目錄
緒論 1
第1章 工程材料的結構 6
1.1 材料結構及其層次 6
1.2 原子結構與鍵合 7
1.2.1 原子的結構 7
1.2.2 材料粒子的鍵合方式 8
1.3 材料的晶體結構 10
1.3.1 理想晶體結構 10
1.3.2 實際晶體結構 15
1.3.3 合金的晶體結構 17
1.4 納米材料的結構 19
1.4.1 納米材料的基本概念 19
1.4.2 納米效應 20
1.5 材料的同素異構與同分異構 21
1.5.1 晶體的同素異構 21
1.5.2 有機化合物及高聚物的同分異構 22
思考題 23
第2章 工程材料的性能 24
2.1 工程材料的力學性能 24
2.1.1 應力與應變 24
2.1.2 彈性與塑性 27
2.1.3 屈服強度與抗拉強度 34
2.1.4 硬度 36
2.1.5 斷裂性能 37
2.1.6 蠕變與持久性能 41
2.1.7 疲勞性能 42
2.1.8 耐磨性能 42
2.2 工程材料的物理性能 45
2.2.1 密度和熔點 45
2.2.2 電學性能 46
2.2.3 磁學性能 48
2.2.4 光學性能 50
2.2.5 熱學性能 52
2.3 工程材料的化學性能 54
2.3.1 抗氧化性 54
2.3.2 抗腐蝕性 54
2.4 工程材料的工藝性能 55
思考題 56
第3章 金屬材料的凝固與相圖 57
3.1 純金屬的結晶 57
3.1.1 金屬結晶的基本規(guī)律 57
3.1.2 晶核的形成與長大 58
3.2 合金的凝固與相圖 64
3.2.1 相平衡與相圖 64
3.2.2 二元合金相圖與凝固 66
3.2.3 三元相圖的基本知識 75
3.2.4 合金的性能與相圖的關系 78
3.2.5 鑄錠的凝固 80
3.3 鐵碳合金平衡態(tài)的相變 81
3.3.1 Fe-Fe3C 相圖分析 81
3.3.2 鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的結晶 83
3.3.3 碳和其他元素對碳鋼組織和性能的影響 89
3.3.4 Fe-Fe3C 相圖的應用 91
3.4 金屬焊接時的結晶與相變 92
3.4.1 焊接熔池結晶的特點 92
3.4.2 焊縫金屬的結晶組織 93
3.4.3 焊接熱影響區(qū)的組織和性能 95
思考題 97
第4章 金屬材料的熱處理 98
4.1 鋼在加熱和冷卻時的組織轉變 98
4.1.1 鋼在加熱時的組織轉變 98
4.1.2 鋼在冷卻時的組織轉變 101
4.2 鋼的普通熱處理工藝 107
4.2.1 退火與正火 107
4.2.2 淬火與回火 111
4.3 金屬材料的表面熱處理 119
4.3.1 鋼的表面淬火 119
4.3.2 化學熱處理 121
4.4 固溶熱處理與時效強化 125
4.4.1 固溶熱處理 125
4.4.2 時效強化 126
4.5 先進熱處理技術 126
4.5.1 真空熱處理 126
4.5.2 形變熱處理 127
4.5.3 離子熱處理 127
4.5.4 高能束熱處理 128
4.6 鋼的熱處理工藝選用 129
思考題 130
第5章 金屬的塑性變形與再結晶 131
5.1 金屬的塑性變形 131
5.1.1 單晶體的塑性變形 131
5.1.2 多晶體金屬塑性變形 133
5.1.3 冷變形與熱變形 134
5.1.4 金屬的超塑性 134
5.2 塑性變形對金屬組織和性能的影響 135
5.2.1 晶粒形態(tài)的改變 135
5.2.2 晶粒內部亞結構的變化 135
5.2.3 形變織構 136
5.2.4 殘余內應力 136
5.2.5 加工硬化 137
5.3 冷變形金屬的回復與再結晶 138
5.3.1 回復 139
5.3.2 再結晶 139
5.3.3 晶粒長大 140
5.4 金屬熱塑性變形的動態(tài)回復與再結晶 141
5.4.1 動態(tài)回復和動態(tài)再結晶 141
5.4.2 影響熱塑性變形的主要因素 142
5.4.3 熱塑性變形對金屬組織與性能的影響 144
思考題 145
第6章 鋼鐵材料 146
6.1 鋼鐵冶煉 146
6.1.1 生鐵的冶煉 146
6.1.2 鋼的冶煉 148
6.2 鋼的分類與牌號 152
6.2.1 鋼的分類 152
6.2.2 鋼的牌號 153
6.3 結構鋼 154
6.3.1 工程結構用鋼 154
6.3.2 機械結構用鋼 155
6.4 工具鋼 160
6.4.1 刃具鋼 160
6.4.2 模具鋼 163
