工程材料本书根据教育部《普通高等学校工程材料及机械制造基础系列课程教学基本要求》，在总结近年来工程材料理论教学经验的基础上编写而成。本书充分考虑了普通高等院校理工科专业的特点，对课程内容和体系进行了精心的选取和编排，力求语言简洁、通俗易懂、重点突出、实用性强，充分体现了应用型本科人才培养的特点。本书比较系统地介绍了机械制造生产中所涉及的工程材料，同时也介绍了有关新材料、新工艺、新技术及其发展趋势。全书由五个部分组成，部分为绪论，简要介绍了材料的发展历史、工程材料的分类、工程材料与机械工程、工程材料的课程任务与内容；第二部分由第1章至第4章组成，介绍了材料的力学性能、材料的结构、材料相变基础、金属的塑性变形与再结晶。第三部分由第5章到第6章组成，介绍了常见金属材料（合金钢和铸铁）的热处理和改性技术，以及工程用金属材料。第四部分由第7章组成，介绍了非金属材料及其他新型材料，主要包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料的成分、组织和性能及应用方面的知识。第五部分为工程材料的应用部分，由第8章组成，介绍了机械零件失效、选材方面的知识，以及工程材料在机械、汽车、机床等领域的应用情况。本书内容充实，结构合理，适应性广，有较大的选择余地，可满足不同专业、不同课时教学的要求。书中每章后均附有难度不等的习题与思考题，供不同层次学生选用。本书由武汉轻工大学机械工程学院材料成型及控制工程系教师教学团队和武汉市农业科学院农业机械化研究所联合编写而成。在编写过程中，本书参考并引用了一些已出版的教材（见参考文献）和期刊资料中的相关内容，同时也得到了湖北省相关高校和单位的大力支持，在此，编者对所有被引用文献的原作者以及所有付出辛勤劳动的人员表示诚挚的谢意。由于编者水平有限，书中错误与疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
陈继兵，男，1979年出生，副教授，工学博士，硕士研究生导师，机械工程学院材料成型及控制工程系主任。毕业于华中科技大学材料加工工程专业，主要从事3D打印（增材制造技术）、电子封装技术、LED半导体照明可靠性等方向的研究工作。近年来，已在国内外期刊会议发表论文30余篇，其中被SCI、EI和ISTP三大索引收录论文20余篇；多次参加国际电子封装会议（ICEPT），并做大会报告，相关研究成果获得发明专利7项，外观设计专利2项；主持或参与湖北省自然科学基金、湖北省省教育厅科技计划项目、广东省科技厅及市级项目4项，并获湖北省教育厅优秀奖1项，并担任《Soldering & Surface Mount Technology》和《Rapid Prototyping Journal》等杂志审稿人。[1]Jibing Chen*, Nong Wan, Juying Li, Zhanwen He, Study on the Polymer Material Infiltrating Metallic Parts by Selective Laser Sintering of 3D printing, Rapid Prototyping Journal[J]. 2018. 24（9）:1539-1543（SCI）.[2]Jibing Chen, Yanfang Yin, Jianping Ye, Yiping Wu. Investigation on fatigue behavior of single SnAgCu solder joint by rapid thermal cycling，Soldering & Surface Mount Technology[J], 2015,27(2):76-83（SCI）.[3]J.B. Chen, C. Li, Y.P. Wu. Study on rapid thermal cycling by inducted heating for microstructure of single SnAgCu solder joint, Science and Technology of Welding and Joining [J], 2012, 17(3): 237-243（SCI）.
