材料 118

第10章 鑄造 119

10.1 合金的鑄造性能與常用鑄造合金 119

10.1.1 合金的鑄造性能 119

10.1.2 常用的鑄造合金 121

10.2 砂型鑄造 121

10.2.1 砂型鑄造過程簡介 121

10.2.2 砂型鑄件常見缺陷 125

10.2.3 鑄件圖 125

10.3 特種鑄造及鑄造方法的選擇 126

10.3.1 特種鑄造 126

10.3.2 常用鑄造方法的比較和選擇 129

思考題 130

第11章 鍛壓 131

11.1 鍛造概述 131

11.1.1 鍛造的作用 131

11.1.2 金屬的鍛造性能與鍛造溫度范圍 132

11.1.3 常用金屬材料的鍛造性能和鍛造特點 133

11.2 自由鍛 134

11.2.1 自由鍛的設備與基本工序 134

11.2.2 鍛件圖的繪制和坯料計算 136

11.3 模鍛 138

11.3.1 錘上模鍛 138

11.3.2 胎模鍛 140

11.4 板料沖壓 142

11.4.1 沖壓設備 142

11.4.2 沖壓基本工序 142

11.4.3 沖模分類和構造 143

思考題 145

第12章 焊接 146

12.1 手工電弧焊 146

12.1.1 手弧焊的工藝過程與冶金特點 146

12.1.2 焊條 147

12.1.3 手弧焊件的焊接質量 148

12.2 其他常用焊接方法與焊接方法的選擇 150

12.2.1 其他常用焊接方法 150

12.2.2 常用焊接方法的選擇 153

12.3 金屬的焊接性能與焊件結構工藝性 154

12.3.1 金屬的焊接性能 154

12.3.2 焊件結構工藝性 155

思考題 156

第13章 機械零件毛坯的選擇 157

13.1 毛坯選擇的原則 157

13.2 毛坯選擇的依據(jù) 158

13.2.1 零件毛坯的種類 158

13.2.2 常用零件毛坯的選擇 159

13.3 螺旋起重器主要零件的毛坯選擇案例 161

思考題 162

第14章 材料及熱處理的應用 163

14.1 零件的失效 163

14.1.1 斷裂 164

14.1.2 磨損 166

14.1.3 其他失效 168

14.2 選材的原則和步驟 170

14.2.1 選材的原則 170

14.2.2 選材的步驟 172

14.3 機械零件的選材 175

14.3.1 機械零件的選材方法 175

14.3.2 傳動零件的選材 177

14.3.3 軸、彈簧和機架的選材 182

思考題 185

附錄A 黑色金屬硬度及強度的換算表 186

附錄B 常用鋼的熱處理規(guī)范 189

附錄C 熱處理技術條件常用符號 191

附錄D 常用鋼的臨界淬透直徑 192

附錄E 接觸疲勞強度與表面硬度、材料、熱處理的關系 193

參考文獻 194

《工程材料與成形技術》以工程材料和成形技術為核心，主要內容包括：材料的力學性能、金屬材料的組織結構、常用金屬材料及熱處理、常用非金屬材料和新材料、金屬材料的常用成形方法及應用、毛坯選擇的主要依據(jù)以及機械零件材料選擇的原則與方法。全書共14章，每章均有思考題供學習時參考。

《工程材料與成形技術基礎》工程材料部分的主要任務是闡述各種常用工程材料的化學成分、金屬熱處理原理與工藝、組織結構、使用性能及實際應用等方面的基礎理論和基本知識，為機械零件及工程結構等的設計、制造和正確使用提供有關合理選材、用材的必要理論指導和實際幫助。材料成形工藝基礎部分的主要任務是講述金屬機件成形工藝，主要包括：金屬材料鑄造、壓力加工和焊接生產過程的基本原理、材料的熱加工工藝性能、各種熱加工工藝的特點和適用范圍、機械零件的結構工藝性等知識；此外，為了適應經濟與社會發(fā)展，拓寬學生的知識面，教材中有意識地增加了部分先進的材料成形工藝簡介方面知識，具有一定的時代特色。

