《工程材料及成型工藝》根據(jù)教育部最新頒布的“工程材料及機械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”和“工程材料及機械制造基礎(chǔ)系列課程改革”的精神編寫而成,在內(nèi)容和形式上較之前的教材有較大的更新。
全書共八章,含有以往《工程材料》和《熱加工工藝基礎(chǔ)》兩本教材中的相關(guān)知識,其具體內(nèi)容包括:材料學(xué)基礎(chǔ)、金屬材料及成型工藝、非金屬材料及成型工藝、新型工程材料、零部件的失效與材料及成型工藝的選用。為配合學(xué)習(xí),各章末均附有習(xí)題和思考題,便于讀者深入研究。
《工程材料及成型工藝》語言簡潔,信息量大,科學(xué)性、實用性強,內(nèi)容新穎,引入了新材料、新技術(shù)、新成果和新進展,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識,拓寬讀者專業(yè)知識面,便于讀者了解當前國內(nèi)外先進材料技術(shù)、成型工藝和方法的發(fā)展趨勢。
《工程材料及成型工藝》適用教學(xué)時數(shù)為48-64學(xué)時,可作為機械類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程“工程材料及機械制造基礎(chǔ)”的教學(xué)用書,主要面向機械類專、本科學(xué)生,也可供近機類專業(yè)選用和有關(guān)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。
“工程材料及成型工藝”是高等院校機械類和近機械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新材料和新技術(shù)的不斷問世及應(yīng)用,對工程材料及成型工藝的教學(xué)工作也提出了新的要求。本書是以教育部最新頒布的“工程材料及機械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”和“工程材料及機械制造基礎(chǔ)系列課程改革”為指導(dǎo),結(jié)合目前教改的基本指導(dǎo)思想和原則以及實施素質(zhì)教育和加強技術(shù)創(chuàng)新的精神,根據(jù)高等學(xué)校機械類教學(xué)的實際需要,編寫而成的。作為機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)“十一五”規(guī)劃系列教材之一,供各高等院校使用。
本書以材料的性能-結(jié)構(gòu)-組織-工藝這一普遍規(guī)律為主線,將理論與工藝融為一體,較全面地介紹了工程材料的基本理論知識和成型工藝的基本原理、工藝方法和技術(shù)要點,適當?shù)胤从沉水敶萍荚诠こ滩牧霞俺尚皖I(lǐng)域的新成就。全書共八章,第1章著重闡述材料學(xué)基礎(chǔ),包括材料的性能、結(jié)構(gòu)、組織、熱處理工藝等;第2章著重闡述金屬材料,包括工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金;第3-5章分別闡述金屬材料的成型工藝,即鑄造、鍛壓、焊接;第6章著重闡述非金屬材料及成型,包括高分子材料及成型、陶瓷材料及成型和復(fù)合材料及成型;第7章主要介紹新型材料,包括形狀記憶合金、非晶態(tài)合金、超塑性合金、納米材料等;第8章介紹了機械零件的失效與材料及成型工藝的選用。
本書由長期從事工程材料及成型工藝教學(xué)的教師及科研工作者編寫而成。全書由青島科技大學(xué)的劉春廷、汪傳生和馬繼擔(dān)任主編,劉春廷負責(zé)統(tǒng)稿,青島科技大學(xué)趙程教授負責(zé)主審。參與編寫工作的成員還有:趙海霞、李鎮(zhèn)江、馬泊江、張淼和叢海燕。
在本書的編寫過程中,中國科學(xué)院金屬研究所的胡壯麒院士、管恒榮研究員和孫曉峰研究員提出了許多寶貴的意見,在此謹表示深切的謝意!
由于編者水平有限,加之時間倉促,書中難免存在不足之處,懇請廣大讀者批評指正。
緒論1
第1章 材料學(xué)基礎(chǔ)4
1.1 工程材料的性能4
1.1.1 材料的使用性能4
1.1.2 材料的工藝性能14
1.2 工程材料的結(jié)構(gòu)15
1.2.1 材料的結(jié)合方式15
1.2.2 金屬材料的結(jié)構(gòu)18
1.2.3 高分子材料的結(jié)構(gòu)27
1.2.4 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)30
1.3 金屬材料的結(jié)晶31
1.3.1 純金屬的結(jié)晶31
1.3.2 二元相圖33
1.3.3 鐵碳相圖42
1.4 鋼的熱處理55
1.4.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變55
1.4.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變59
1.4.3 鋼的常規(guī)熱處理72
1.4.4 鋼的表面熱處理90
1.4.5 鋼的熱處理新技術(shù)99
思考題與習(xí)題103
第2章 金屬材料105
2.1 工業(yè)用鋼105
2.1.1 鋼的分類與牌號105
2.1.2 鋼中的合金元素與雜質(zhì)107
2.1.3 結(jié)構(gòu)鋼111
2.1.4 工具鋼120
2.1.5 特殊性能鋼128
2.2 鑄鐵135
2.2.1 概述135
2.2.2 常用鑄鐵138
2.2.3 合金鑄鐵148
2.3 有色金屬及其合金150
2.3.1 鋁及鋁合金150
2.3.2 銅及其合金153
2.3.3 軸承合金154
2.3.4 鎂及鎂合金156
2.3.5 鈦及鈦合金157
思考題與習(xí)題158
第3章 鑄造159
3.1 鑄造工藝基礎(chǔ)159
3.1.1 液態(tài)合金的充型159
3.1.2 鑄件的收縮161
