本教材是结合近年来《金属工艺学》课程体系、课程内容教学改革的成果，根据教育部颁布的“金属工艺学教学基本要求”，按照最新国家标准编写而成的。本教材共分十三个学习情境，包括金属材料的性能、金属的结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理、金属材料、非金属材料、铸造成形工艺、锻压成形工艺、焊接成形工艺、机械加工成形工艺、机械加工工艺过程、先进制造技术简介、材料与成形工艺选择，并安排了部分实验，体现了较强的理论性、系统性、先进性和广泛应用性。 本教材是机械类、机电类、数控类、汽车类等专业的通用教材，也可作为相关技术人员的参考书。

本教材是结合近年来《金属工艺学》课程体系、课程内容教学改革的成果，根据教育部颁布的“金属工艺学教学基本要求”，以培养生产一线需要的高等技术应用型人才为目标，按照最新国家标准编写而成的。 本课程是机械及近机械类专业的一门重要的技术基础课，是理论性很强的一门课程。为适合职业院校学生的特点，满足职业院校人才培养目标的要求，在编写本教材时，我们从职业教育的实际出发，做到基本概念清晰，重点突出；内容上以必须和够用为原则，注重实践性和启发性；将理论与实验实训进行融合，三位一体，有利于实现工学结合，并与职业资格等级考试相结合，具有鲜明的职业教育特色。 本教材共分十三个学习情境：金属材料的性能、金属的结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理、金属材料、非金属材料、铸造成形工艺、锻压成形工艺、焊接成形工艺、机械加工成形工艺、机械加工工艺过程、先进制造技术简介、材料与成形工艺选择，并安排了部分实验。本教材力图具有较强的理论性、系统性、先进性和广泛应用性。 本书由潘爱民、景红芹任主编，刘光定和贾鑫任副主编，祁建中任主审。其中，学习情境一至学习情境二由贾鑫编写，学习情境三至学习情境七由潘爱民编写，学习情境八至学习情境九由景红芹编写，学习情境十一至学习情境十三由刘光定编写。全书由潘爱民统稿。 本教材在编写过程中参阅了大量有关教材和资料，得到了单位领导和许多老师的支持和帮助，在此一并表示衷心的感谢。 由于由于编者水平和时间有限，书中难免存在缺点和不足，希望同行专家和读者能给予批评指正，以便改进提高。

绪　　论 1 学习情境一　金属材料的性能 3 单元一 金属材料的力学性能 4 1.1.1 强度和塑性 4 1.1.2 硬度 6 1.1.3 冲击韧性 7 1.1.4 疲劳强度 8 单元二 材料的工艺性能 9 1.2.1 铸造性能 10 1.2.2 锻造性能 10 1.2.3 焊接性能 10 1.2.4 切削加工性能 10 单元三 金属材料的硬度测试实验 10 习题 12 学习情境二　金属材料的晶体结构与结晶 14 单元一 金属材料的晶体结构 15 2.1.1 晶体与非晶体 15 2.1.2 晶体结构的基本概念 15 2.1.3 金属实际晶体结构 16 2.1.4 金属的结晶过程 17 单元二 合金的晶体结构 19 2.2.1 基本概念 20 2.2.2 合金的组织 20 单元三 二元合金相图 21 2.3.1 二元合金相图的建立 21 2.3.2 二元合金相图的分析 22 习题 24 学习情境三　铁碳合金 25 单元一 纯铁的同素异构转变 26 单元二 铁碳合金的基本组织 27 单元三 铁碳合金相图 27 3.3.1 相图分析 29 3.3.2 典型成分铁碳合金结晶过程分析 29 3.3.3 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 33 单元四 铁碳合金相图的应用 34 3.4.1 在选材方面的应用 34 3.4.2 在铸造方面的应用 34 3.4.3 在锻造方面的应用 35 3.4.4 在焊接方面的应用 35 3.4.5 在热处理方面的应用 35 单元五 铁碳合金平衡组织观察实验 35 