本書可作為高等工科院校機械類及機電類專業(yè)本科生使用教材，也可供有關工程技術人員參考。

第1章 工程材料與機械制造過程

1.1 材料及其成形工藝的簡要發(fā)展過程

1.2 工程材料的分類及發(fā)展趨勢

1.3 機械制造過程及材料成形技術發(fā)展趨勢

1.3.1 機械制造工藝流程

1.3.2 材料成形工藝的技術進展

1.4 課程總體目標和任務

思考題與習題

第2章 工程材料的性能

2.1 材料的力學性能

2.1.1 強度和塑性

2.1.2 硬度

2.1.3 沖擊韌度

2.1.4 疲勞極限

2.2 材料的物理性能

2.3 材料的化學性能

2.3.1 金屬腐蝕的基本過程

2.3.2 防止金屬腐蝕的途徑

2.4 材料的工藝性能

2.5 材料的經濟性能

思考題與習題

第3章 材料的結構與凝固

3.1 材料的結合方式

3.1.1 結合鍵

3.1.2 晶體與非晶體

3.2 金屬材料的結構特點

3.2.1 晶體結構的基本概念

3.2.2 三種典型的金屬晶體結構

3.2.3 實際金屬的晶體結構

3.2.4 合金的晶體結構

3.3 非金屬材料的結構特點

3.3.1 陶瓷材料的結構特點

3.3.2 高分子材料的結構特點

3.4 材料的凝固與結晶

3.4.1 金屬的結晶特點

3.4.2 非晶態(tài)凝固的特點

3.5 鐵碳合金相圖

3.5.1 鐵碳合金的基本組元與基本相

3.5.2 Fe-Fe3C相圖分析

3.5.3 典型合金的結晶過程及組織

3.5.4 含碳量與鐵碳合金組織及性能的關系

3.5.5 鐵碳合金相圖的應用

思考題與習題

第4章 材料的強化與處理

4.1 金屬材料的熱處理

4.1.1 鋼在加熱時的轉變

4.1.2 鋼在冷卻時的轉變

4.1.3 鋼的普通熱處理

4.1.4 鋼的表面熱處理

4.1.5 熱處理新技術簡介

4.1.6 熱處理工藝的應用

4.2 聚合物材料的改性強化

4.3 工程材料的表面處理方法

4.3.1 氣相沉積

4.3.2 化學轉化膜技術

4.3.3 電鍍和化學鍍

4.3.4 涂料和涂裝工藝

思考題與習題

第5章 金屬材料

5.1 概述

5.1.1 金屬材料的分類

5.1.2 合金元素在鋼中的作用

5.2 非合金鋼

5.2.1 碳素結構鋼

5.2.2 優(yōu)質碳素結構鋼

5.2.3 碳素工具鋼

5.2.4 易切削結構鋼

5.2.5 碳素鑄鋼

5.3 合金鋼

5.3.1 低合金鋼

5.3.2 機械結構用合金鋼

5.3.3 合金工具鋼和高速工具鋼

5.3.4 特殊性能鋼

5.4 鑄鐵

5.4.1 鑄鐵的石墨化

5.4.2 常用鑄鐵

5.4.3 特殊性能鑄鐵

5.5 非鐵金屬材料

5.5.1 鋁及其合金

5.5.2 銅及其合金

5.5.3 滑動軸承合金

5.5.4 粉末冶金材料

思考題與習題

第6章 非金屬材料與新型材料

6.1 高分子材料

6.1.1 高聚物的人工合成

6.1.2 有機高分子材料的組成及性能特點

6.1.3 工程塑料

6.1.4 合成橡膠

6.1.5 膠粘劑

6.2 陶瓷材料

6.2.1 陶瓷的分類

6.2.2 陶瓷材料的性能特點

6.2.3 常用工程結構陶瓷的種類、性能和用途

6.3 復合材料

6.3.1 復合材料的種類

6.3.2 復合材料的性能特點

6.3.3 復合材料的應用

6.4 其它新型材料

6.4.1 高溫材料

6.4.2 形狀記憶材料

6.4.3 非晶態(tài)材料

6.4.4 超導材料

6.4.5 納米材料

思考題與習題

第7章 鑄造成形工藝

7.1 鑄造工藝基礎

7.1.1 概述

7.1.2 合金的鑄造性能

7.2 砂型鑄造

7.2.1 型砂與芯砂

7.2.2 手工砂型造型

7.2.3 機器造型

7.2.4 型芯制造

7.2.5 合型

7.2.6 澆注

7.2.7 落砂和清理

7.3 鑄造工藝

7.3.1 澆注位置與分型面的選擇

7.3.2 工藝參數(shù)的選擇

7.3.3 澆注系統(tǒng)

