本书是为了适应21世纪高等教育教学改革形势发展需要而编写的，以培养学生的理论结合实际和创新能力为核心，以金属材料为重点，着重介绍了金属材料及热处理的基础知识，同时介绍了常用的非金属材料和新型材料、机械零件选材与失效分析以及工程材料在生产的应用。本书理论与实践密切结合，内容广泛新颖，除了介绍工程材料和热处理的基础知识，还增加了工程材料应用的相关知识。

前 言 为了适应21世纪高等教育教学改革形势发展的需要，我国高等教育的人才培养模式正在逐步改变，改革的重点是加强大学生的工程实践创新能力的培养，努力形成理论知识、实践能力和创新思维并重的综合培养方式。为了达到这个目的，齐鲁工业大学的广大教师身体力行积极参加教学研究和改革，在改革中发现问题、提出问题，再通过研究和实践解决问题。本书就是编者结合大工程背景下机械制造学科的快速发展趋势与高等教育的改革现状，以国家教育部本科课程改革指南为方向，以科学性、先进性、系统性和实用性为目标编写而成，是编者教学改革成果的总结和结晶。 本书以金属材料为重点，着重介绍了金属材料及热处理的基础知识，同时介绍了常用的非金属材料和新型材料、机械零件选材与失效分析，以及工程材料在生产中的应用。全书分为三篇共9章，主要内容包括材料的结构与性能、金属材料的组织与性能改变、金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、其他工程材料、典型零件的选材和工程材料的应用实例。 本书理论与实践密切结合，内容广泛新颖，除介绍工程材料和热处理的基础知识之外，还增加了工程材料应用的相关知识。在文字处理上，对各种知识点进行必要的理论叙述，文字简练，条理清楚，图文并茂，内容详细生动。对于每一个重要的知识点，书中采用问答或重点标注的方式予以提示，加强学生的关注度和提示记忆要点。每一章后都对本章的重点内容进行总结，还附有相应的复习思考题,以便学生复习与巩固所学知识。本书可作为普通高等院校机械类或与机械类相关专业的教学用书及对应专业成人高等教育的教学用书,也可作为一般从事机械、船舶、车辆、动力、电力等装置设计、制造及质量控制方面的工程技术人员的参考用书。 本书由高进担任主编，孙志平、曹芳、肖光春担任副主编。编写分工如下：第1章由曹芳编写，第2章由曹芳、高进和刘宏编写，第3章由孙志平编写，第4~7章由王晓丽编写，第8章由肖春光编写，第9章由姜少宁参加编写，许崇海教授对此书进行了审阅。 尽管编者为本书付出了十分的心血和努力，但仍存在疏漏和欠妥之处，敬请广大读者批评指正。 编 者 2015年1月

目 录 第一篇 工程材料的基本理论 第1章 材料的结构与性能 4 1.1 材料的性能 4 1.1.1 静载时材料的力学性能 4 1.1.2 其他载荷作用下材料的力学性能 9 1.1.3 材料的高、低温力学性能 11 1.2 材料的结合方式及工程材料的键性 12 1.2.1 材料的结合方式 13 1.2.2 工程材料的键性 14 1.3 工程材料测试分析技术 14 本章小结 18 习题与思考题 19 第2章 金属材料的组织与性能改变 20 2.1 金属与合金的晶体结构 20 2.1.1 金属的理想晶体结构 20 2.1.2 金属的实际晶体结构 22 2.1.3 合金的晶体结构 24 2.2 纯金属的结晶 25 2.2.1 纯金属的冷却曲线和过冷现象 25 2.2.2 纯金属的结晶过程 26 2.2.3 金属晶粒大小及控制 26 2.3 合金的结晶 27 2.3.1 二元合金相图的基本知识 27 2.3.2 二元匀晶相图 29 2.3.3 二元共晶相图 30 2.3.4 合金性能与相图的关系 32 2.3.5 铁碳合金相图 34 2.4 金属的塑性变形 43 2.4.1 金属的塑性变形 43 2.4.2 塑性变形后金属的组织和性能 45 2.4.3 