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第1篇 机械工程材料1

第1章 工程材料及其性能1

1.1 材料的性能与设计1

1.2 工程材料类别6

1.2.1 金属与合金6

1.2.2 高分子材料7

1.2.3 陶瓷材料8

1.2.4 复合材料8

1.3 材料的价格及可得性9

习题10

第2章 碳钢、铸铁及热处理11

2.1 纯铁的组织和性能11

2.1.1 纯铁的结晶过程11

2.1.2 纯铁的同素异构转变12

2.1.3 工业纯铁的组织和性能13

2.2 铁碳相图14

2.2.1 碳在铁碳合金中的存在形式14

2.2.2 Fe-Fe3C相图16

2.2.3 Fe-C(石墨)相图19

2.3.1 碳和杂质元素对缓冷碳钢性能的影响21

2.3 碳钢21

2.3.2 钢锭的组织和缺陷22

2.3.3 压力加工钢的组织和性能23

2.3.4 碳钢的分类、牌号及用途26

2.4 铸铁29

2.4.1 铸铁的石墨化过程及其影响因素29

2.4.2 灰口铸铁的分类、组织、性能和用途31

2.4.3 合金铸铁37

2.5 钢的热处理39

2.5.1 过冷奥氏体转变曲线39

2.5.2 钢的普通热处理44

2.5.3 钢的表面热处理48

习题与思考题51

第3章 合金钢52

3.1 概述52

3.1.1 合金元素在钢中的作用52

3.1.2 合金钢的分类及牌号55

3.2 合金结构钢56

3.2.1 低合金结构钢56

3.2.2 合金渗碳钢56

3.2.3 合金调质钢58

3.2.5 滚珠轴承钢62

3.2.4 合金弹簧钢62

3.3.1 低合金工具钢65

3.3 合金工具钢65

3.3.2 高合金工具钢66

3.4 特殊性能钢70

3.4.1 不锈钢70

3.4.2 耐热钢72

3.4.3 低温钢76

3.4.4 耐磨钢80

习题与思考题83

4.1.1 铝及铝合金的性能特点84

4.1.2 铝合金的时效强化和细晶强化(变质处理)84

第4章 有色金属及其合金84

4.1 铝及铝合金84

4.1.3 铝及铝合金的分类和用途87

4.2 铜及铜合金92

4.2.1 铜及铜合金的性能特点92

4.2.2 铜及铜合金的分类和用途92

4.3 轴承合金100

4.3.1 轴承合金的性能要求100

4.3.2 轴承合金的分类及用途101

4.4 钛及钛合金105

4.4.1 钛及钛合金的性能特点105

4.4.2 钛合金的分类及用途107

习题与思考题107

第5章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料108

5.1 高分子材料108

5.1.1 高分子链的组成、结构和形态108

5.1.2 聚合物的聚集态和物理状态111

5.1.3 高分子材料的性能特点114

5.1.4 常用高分子材料115

5.2 陶瓷材料120

5.2.1 陶瓷材料的显微组织和性能特点120

5.2.2 常用工程结构陶瓷材料122

5.2.3 金属陶瓷硬质合金125

5.3 复合材料125

5.3.1 纤维增强复合材料的强化机理126

5.3.2 复合材料的性能特点130

5.3.3 纤维增强复合材料131

习题与思考题135

6.1.1 典型的应力-应变曲线137

6.1 工程材料在静拉伸时的应力-应变行为及性能指标137

第6章 刚度与强度137

第2篇 设计选材137

6.1.2 性能指标及其在设计中的意义138

6.1.3 其它类型的应力、应变行为143

6.2 晶体变形的内部过程及力学指标的物理意义143

6.2.1 弹性变形的本质及弹性模量的物理意义143

6.2.2 塑性变形的现象及本质145

6.2.3 屈服强度的物理意义及影响因素146

6.3 金属与陶瓷的弹性模量与屈服强度146

6.3.1 金属与陶瓷的弹性模量147

6.3.2 提高金属材料强度的途径149

6.3.3 提高陶瓷材料强度的途径150

6.4 高分子材料的刚度与强度152

6.4.1 高分子材料受力时的变形过程及力学行为的特点154

6.4.2 影响高分子材料刚度与强度的因素154

6.5 复合材料的刚度与强度154

6.6 实例分析156

6.6.1 弹簧选材分析156

6.6.2 梁的选材分析158

习题与思考题160

7.1.1 脆断与韧断161

第7章 脆性断裂、疲劳与蠕变161

7.1 脆性断裂与冲击试验161

7.1.2 影响韧性的外部条件162

7.1.3 缺口冲击试验及冲击韧性162

7.2 断裂韧性163

7.2.1 断裂韧性指标提出的背景163

7.2.2 断裂韧性基本概念164

7.2.3 断裂韧性的设计方法及应用范围165

7.2.4 例题166

7.3 工程材料的韧性及提高韧性的途径167

7.3.1 金属材料168

7.3.2 非金属材料170

7.4 疲劳行为171

7.4.1 疲劳的基本特征171

7.4.2 疲劳试验及抗力指标172

7.5 提高材料疲劳性能的途径174

7.5.1 影响疲劳性能的因素174

7.5.2 实例分析——喷油泵凸轮轴驱动端的断裂与防止177

7.6 蠕变行为178

7.6.1 蠕变现象及意义178

7.6.3 蠕变试验及性能指标179

7.6.2 蠕变的本质179

7.7 工程材料的蠕变及选用181

7.7.1 工程陶瓷的蠕变抗力181

7.7.2 金属的蠕变抗力181

7.7.3 高分子材料的蠕变抗力183

7.7.4 实例分析——透平发动机叶片材料的选择184

习题与思考题186

第8章 腐蚀与磨损187

8.1 材料的高温氧化187

8.1.1 氧化速率与氧化过程187

8.1.2 抗氧化措施189

8.2 材料的电化学腐蚀(190湿腐蚀)190

8.2.1 电化学腐蚀反应190

8.2.2 电化学腐蚀倾向与腐蚀速率191

8.2.3 金属的局部腐蚀192

8.2.4 介质与应力联合作用下的腐蚀194

8.3 改善材料腐蚀抗力的措施194

8.3.1 改善介质的腐蚀条件195

8.3.2 电化学保护195

8.3.3 表面涂层196

8.3.4 耐蚀材料及其合理选用197

8.4.1 摩擦199

8.4 摩擦和磨损的基本概念199

8.4.2 润滑200

8.5 材料的磨损201

8.5.1 粘着磨损201

8.5.2 磨料磨损201

8.6 提高磨损抗力的途径203

8.6.1 抗粘着磨损203

8.6.2 粘着磨损失效举例204

8.6.3 抗磨料磨损205

习题与思考题207

9.1 机械工程材料选材要点208

第9章 工程材料的选用208

9.2 按力学性能选材要点210

9.3 工程材料的选材原则213

9.3.1 安全可靠性214

9.3.2 经济性214

9.3.3 制造方法215

9.4 汽车中的选材问题216

9.4.1 汽车的能耗216

9.4.2 汽车材料的选用217

9.5 材料选择举例220

9.6 对现阶段各种工程材料的评价222