习题 37 学习情境四　钢的热处理 39 单元一 钢在加热时的组织转变 40 4.1.1 奥氏体的形成过程 41 4.1.2 奥氏体晶粒的长大及其影响因素 42 单元二 钢在冷却时的组织转变 43 4.2.1 过冷奥氏体等温冷却转变 44 4.2.2 过冷奥氏体连续冷却转变 46 单元三 钢的普通热处理 47 4.3.1 钢的退火与正火 47 4.3.2 钢的淬火与回火 49 单元四 钢的表面热处理 55 4.4.1 钢的表面淬火 55 4.4.2 钢的化学热处理 57 单元五 热处理新技术简介 59 4.5.1 可控气体热处理 60 4.5.2 真空热处理 60 4.5.3 形变热处理 61 4.5.4 流动化热处理 62 4.5.5 循环热处理 62 4.5.6 强韧化处理 62 4.5.7 激光热处理 63 单元六 碳钢的热处理实验 64 习题 65 学习情境五　钢铁金属材料 67 单元一 杂质元素和合金元素对钢的作用 68 5.1.1 杂质元素和合金元素在钢中的作用 68 5.1.2 钢的分类 71 单元二 非合金钢 71 5.2.1 普通碳素结构钢 71 5.2.2 优质碳素结构钢 72 5.2.3 碳素工具钢 74 5.2.4 铸钢 75 单元三 合金钢 76 5.3.1 合金钢的牌号 76 5.3.2 合金结构钢 76 5.3.3 特殊性能钢 85 单元四 铸铁 88 5.4.1　铸铁的石墨化及影响因素 89 5.4.2　常用铸铁 89 5.4.3 合金铸铁 94 单元五 非铁金属材料 95 5.5.1 铝及铝合金 95 5.5.2　铜及铜合金 100 5.5.3　滑动轴承合金 104 5.5.4　粉末冶金材料 106 习题 109 学习情境六　非金属材料 111 单元一 高分子材料 112 6.1.1 塑料 112 6.1.2 橡胶 117 6.1.3 胶黏剂 118 单元二 陶 瓷 材 料 118 6.2.1 陶瓷的分类 118 6.2.2 陶瓷的性能 118 6.2.3 常用工业陶瓷 118 单元三 复合材料 119 6.3.1 复合强化原理 119 6.3.2 复合材料的分类 119 6.3.3 复合材料的性能 120 6.3.4 常用复合材料 120 单元四 纳米材料及功能材料简介 121 6.4.1 纳米材料 121 6.4.2 超导材料 125 6.4.3 储氢材料 126 6.4.4 形状记忆材料 127 习题 129 学习情境七　铸造成形工艺 130 单元一 铸造工艺基础 131 7.1.1 概述 131 7.1.2 合金的铸造性能 131 单元二 砂型铸造 134 7.2.1 型砂和芯砂 134 7.2.2 手工砂型造型 136 7.2.3 型芯制造 140 7.2.4 合箱与浇注 141 7.2.5 落砂和清理 141 7.2.6 铸件的质量检验 141 单元三 铸 造 工 艺 143 7.3.1 浇注位置和分型面的选择 143 7.3.2 铸造工艺参数的选择 145 7.3.3 浇注系统和冒口 146 7.3.4 铸造工艺图 148 单元四 特种铸造工艺 149 7.4.1 熔模铸造 149 7.4.2 金属型铸造 150 7.4.3 压力铸造 151 7.4.4 离心铸造 152 单元五 铸件的结构设计 153 7.5.1 铸造工艺对结构的要求 153 7.5.2 铸件质量对结构的要求 154 单元六 铸造成形技术发展简介 157 习题 159 学习情境八　锻压成形 161 单元一 金属的塑性变形 162 8.1.1 金属塑性变形的实质 162 8.1.2 金属的锻造性 165 单元二 锻造 167 8.2.1 自由锻造 167 8.2.2 模锻 172 8.2.3 锻件结构工艺性 175 单元三 板料冲压 177 8.3.1 冲压设备 177 8.3.2 板料冲压的基本工序 178 8.3.3 冲压模具 181 8.3.4 