6.4.3 量具鋼 164
6.5 特殊性能鋼 165
6.5.1 不銹鋼 165
6.5.2 耐熱鋼 167
6.6 鑄鐵 169
6.6.1 鑄鐵的石墨化 169
6.6.2 影響鑄鐵石墨化的因素 170
6.6.3 灰口鑄鐵的分類及性能特點 171
思考題 173
第7章 有色金屬及其合金 174
7.1 鋁及鋁合金 174
7.1.1 鋁合金的強化 174
7.1.2 鋁合金的分類 175
7.2 銅及銅合金 180
7.2.1 純銅 180
7.2.2 黃銅 180
7.2.3 青銅 181
7.3 鎂及鎂合金 182
7.3.1 變形鎂合金 182
7.3.2 鑄造鎂合金 183
7.4 鈦及鈦合金 183
7.4.1 α鈦合金 183
7.4.2 β鈦合金 183
7.4.3 α+β 鈦合金 184
7.5 滑動軸承合金 184
7.5.1 滑動軸承合金及特點 184
7.5.2 常用滑動軸承合金 185
7.6 高溫合金 186
7.6.1 高溫合金及其特點 186
7.6.2 常用高溫合金 187
7.7 特殊性能合金 188
7.7.1 金屬間化合物 188
7.7.2 非晶態(tài)合金 189
7.7.3 形狀記憶合金 190
7.7.4 難熔金屬及其合金 191
7.7.5 稀土金屬及其應用 193
思考題 194
第8章 高分子材料 195
8.1 高分子材料的結構 195
8.1.1 高分子材料的組成 195
8.1.2 大分子鏈結構 196
8.1.3 聚集態(tài)結構 197
8.2 高分子材料的性能 199
8.2.1 力學性能 199
8.2.2 物理、化學性能 200
8.3 常用高分子材料 201
8.3.1 塑料 201
8.3.2 橡膠 202
8.3.3 纖維 204
8.3.4 膠黏劑 204
思考題 207
第9章 陶瓷材料 208
9.1 陶瓷的結構 208
9.1.1 晶體相 208
9.1.2 玻璃相 209
9.1.3 氣相 209
9.2 陶瓷材料的性能 210
9.2.1 力學性能 210
9.2.2 物理性能 211
9.2.3 化學性能 212
9.3 陶瓷的生產(chǎn)工藝 212
9.3.1 陶瓷粉末及制備 212
9.3.2 陶瓷粉末成型 212
9.3.3 燒結及后處理 214
9.4 常用陶瓷材料 215
9.4.1 氧化物陶瓷 215
9.4.2 氮化物陶瓷 217
9.4.3 碳化物陶瓷 219
9.4.4 玻璃陶瓷材料 220
思考題 220
第10章 復合材料 221
10.1 概述 221
10.2 復合材料的結構 222
10.2.1 增強相 222
10.2.2 基體 222
10.2.3 界面 223
10.3 復合材料的增強原理 223
10.3.1 顆粒增強原理 223
10.3.2 纖維增強原理 224
10.3.3 晶須增強原理 224
10.4 復合材料的性能 225
10.4.1 力學性能 225
10.4.2 理化性能 226
10.5 常用復合材料 227
10.5.1 聚合物基復合材料 227
10.5.2 金屬基復合材料 228
10.5.3 無機非金屬基復合材料 230
思考題 231
第11章 材料與環(huán)境 232
11.1 材料與環(huán)境的相互作用 232
11.1.1 材料循環(huán) 232
11.1.2 污染物排放 233
11.2 材料的環(huán)境協(xié)調性評價 235
11.2.1 LCA 概念 235
11.2.2 材料的環(huán)境協(xié)調性評價過程 237
11.3 工業(yè)生態(tài)學與循環(huán)經(jīng)濟 238
11.3.1 工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本概念 238
11.3.2 工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的進化 239
11.3.3 循環(huán)經(jīng)濟 241
11.4 綠色設計與清潔生產(chǎn) 243
11.4.1 產(chǎn)品的綠色設計 243
11.4.2 清潔生產(chǎn) 245
11.5 修復與再制造 246
11.5.1 修復與再制造的作用 246
11.5.2 修復與再制造性分析 247
11.5.3 修復與再制造工藝 248
思考題 250
參考文獻 251