7.3.4 冒口

7.3.5 鑄造工藝圖

7.4 鑄件的結構工藝性

7.4.1 鑄件質量對鑄件結構的要求

7.4.2 鑄造工藝對零件結構的要求

7.4.3 不同鑄造合金對鑄件結構的要求

7.5 鑄件質量與成本分析

7.5.1 鑄件的主要缺陷及其產生原因

7.5.2 鑄件成本分析

7.6 特種鑄造與鑄造新技術簡介

7.6.1 熔模鑄造

7.6.2 金屬型鑄造

7.6.3 壓力鑄造

7.6.4 低壓鑄造

7.6.5 離心鑄造

7.6.6 鑄造過程計算機數(shù)值模擬技術

7.6.7 快速成形技術

7.6.8 鑄造清潔生產

思考題與習題

第8章 鍛壓成形工藝

8.1 鍛壓工藝基礎

8.1.1 鍛壓的基本生產方式

8.1.2 金屬的鍛造性能

8.1.3 坯料的加熱和鍛件的冷卻

8.2 自由鍛

8.2.1 自由鍛設備

8.2.2 自由鍛的基本工序

8.2.3 自由鍛工藝規(guī)程的制訂

8.2.4 自由鍛鍛件結構工藝性

8.3 模鍛

8.3.1 錘上模鍛

8.3.2 胎模鍛

8.3.3 壓力機上的模鍛

8.4 板料沖壓

8.4.1 沖壓設備

8.4.2 沖壓模具

8.4.3 板料沖壓的基本工序

8.5 鍛壓件質量與成本分析

8.5.1 鍛件質量分析

8.5.2 鍛件成本分析

8.6 鍛壓新技術簡介

8.6.1 葛速高能成形

8.6.2 液態(tài)成形

8.6.3 超塑性成形

思考題與習題

第9章 焊接及膠接成形工藝

9.1 焊接工藝基礎

9.1.1 概述

9.1.2 焊接接頭的組織和性能

9.2 常用焊接方法

9.2.1 焊條電弧焊

9.2.2 氣焊與氣割

9.2.3 埋弧自動焊

9.2.4 氣體保護焊

9.2.5 電渣焊

9.2.6 電阻焊

9.2.7 釬焊

9.3 常用金屬材料的焊接

9.3.1 金屬焊接性

9.3.2 鋼鐵材料的焊接

9.3.3 非鐵金屬材料的焊接

9.4 焊接結構工藝性

9.4.1 焊接結構材料的選擇

9.4.2 焊縫布置

9.5 焊接質量與成本分析

9.5.1 焊接質量分析

9.5.2 焊接質量檢驗過程

9.5.3 焊接生產成本分析

9.6 膠接成形

9.6.1 膠接的特點與應用

9.6.2 膠接工藝

9.7 焊接與膠接新技術簡介

9.7.1 等離子弧焊接和切割

9.7.2 真空電子束焊接

9.7.3 激光焊接與切割

9.7.4 焊接自動化技術

9.7.5 膠接新技術

思考題與習題

第10章 鉗工成形工藝

10.1 劃線

10.1.1 劃線工具

10.1.2 劃線基準

10.1.3 劃線操作注意事項

10.2 鋸切

10.2.1 鋸條

10.2.2 鋸切方法

10.3 銼削

10.3.1 銼刀

10.3.2 銼削方法

10.3.3 銼削操作注意事項

10.4 鉆孔

10.4.1 鉆床

10.4.2 鉆頭

10.4.3 鉆孔方法

10.4.4 鉆孔操作注意事項