板料冲压件结构工艺性 183 单元四 其他锻压成形方法 184 8.4.1 挤压 184 8.4.2 拉拔 185 8.4.3 辊轧 185 8.4.4 锻压成形新工艺、新技术简介 187 习题 188 学习情境九 焊接成形工艺 190 单元一 焊接工艺基础 191 9.1.1 概述 191 9.1.2 金属熔焊原理 192 单元二 常用焊接方法 192 9.2.1 焊条电弧焊 192 9.2.2 埋弧自动焊 195 9.2.3 气焊和气割 197 9.2.4 气体保护焊 199 9.2.5 电阻焊 200 9.2.6 电渣焊 202 9.2.7 钎焊 203 单元三 焊接质量及其控制 203 9.3.1 焊接接头的组织与性能 203 9.3.2 焊接应力与变形 205 9.3.3 焊接接头的主要缺陷及检验 208 单元四 常用金属材料的焊接 211 9.4.1 金属材料的可焊性 211 9.4.2 碳钢的焊接 212 9.4.3 低合金结构钢的焊接 212 9.4.4 铸铁的焊补 212 9.4.5 有色金属的焊接 213 单元五 焊接结构设计 214 9.5.1 焊接结构件材料的选择 215 9.5.2 焊缝的布置 215 9.5.3 焊接方法的选择 217 9.5.4 焊接接头型式的选择与设计 217 习题 220 学习情境十 机械加工成形工艺 222 单元一 金属切削加工基本知识 223 10.1.1 切削运动与切削要素 223 10.1.2 金属切削刀具 224 10.1.3 切削液 226 10.1.4 金属切削过程中的物理现象 226 单元二 常用金属切削加工方法 229 10.2.1 车削加工 229 10.2.2 其他常用机床及其加工 231 习题 236 学习情境十一 机械加工工艺过程 238 单元一 机械加工工艺基本知识 239 11.1.1 机械加工工艺过程 239 11.1.2 工件的装夹 241 11.1.3 工件的定位 245 11.1.4 夹具简介 246 单元二 零件机械加工工艺规程的制定 247 11.2.1 技术要求分析 247 11.2.2 毛坯的选择 247 11.2.3 工艺分析 247 11.2.4 拟定工艺路线 248 11.2.5 机床与工艺装备的选择 249 11.2.6 确定各工序加工余量、切削用量和时间定额 249 11.2.7 填写工艺文件 249 单元三 典型零件的机械加工工艺方案 249 11.3.1 轴类零件 249 11.3.2 套类零件 250 习题 252 学习情境十二 先进制造技术简介 253 单元一 精密加工技术 254 12.1.1 研磨 254 12.1.2 珩磨 254 12.1.3 抛光 254 12.1.4 超精密加工 255 单元二 特种加工技术 255 12.2.1 电火花加工 256 12.2.2 电解加工 257 12.2.3 超声波加工 258 12.2.4 激光加工 258 12.2.5 水射流加工 258 单元三 数控机床加工技术 259 单元四 快速原型制造技术 260 12.4.1 快速原型的概念 260 12.4.2 快速原型制造技术的特征 260 12.4.3 快速原型工艺 261 习题 263 学习情境十三 材料与成形工艺选择 264 单元一 机械零件的失效形式 265 13.1.1 零件失效原因 265 13.1.2 零件失效形式 265 单元二 材料及成形工艺选择 266 13.2.1 材料及成形工艺选择的原则典型零件的选材 266 13.2.2 材料及成形工艺选择的方法 268 单元三 典型零件的选材实例分析 270 13.3.1 轴类零件的选材 270 13.3.2 齿轮类零件的选材 273 13.3.3 机架和箱体类零件的选材 277 习题 277 参考文献 279

潘爱民，高级讲师，郑州电子信息中等专业学校机电系主任；景红芹，高级讲师，郑州电子信息中等专业学校机械系主任