3.2 砂型鑄造165
3.2.1 砂型鑄造工藝165
3.2.2 砂型鑄造方法170
3.3 特種鑄造174
3.3.1 熔模鑄造174
3.3.2 金屬型鑄造176
3.3.3 壓力鑄造177
3.3.4 低壓鑄造178
3.3.5 離心鑄造178
3.3.6 鑄造方法的選擇178
3.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性179
3.5 常用合金鑄件的鑄造184
3.5.1 鑄鐵件的鑄造184
3.5.2 鑄鋼件的鑄造188
3.5.3 有色金屬及其合金鑄件的鑄造189
3.6 鑄造技術(shù)的發(fā)展191
思考題與習(xí)題192
第4章 鍛壓193
4.1 金屬的塑性變形194
4.1.1 金屬塑性變形的實質(zhì)194
4.1.2 塑性變形對金屬組織及性能的影響196
4.1.3 金屬的鍛造性能198
4.2 鍛造200
4.2.1 自由鍛200
4.2.2 模鍛203
4.3 板料沖壓205
4.3.1 板料沖壓基本工序
4.3.2 沖壓模具208
4.4 擠壓、軋制、拉拔210
4.4.1 擠壓210
4.4.2 軋制211
4.4.3 拉拔213
4.5 特種塑性加工方法214
4.5.1 超塑性成型214
4.5.2 高能率成型217
4.5.3 液態(tài)模鍛218
4.5.4 粉末鍛造219
4.6 塑性加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性220
4.6.1 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性220
4.6.2 沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性221
4.7 塑性加工技術(shù)新進展223
思考題與習(xí)題225
第5章 焊接226
5.1 焊接基礎(chǔ)知識226
5.2 常用焊接工藝方法232
5.2.1 手工電弧焊232
5.2.2 其他焊接方法238
5.3 焊接件結(jié)構(gòu)工藝性244
5.4 常用金屬材料的焊接245
5.4.1 金屬材料的焊接性245
5.4.2 結(jié)構(gòu)鋼的焊接246
5.4.3 鑄鐵件的焊接248
5.4.4 有色金屬及合金的焊接248
5.5 焊接質(zhì)量檢測249
5.5.1 焊接缺陷249
5.5.2 常用檢驗方法250
5.6 焊接技術(shù)新進展252
思考題與習(xí)題255
第6章 非金屬材料及成型256
6.1 高分子材料及成型256
6.1.1 工業(yè)橡膠及成型259
6.1.2 工程塑料及成型262
6.1.3 合成纖維及成型266
6.2 陶瓷材料及成型268
6.2.1 陶瓷材料的組成268
6.2.2 陶瓷材料的分類270
6.2.3 陶瓷材料的成型270
6.3 復(fù)合材料及成型273
6.3.1 復(fù)合材料的分類274
6.3.2 復(fù)合材料的成型275
思考題與習(xí)題282
第7章 新型材料283
7.1 形狀記憶合金283
7.1.1 形狀記憶效應(yīng)283
7.1.2 形狀記憶效應(yīng)的機理283
7.1.3 形狀記憶合金的應(yīng)用284
7.2 非晶態(tài)合金285
7.2.1 非晶態(tài)合金的制備286
7.2.2 非晶態(tài)合金的特性286
7.2.3 非晶態(tài)合金的應(yīng)用287
7.3 超塑性合金288
7.3.1 超塑性現(xiàn)象288
7.3.2 超塑性合金289
7.3.3 超塑性合金的應(yīng)用290
7.4 納米材料291
7.4.1 納米材料的特性291
7.4.2 納米材料的分類292
7.4.3 納米材料的制備293
7.4.4 納米新材料293
7.4.5 納米復(fù)合材料294
7.4.6 功能納米復(fù)合材料294
7.5 納米材料的應(yīng)用295
第8章 機械零件的失效與材料及成型工藝的選用297
8.1 機械零件的失效297
8.1.1 失效概念297
8.1.2 失效形式297
8.1.3 失效原因300
8.1.4 失效分析300
8.2 機械零件材料及成型工藝的選用304
8.2.1 機械零件材料及成型工藝選用的基本原則304
8.2.2 典型零件的材料及成型工藝選擇309
思考題與習(xí)題316
參考文獻317
以金屬鍵結(jié)合的金屬具有以下特性:
。1)良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。由于金屬中有大量的自由電子存在,當金屬的兩端存在電勢差或外加電場時,電子可以定向地流動,使金屬表現(xiàn)出優(yōu)良的導(dǎo)電性。由于自由電子的活動能力很強及金屬離子振動的作用,因而使金屬具有良好的導(dǎo)熱性。
。2)正的電阻溫度系數(shù),即隨溫度升高電阻增大。這是由于溫度升高,離子的振動增強、空位增多,離子(原子)排列的規(guī)則性受到干擾,電子的運動受阻,因而電阻增大。當溫度降低時,離子的振動減弱,電阻減小。
(3)良好的強度及塑性。由于正離子與電子氣之間的結(jié)合力較大,所以金屬晶體具有良好的強度。由于金屬鍵沒有方向性,原子間沒有選擇性,因此在受外力作用而發(fā)生原子位置相對移動時結(jié)合鍵不會遭到破壞,使金屬具有良好的塑性變形能力(良好的塑性)。
。4)特有的金屬光澤。由于金屬中的自由電子能吸收并隨后輻射出大部分投射到其表面的光能,因此金屬不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。
4)分子鍵
有些物質(zhì)的分子具有極性,即分子的一部分帶有正電荷,而分子的另一部分帶有負電荷。一個分子的正電荷部位與另一個分子的負電荷部位間以微弱靜電引力相吸引而結(jié)合在一起的鍵稱為范德華鍵(或分子鍵)。分子晶體因其結(jié)合鍵能很低,所以其熔點很低,硬度也低。此類結(jié)合鍵無自由電子,所以絕緣性良好。