10.5 攻螺紋與套螺紋

10.5.1 攻螺紋

10.5.2 套螺紋

10.6 刮削

10.6.1 刮刀及其用法

10.6.2 刮削質量檢驗

10.6.3 平面刮削

10.7 裝配工藝

10.7.1 典型零件的裝配

10.7.2 拆裝工藝方法

思考題與習題

第11章 機械加工成形工藝

11.1 切削加工基本知識

11.1.1 切削加工運動

11.1.2 金屬切削刀具

11.1.3 切削液

11.1.4 工件材料的切削加工性

11.1.5 零件的加工質量

11.2 車削加工

11.2.1 車床

11.2.2 車刀

11.2.3 工件的安裝方法及附件

11.2.4 基本車削工藝

11.2.5 典型零件加工

11.2.6 機械加工安全技術

11.3 銑削、刨削與磨削加工

11.3.1 銑削加工

11.3.2 刨削加工

11.3.3 磨削加工

11.4 數(shù)控加工與特種加工

11.4.1 數(shù)控加工

11.4.2 特種加工

思考題與習題

第12章 非金屬材料成形工藝

12.1 塑料成形

12.1.1 擠出成形

12.1.2 注射成形

12.1.3 壓制成形

12.1.4 澆鑄成形

12.1.5 吹塑成形

12.1.6 回轉成形

12.2 橡膠成形

12.3 陶瓷成形

12.3.1 壓制成形

12.3.2 注漿成形

12.3.3 注射成形

12.4 復合材料成形

12.4.1 手糊成形

12.4.2 層壓成形

12.4.3 噴射成形

12.4.4 纏繞成形

思考題與習題

第13章 材料與成形工藝選擇及產品質量控制

13.1 機械零件的失效形式

13.1.1 零件失效原因

13.1.2 零件失效形式

13.2 材料及成形工藝選擇原則

13.2.1 使用性原則

13.2.2 工藝性原則

13.2.3 經濟性原則

13.3 材料及成形工藝選擇的方法

13.3.1 材料及其成形工藝選擇的步驟

13.3.2 材料及成形工藝選擇方法及依據(jù)

13.4 典型零件的選材實例分析

13.4.1 軸類零件的選材

13.4.2 齒輪類零件的選材

13.4.3 手用絲錐的選材

13.4.4 機架、箱體類零件的選材

13.5 材料的質量檢驗

13.5.1 成分分析

13.5.2 組織分析

13.5.3 無損探傷

思考題與習題

附錄綜合性實驗指導

參考文獻

本作業(yè)集是依據(jù)最新出版的《工程材料與成形工藝基礎》(徐曉峰主編，機械工業(yè)出版社出版)的教學內容編寫的配套教材，是在總結多年來教學改革成果和實踐經驗的基礎上編寫而成的。本作業(yè)集分為6大部分：第1部分，工程材料；第2部分，金屬的液態(tài)成形；第3部分，金屬的塑性成形；第4部分，材料的焊接成形；第5、6部分，切削加工成形。另附有各部分自測題及答案。本作業(yè)集可供高等工科院校機械類、機電類及近機類各專業(yè)本、?？茖W生使用。