參考了近10年來武漢理工大學金工學部自編教材，按照普通高等學校工程材料及機械制造基礎系列課程教學基本要求和教學改革精神，我們總結工程材料課程教學團隊近10年來的課堂教學經驗和教學改革成果的基礎上，對課程內容重新進行梳理和編排，編寫了這部《工程材料》校級規(guī)劃教材。教材力求緊扣大綱、重點突出、內容簡潔、通俗實用，符合新工科建設和一流本科課程建設需要，滿足機械工程類、車輛工程、能源與動力工程、汽車服務、材料成型及控制工程、油氣儲運等專業(yè)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求。
全書由3部分組成： 第1部分由第1~6章組成，講述了工程材料的基本概念和基本理論、合金結構、組織和性能之間的關系及變化規(guī)律，內容主要有材料的原子結合方式及性能、材料的晶體結構、純金屬與合金的結晶、鐵碳合金相圖與碳素鋼、金屬的塑性變形及再結晶、鋼的熱處理及表面技術； 第2部分由第7~13章組成，介紹了各種不同工程材料的成分、組織和性能及其應用方面的知識，主要內容包括常見金屬材料(合金鋼、鑄鐵與鑄鋼)、有色金屬及其合金、高分子材料、陶瓷材料、復合材料和功能材料及新型材料； 第3部分為工程材料的應用部分，由第14章和第15章組成，介紹了機械零件的失效、選材方面的知識和工程材料在機械、汽車、機床等領域的應用情況，主要內容有材料失效分析及工程材料的合理選用、典型零件的選材及工藝路線設計。
本教材在傳統(tǒng)基礎教學知識的基礎上，部分章節(jié)增加了新材料、新技術、新工藝以及工程應用實例內容，具有以下特點：
（1） 針對工程材料課程學時減少及專業(yè)基礎課程提前進行的特點，考慮到該課程與中學物理、化學及后續(xù)課程的內容銜接，對部分晦澀難懂的概念進行了重新表述，如相、組織、二元合金相圖的分析，冷變形過程中金屬材料的回復問題，鋼在冷卻過程中的組織變化規(guī)律等。此外，本教材以工程材料的成分平衡及非平衡狀態(tài)下的組織力學性能合理選材及失效分析為教學主線，抽絲剝繭，條理清晰，內容完整，便于學生理解和掌握。
（2） 擴大了知識面，優(yōu)化了教材內容。根據不同專業(yè)培養(yǎng)計劃及畢業(yè)設計要求，精煉了傳統(tǒng)金屬材料方面的內容； 增加了復合材料、功能材料和表面改性內容； 突出了選材和材料應用分析方面的知識，以適應新的教學要求。
（3） 計量單位和名詞標準化。計量單位統(tǒng)一采用國際單位制，并以國際代碼表示。特別是材料的力學性能表示符號，采用最新國家標準GB/T 228.12021《金屬材料拉伸試驗第1部分： 室溫試驗方法》。
本書由武漢理工大學吳超華、史曉亮負責編寫、修訂和統(tǒng)稿，并擔任主編。其中，吳超華編寫緒論、第1~3章和第5章； 彭兆編寫第4章； 黃豐編寫第6章； 潘運平編寫第7章； 江麗編寫第8章； 史曉亮編寫第9章、第12章和第13章； 楊爽編寫第10章、第11章； 張麗編寫第14章、第15章； 王弢負責全書插圖的繪制和審核工作。
本教材的編寫和出版得到了武漢理工大學本科教材建設專項基金項目的資助，并被列為武漢理工大學十三五第一批規(guī)劃教材。同時，編者參考并引用了一些已出版圖書、期刊等資料中的相關內容。在此書出版之際，謹向支持和幫助本書出版的熱心人士致謝，向所有對本書內容作出貢獻的各位參考文獻的作者致謝。
