21世纪已经进入了第3个10年,世界经济发展的形式和格局发生了重大的变革。一方面,以互联网和信息技术为核心的虚拟经济发挥了越来越重要的作用。互联网和智能手机通信技术的发展,使得人类能够快速获得一般性的知识。人工智能技术的发展甚至可以部分替代人类的一般性智力活动。这些都需要未来的高端人才要具有创造性思维。另一方面,各国真正竞争的核心依然是实体经济。高端装备设计与制造结合信息技术成为未来大国竞争实力的象征。这又要求未来的高端人才要拥有强烈的社会责任感。为适应这种变化,我们对2017年出版的《机械工程材料》(第10版)进行了修订。

本次修订首先考虑了激发学生社会责任感、创造性思维以及学习的主动性。在每一章前面的引子部分修改、补充了增加国家与民族自信的材料,如爱国科学家的故事、中国古代材料技术的贡献等内容。在绪论中重点介绍了中国古代在材料方面对世界文明发展的贡献。

在技术层面,增加了数字化内容,在每一章重点部分增加了二维码,学生通过手机扫描二维码,可以看到、读到相关知识的彩图、动画、录像及小短文,以帮助学生深入理解课程内容,拓展知识。

引言中增加了装备制造领域最新技术的简介,如增材制造技术、材料(零件)多尺度设计与制造等相关的内容,以鼓励学生去思考。部分修订了参考文献,我们向这些参考文献的作者以及没有列出的同行表示敬意。