第0章 绪论（1）
0.1 材料的发展历史（1）
0.2 工程材料的分类（2）
0.2.1 金属材料（2）
0.2.2 陶瓷材料（3）
0.2.3 高分子材料（3）
0.2.4 复合材料（3）
0.3 工程材料与机械工程（3）
0.4 工程材料的课程任务与内容（4）
习题与思考题（5）
第1章 材料的力学性能（6）
1.1 材料的静载力学性能（6）
1.1.1 拉伸试验（6）
1.1.2 弹性与刚度（7）
1.1.3 强度与塑性（8）
1.1.4 硬度（9）
1.2 材料的非静载力学性能（12）
1.3 材料的断裂韧度（14）
1.4 材料的高、低温力学性能（15）
习题与思考题（16）
第2章 材料的结构（17）
2.1 金属晶体结构（17）
2.1.1 晶体结构的基本概念（17）
2.1.2 典型的金属晶体结构（18）
2.1.3 晶面指数和晶向指数（20）
2.1.4 晶体的各向异性（20）
2.1.5 实际金属中的晶体结构（21）
2.2 合金的晶体结构（23）
2.2.1 基本概念（24）
2.2.2 合金的相结构（25）
2.3 非金属材料的结构特点（26）
2.3.1 陶瓷材料的结构特点（26）
2.3.2 高分子材料的结构特点（28）
习题与思考题（29）
第3章 材料相变基础（30）
3.1 纯金属的结晶（30）
3.1.1 纯金属结晶的条件（30）
3.1.2 纯金属的结晶过程（31）
3.1.3 结晶晶粒大小及控制（33）
3.1.4 金属铸锭（件）的组织与缺陷（33）
3.1.5 晶体的同素异构转变（35）
3.2 二元合金相图（36）
3.2.1 二元合金相图的建立（36）
3.2.2 二元合金相图的基本类型（36）
3.3 铁碳合金相图（45）
3.3.1 铁碳合金的组元及基本相 （45）
3.3.2 相图分析（46）
3.3.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织（48）
3.3.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响（54）
3.3.5 铁碳相图的应用（57）
习题与思考题（58）
第4章 金属的塑性变形及再结晶（59）
4.1 金属的塑性变形（59）
4.2 冷变形金属在加热时组织和性能的变化（67）
4.2.1 回复（68）
4.2.2 再结晶（68）
4.2.3 晶粒长大（69）
4.2.4 再结晶退火后的晶粒度（70）
4.2.5 金属的冷加工（71）
4.2.6 金属的热加工（72）
4.2.7 热加工与冷加工的区别（73）
4.2.8 强化材料的方法（74）
习题与思考题（75）
第5章 材料的热处理及改性技术（77）
5.1 钢的热处理（77）
5.1.1 热处理的实质、目的及应用范围（77）
5.1.2 热处理的分类及工艺曲线（77）
5.1.3 钢在加热时的组织转变（78）
5.1.4 钢在冷却时的组织转变（80）
5.2 钢的普通热处理（87）
5.2.1 退火和正火（87）
5.2.2 淬火（88）
5.2.3 回火（92）
5.3 钢的表面热处理（94）
5.3.1 感应加热表面淬火（94）
5.3.2 火焰加热表面热处理（95）
5.3.3 激光加热表面淬火（95）
5.4 钢的化学热处理（96）
5.4.1 渗碳（96）
5.4.2 渗氮（96）
5.4.3 碳氮共渗（97）
5.5 热处理新技术简介（97）
5.5.1 可控气氛热处理（97）
5.5.2 真空热处理（98）
5.5.3 形变热处理（98）
5.7 化学热处理新技术（98）
5.8 钢的表面强化处理（99）
5.8.1 钢的表面形变强化（99）
5.8.2 钢的表面覆层强化（99）
5.8.3 铸铁的改性处理（101）
5.8.4 铸铁的热处理（101）
5.8.5 铸铁的合金化（102）
5.8.6 高聚物的改性强化（103）
习题与思考题（104）
第6章 工程用金属材料（106）
6.1 工业用钢（106）
6.1.1 钢的分类（106）
6.1.2 非合金钢（106）
6.1.3 低合金高强度结构钢（111）
6.1.4 合金钢（112）
6.2 铸铁（126）
6.2.1 铸铁的石墨化（126）
6.2.2 铸铁的分类（127）
6.2.3 常用铸铁（128）
6.3 非铁金属材料（135）
6.3.1 铝及铝合金（135）
6.3.2 铜及铜合金（139）
6.3.3 轴承合金（140）
6.3.4 粉末冶金材料（142）
习题与思考题（143）
第7章 非金属材料及其他新型材料（145）
7.1 高分子材料（145）
7.2 常用高分子材料（148）
7.2.1 工程塑料（148）
7.2.2 橡胶（155）
7.2.3 合成纤维（159）
7.2.4 合成胶粘剂（160）
7.2.5 涂料（161）
7.2.6 功能高分子材料（162）
7.3 陶瓷材料（162）
7.3.1 陶瓷的分类（162）
7.3.2 陶瓷材料的性能特点（163）
7.3.3 常用工程陶瓷的种类、性能和用途（164）
7.4 复合材料（165）
7.4.1 复合强化原理（165）
7.4.2 复合材料的种类（166）
7.4.3 复合材料的性能特点（166）
7.4.4 复合材料的应用（166）
7.5 其他新型材料及其应用（168）
7.5.1 高温合金（168）
7.5.2 形状记忆合金（169）
7.5.3 非晶态材料（171）
7.5.4 超导材料（172）
7.5.5 纳米材料（174）
习题与思考题（177）
第8章 工程材料的选用（178）
8.1 材料选用时要考虑的因素（178）
8.1.1 使用性能因素（178）
8.1.2 工艺性能因素（178）
8.1.3 经济性因素（179）
8.1.4 环境因素（179）
8.2 材料的选用内容及方法（179）
8.2.1 材料的选用内容（179）
8.2.2 材料的选用方法（180）
8.3 典型零件的材料选用举例（182）
8.3.1 金属材料的选用举例（182）
8.3.2 高分子材料的选用举例（187）
习题与思考题（188）
附录（189）
参考文献（201）
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