由于編者水平有限，時間倉促，教材中的缺點與疏漏難免，懇請讀者批評指正。
編者
2023年12月
0緒論
0.1材料的發(fā)展史
0.2工程材料的分類
0.2.1金屬材料
0.2.2高分子材料
0.2.3陶瓷材料
0.2.4復合材料
0.3工程材料與機械工程
0.4工程材料課程的任務與內容
復習思考題
1材料的原子結合方式及性能
1.1材料的結合方式與結合鍵
1.1.1晶體和非晶體
1.1.2結合力與結合能
1.1.3材料的結合鍵
1.2靜載荷下材料的力學性能
1.2.1強度、剛度和塑性
1.2.2硬度
1.3動載荷下材料的力學性能
1.3.1沖擊韌性
1.3.2疲勞強度
1.3.3斷裂韌度
1.4材料的物理、化學及工藝性能
1.4.1材料的物理性能
1.4.2材料的化學性能
1.4.3材料的工藝性能
復習思考題
2材料的晶體結構
2.1晶體結構基礎知識
2.1.1晶格結構與晶胞
2.1.2晶系與晶格常數
2.1.3晶面指數和晶向指數
2.1.4常見的3種晶體結構
2.1.5純金屬的晶體結構
2.2實際金屬的晶體結構與晶體缺陷
2.2.1單晶體與多晶體
2.2.2晶體缺陷
2.2.3晶體缺陷對機械性能及固態(tài)相變過程的影響
復習思考題
3純金屬與合金的結晶
3.1純金屬的結晶
3.1.1結晶的基本概念
3.1.2結晶的一般規(guī)律
3.1.3細化晶粒的途徑
3.2金屬的同素異晶轉變
3.3合金的結晶
3.3.1合金的相結構及性能
3.3.2二元合金相圖與結晶過程分析
復習思考題
4鐵碳合金相圖與碳素鋼
4.1鐵碳合金的相與基本組織
4.1.1鐵碳合金的組元
4.1.2鐵碳合金的基本相
4.1.3鐵碳合金的基本組織
4.2鐵碳合金相圖
4.2.1鐵碳合金相圖概述
4.2.2Fe-Fe3C相圖分析
4.2.3典型鐵碳合金的結晶過程分析
4.3鐵碳合金成分、組織和性能關系
4.3.1含碳量對平衡組織的影響
4.3.2含碳量對力學性能的影響
4.3.3含碳量對工藝性能的影響
4.4鐵碳合金相圖的應用
4.5碳素鋼
復習思考題
5金屬的塑性變形及再結晶
5.1金屬塑性變形的實質
5.1.1單晶體的塑性變形
5.1.2多晶體的塑性變形
5.2冷塑性變形對金屬組織和性能的影響
5.2.1金屬組織和結構變化
5.2.2金屬性能的變化
5.2.3殘余內應力的產生
5.3冷變形金屬在加熱時的組織和性能的變化
5.3.1回復
5.3.2再結晶
5.4金屬的熱塑性變形
5.4.1冷加工與熱加工的區(qū)別
5.4.2熱加工對金屬組織和性能的影響
復習思考題
6鋼的熱處理及表面技術
6.1概述
6.1.1熱處理的實質、目的及應用范圍
6.1.2熱處理的分類及工藝曲線
6.2熱處理過程中鋼的組織轉變
6.2.1鋼在加熱時的組織轉變
6.2.2鋼在冷卻時的組織轉變
6.3鋼的整體熱處理工藝
6.3.1鋼的退火與正火
6.3.2鋼的淬火
6.3.3鋼的回火
6.3.4鋼的熱處理缺陷及防止
6.4鋼的表面熱處理與化學熱處理
6.4.1鋼的表面淬火
6.4.2鋼的化學熱處理
6.4.3表面淬火和化學熱處理的比較
6.5熱處理新技術、新工藝
6.5.1形變熱處理
6.5.2真空熱處理
6.5.3可控氣氛熱處理
6.6機械制造過程中的熱處理
6.6.1熱處理與金屬切削加工性的關系