第0章 绪 论 /1

0.1 材料与材料科学 /1

0.2 工程材料的分类及应用 /3

0.3 装备制造与机械工程材料 /3

0.4 课程的目的、内容和学习要求 /5

扩展读物 /5

第1章 材料的性能及表征 /7

1.1 材料及构件的常见失效形式 /7

1.2 材料的力学性能 /8

1.2.1 拉伸试验 /9

1.2.2 硬度试验 /11

1.2.3 冲击试验 /14

1.2.4 疲劳试验 /15

1.2.5 断裂韧性 /16

1.2.6 蠕变与应力松弛 /16

1.3 材料的化学性能 /17

1.3.1 材料腐蚀及耐腐蚀性 /17

1.3.2 材料氧化及抗氧化性 /18

1.4 材料的物理性能 /18

1.4.1 密 度 /18

1.4.2 熔 点 /19

1.4.3 热膨胀性 /19

1.4.4 导热性 /19

1.4.5 导电性 /19

1.4.6 磁 性 /20

1.5 材料的工艺性能 /20

1.5.1 金属材料的工艺性能 /20

1.5.2 高分子材料的工艺性能 /21

1.5.3 陶瓷材料的工艺性能 /21

扩展读物 /21

思考题 /21

第2章 材料的结构 /23

2.1 原子的结合方式 /24

2.1.1 离子键 /24

2.1.2 共价键 /24

2.1.3 金属键 /25

2.1.4 分子键 /25

2.2 晶体结构的基本概念 /25

2.2.1 晶体与非晶体 /26

2.2.2 晶 格 /26

2.2.3 晶 胞 /26

2.2.4 立方晶系的晶面和晶向表示

方法 /27

2.3 金属材料的结构 /28

2.3.1 晶态结构 /28

2.3.2 非晶态结构 /36

2.4 陶瓷材料的结构 /36

2.4.1 晶体相 /37

2.4.2 玻璃相 /38

2.4.3 气 相 /38

2.5 高分子材料的结构 /38

2.5.1 高分子化合物的组成 /39

2.5.2 大分子链的结构 /39

2.5.3 高分子的聚集态结构 /40

2.6 扩 散 /40

2.6.1 扩散的宏观规律 /41

2.6.2 扩散的机制 /42

2.6.3 影响扩散的因素 /42

2.7 材料的结构表征 /43

2.7.1 金属材料的结构表征 /43

2.7.2 陶瓷材料的结构表征 /45

2.7.3 高分子材料的结构表征 /45

扩展读物 /46

思考题 /46

第3章 材料的平衡凝固及相变 /47

3.1 纯金属的结晶 /47

3.1.1 结晶的热力学条件 /48

3.1.2 结晶的过程 /48

3.1.3 同素异构转变 /50

3.2 合金的结晶 /51

3.2.1 二元相图的建立 /51

3.2.2 二元相图的基本类型

与分析 /52

3.3 铁-碳合金相图 /61

3.3.1 铁-碳合金的组元和相 /61

3.3.2 铁-碳合金相图的分析 /62

3.3.3 典型铁-碳合金的平衡

结晶过程 /64

3.3.4 碳质量分数对铁-碳合金组织

和性能的影响 /71

思考题 /72

第4章 金属的塑性变形与再结晶 /74

4.1 纯金属的塑性变形 /74

4.1.1 单晶体的塑性变形 /74

4.1.2 多晶体的塑性变形 /77

4.1.3 形变强化和细晶强化 /77

4.2 合金的塑性变形 /78

4.2.1 单相固溶体合金的塑性变形

和固溶强化 /78

4.2.2 多相混合物合金的塑性变形

和第二相强化 /78

4.3 冷加工对金属及合金组织的

影响 /78

4.4 回复与再结晶 /79

4.4.1 冷塑性变形金属在加热过程

中的组织与性能变化 /79

4.4.2 回复与再结晶温度 /81

4.4.3 再结晶退火后晶粒度 /82

4.4.4 金属热加工及动态回复

与再结晶 /82

扩展读物 /84

思考题 /84

第5章 材料相变的动力学特征

及非平衡相变 /85

5.1 材料相变的动力学特征 /85

5.2 材料相变的微观过程 /86

5.3 凝固组织及其控制 /86

5.3.1 金属及合金结晶后的晶粒

大小及其控制 /87

5.3.2 铸锭的组织及缺陷 /88

5.4 单相固溶体合金结晶时的

成分偏析 /89

5.5 过饱和固溶与析出 /90

5.6 伪共析转变 /91

5.7 钢的非平衡转变 /92

5.7.1 钢在加热时的转变 /93

5.7.2 钢在冷却时的转变 /94

5.7.3 过冷奥氏体转变图 /99

5.7.4 钢的退火 /102

5.7.5 钢的正火 /103

5.7.6 钢的淬火 /104

5.7.7 钢的回火 /108

5.8 非晶合金转变 /110

5.8.1 非晶合金的制备 /111

5.8.2 非晶合金的性能 /112

5.9 金属焊缝的组织与力学

性能特点 /113

扩展读物 /113

思考题 /114

第6章 材料表面技术 /115

6.1 喷丸处理 /116

6.2 表面淬火 /116

6.2.1 表面淬火用材及预备

热处理 /116

6.2.2 表面淬火方式 /117

6.2.3 表面淬火后的回火

及组织 /119

6.3 热喷涂 /119

6.3.1 热喷涂方法 /119

6.3.2 热喷涂工艺 /120

6.3.3 涂层的结构 /120

6.3.4 热喷涂的特点及应用 /121

6.4 表面氧化 /121

6.4.1 钢铁的化学氧化 /121

6.4.2 有色金属的阳极氧化 /122

6.5 表面渗镀 /123

6.5.1 钢的渗碳 /123

6.5.2 钢的渗氮 /125

6.5.3 钢的热浸镀 /126

6.5.4 离子镀(渗) /127

6.6 离子注入 /127

扩展读物 /127

思考题 /128

第7章 工程用钢 /129

7.1 钢的分类 /129

7.2 钢的编号方法 /131

7.2.1 标准钢号表示方法 /131

7.2.2 标准ISC表示方法 /132

7.3 钢中合金元素的作用 /132

7.3.1 提高淬透性 /132

7.3.2 固溶强化 /133

7.3.3 弥散强化 /133

7.3.4 提高耐蚀性 /133

7.3.5 奥氏体或铁素体稳定化 /134

7.4 典型工程用钢 /134

7.4.1 以力学性能为主的钢 /135

7.4.2 以化学性能为主的钢 /154

7.4.3 以物理性能为主的钢 /161

7.4.4 以工艺性能为主的钢 /163

扩展读物 /167

思考题 /167

第8章 铸 铁/169

8.1 铁-石墨相图 /170

8.1.1 Fe-Fe3C和Fe-G双重

相图 /170

8.1.2 铸铁的石墨化过程 /170

8.1.3 影响铸铁石墨化的因素 /171

8.2 铸铁的特点及分类 /172

8.2.1 铸铁的特点 /172

8.2.2 铸铁的分类 /172

8.3 常用铸铁 /173

8.3.1 灰铸铁 /173

8.3.2 可锻铸铁 /174

8.3.3 球墨铸铁 /176

8.3.4 蠕墨铸铁 /178

8.4 特殊性能铸铁 /180

8.4.1 耐磨铸铁 /180

8.4.2 耐热铸铁 /181

8.4.3 耐腐蚀铸铁 /183

扩展读物 /184

思考题 /185

第9章 有色金属及合金 /186

9.1 铝及铝合金 /187

9.1.1 铝及铝合金的特点 /187

9.1.2 铝合金的分类及热处理 /187

9.1.3 常用铝合金 /189

9.2 铜及铜合金 /191

9.2.1 铜及铜合金的特点 /191

9.2.2 黄 铜 /192

9.2.3 白 铜 /193

9.2.4 青 铜 /194

9.3 钛及钛合金 /194

9.3.1 钛及钛合金的特点 /194

9.3.2 钛合金的分类 /195

9.4 镁及镁合金 /197

9.4.1 镁及镁合金的特点 /197

9.4.2 镁合金的分类 /197

9.5 镍及镍合金 /198

9.6 钴及钴合金 /200

9.7 难熔金属及合金 /201

扩展读物 /202

思考题 /202

第10章 陶瓷材料 /203

10.1 陶瓷材料的概况 /203

10.1.1 陶瓷材料的特点 /204