金属的塑性成形 46 2.5 钢的热处理 49 2.5.1 钢在加热时的转变 50 2.5.2 钢在冷却时的转变 52 2.5.3 钢的普通热处理 55 2.5.4 钢的表面淬火 60 2.5.5 钢的化学热处理 62 2.5.6 钢的表面改性技术 65 本章小结 67 习题与思考题 68 第二篇 常用工程材料及其应用 第3章 金属材料 70 3.1 工业用钢 70 3.1.1 钢的分类与编号 70 3.1.2 钢中常存杂质与合金元素 74 3.1.3 结构钢 78 3.1.4 工具钢 94 3.1.5 特殊性能钢 100 3.2 铸铁 107 3.2.1 铸铁的石墨化 107 3.2.2 灰铸铁 110 3.2.3 球墨铸铁 112 3.2.4 蠕墨铸铁 114 3.2.5 可锻铸铁 115 3.3 有色金属及其合金 116 3.3.1 铝及铝合金 117 3.3.2 铜及铜合金 123 3.3.3 镁及镁合金 129 3.3.4 钛及钛合金 131 3.3.5 其他有色金属及其合金 132 本章小结 135 习题与思考题 138 第4章 高分子材料 140 4.1 工程塑料 140 4.2 橡胶与合成纤维 143 4.2.1 橡胶 143 4.2.2 合成纤维 144 4.3 合成胶黏剂和涂料 145 4.3.1 合成胶黏剂 145 4.3.2 涂料 146 本章小结 147 习题与思考题 148 第5章 陶瓷材料 149 5.1 概述 149 5.1.1 陶瓷材料的概念 149 5.1.2 陶瓷的分类 149 5.1.3 陶瓷的性能 150 5.2 常用工程结构陶瓷材料 150 5.2.1 普通陶瓷 150 5.2.2 特种陶瓷 150 5.3 金属陶瓷 153 本章小结 154 习题与思考题 154 第6章 复合材料 155 6.1 概述 155 6.1.1 复合材料的概念 155 6.1.2 复合材料的分类 155 6.2 复合材料的增强机制及性能 157 6.2.1 复合材料的增强机制 157 6.2.2 复合材料的性能 158 6.3 常用复合材料 159 6.3.1 金属基复合材料 159 6.3.2 无机非金属基复合材料 161 6.3.3 聚合物基复合材料 161 本章小结 162 习题与思考题 163 第7章 其他工程材料 164 7.1 功能材料 164 7.1.1 功能材料的概念 164 7.1.2 功能材料的分类 164 7.2 纳米材料 168 7.2.1 纳米材料的概念 168 7.2.2 纳米材料的性能特点 169 7.2.3 纳米材料的应用 170 本章小结 171 习题与思考题 171 第三篇 机械零件的选材及工程材料的应用 第8章 典型零件的选材 172 8.1 零件的失效形式与分析方法 172 8.1.1 零件的失效 172 8.1.2 零件失效的分析方法 176 8.2 选材的一般原则 181 8.2.1 选材的一般原则 181 8.2.2 零件材料选择的步骤 185 8.3 典型零件的选材及工艺路线设计 185 8.3.1 轴类零件的选材 185 8.3.2 齿轮类零件的选材 188 8.3.3 弹簧类零件的选材 191 本章小结 194 习题与思考题 195 第9章 工程材料的应用实例 196 9.1 汽车材料的应用 196 9.1.1 汽车用金属材料 196 9.1.2 汽车用非金属材料 197 9.2 机床材料的应用 198 9.3 仪器仪表用材 199 9.4 热能设备用材 199 9.4.1 锅炉设备用钢 199 9.4.2 汽轮机用钢 200 9.5 化工设备用材 200 9.5.1 化工设备用金属材料 201 9.5.2 化工设备用非金属材料 201 9.6 航空航天器用材 202 本章小结 204 习题与思考题 204 参考文献 205