6.6.2熱處理技術條件的標注及工序位置的安排
6.6.3熱處理工程實例
復習思考題
7合金鋼
7.1鋼的合金化
7.1.1合金鋼的分類及編號
7.1.2合金元素在鋼中的作用
7.2合金結構鋼
7.2.1低合金高強度鋼
7.2.2合金滲碳鋼
7.2.3合金調質鋼
7.2.4彈簧鋼
7.2.5滾動軸承鋼
7.2.6易切削鋼
7.3合金工具鋼
7.3.1合金刃具鋼
7.3.2合金模具鋼
7.3.3合金量具鋼
7.4特殊性能鋼
7.4.1不銹鋼
7.4.2耐熱鋼
7.4.3耐磨鋼
復習思考題
8鑄鐵與鑄鋼
8.1概述
8.2常見鑄鐵
8.2.1鑄鐵的特征及分類
8.2.2鑄鐵的石墨化及其影響因素
8.2.3灰口鑄鐵
8.2.4球墨鑄鐵
8.2.5可鍛鑄鐵
8.2.6蠕墨鑄鐵
8.2.7合金鑄鐵
8.3鑄鐵的熱處理
8.3.1鑄鐵熱處理的必要性及特點
8.3.2普通灰口鑄鐵的熱處理
8.3.3球墨鑄鐵的熱處理
8.4鑄鋼
8.4.1鑄鋼的分類及牌號
8.4.2碳素鑄鋼
8.4.3合金鑄鋼
復習思考題
9有色金屬及其合金
9.1鋁及鋁合金
9.1.1純鋁
9.1.2鋁合金
9.2銅及銅合金
9.2.1純銅
9.2.2銅合金概述
9.3鎂及鎂合金
9.3.1工業(yè)純鎂
9.3.2鎂合金
9.4鈦及鈦合金
9.4.1純鈦的性質
9.4.2鈦合金的成分、組織與性能
9.4.3鈦合金的熱處理工藝
9.5滑動軸承合金
9.5.1錫基軸承合金
9.5.2鉛基軸承合金
9.5.3銅基軸承合金
9.5.4鋁基軸承合金
復習思考題
10高分子材料
10.1概述
10.1.1高分子材料的分類
10.1.2高分子材料的命名
10.1.3高分子材料的力學狀態(tài)
10.1.4常用高分子材料的化學反應
10.2工程塑料
10.3合成橡膠
10.4合成纖維
10.5功能高分子材料
10.5.1概述
10.5.2功能高分子材料的功能分類
10.5.3功能高分子材料的發(fā)展應用
復習思考題
11陶瓷材料
11.1概述
11.1.1陶瓷材料的特點
11.1.2陶瓷的分類
11.1.3陶瓷的制造工藝
11.2常用工程結構陶瓷材料
11.2.1普通陶瓷
11.2.2特種陶瓷
11.3金屬陶瓷
11.3.1粉末冶金方法及其應用
11.3.2硬質合金
復習思考題
12復合材料
12.1概述
12.1.1復合材料的概念
12.1.2復合材料的分類
12.1.3復合材料的命名
12.2復合材料的增強機制及性能
12.2.1復合材料的增強機制
12.2.2復合材料的性能特點
12.3常用的復合材料
12.3.1纖維增強復合材料
12.3.2疊層復合材料
12.3.3粒子增強復合材料
復習思考題
13功能材料及新型材料
13.1形狀記憶合金
13.2光纖材料
13.3超導材料
13.4儲氫合金
13.5納米材料
13.6其他新型材料
復習思考題
14材料失效分析及工程材料的合理選用
14.1機械零件的失效
14.1.1失效的分類
14.1.2失效的原因
14.2機械零件失效分析
14.3機械零件的合理選材
復習思考題
15典型零件的選材及工藝路線設計
15.1軸類零件的選材及工藝路線
15.2齒輪類零件的選材及工藝路線
15.3彈簧類零件的選材及工藝路線
15.4工模具選材及工藝路線
復習思考題
參考文獻
書單推薦
