《工程材料学》

第一章工程材料的类型及其原子间的键合1

1-1工程材料及其分类1

一、工程材料的发展及范围1

二、工程材料的分类1

1-2原子键合3

一、金属键3

二、共价键3

三、离子键4

四、范德瓦尔键(分子键)5

1-3不同类型键结合的特性5

一、键结合的多重性5

二、不同键结合的特性5

第二章工程材料的原子排列7

2-1长程有序及晶体概念7

一、原子排列的长程有序7

二、晶体概念7

三、同素异构12

四、金属、陶瓷、聚合物晶体举例12

2-2晶体缺陷13

一、单晶体与多晶体13

二、点缺陷14

三、线缺陷14

四、面缺陷15

第三章工程材料的力学性能18

3-1拉伸试验18

一、拉伸试验曲线18

二、弹性19

三、强度20

四、塑性21

3-2硬度试验22

一、概述22

二、布氏硬度22

三、洛氏硬度23

四、其他硬度23

3-3冲击试验24

一、冲击试验方法24

二、冲击韧性25

3-4疲劳试验26

一、疲劳现象26

二、疲劳强度指标27

3-5蠕变试验27

一、蠕变曲线27

二、高温下蠕变性能指标28

第四章塑性应变和温度对结构与性能的影响30

4-1塑性应变对结构与性能的影响30

一、概述30

二、单晶体的塑性应变30

三、多晶体的塑性应变34

四、塑性应变对组织与性能的影响35

4-2温度对变形金属结构与性能的影响37

一、回复37

二、再结晶38

三、晶粒长大38

4-3超塑性成形40

一、超塑性40

二、超塑性条件40

三、超塑性的原因40

4-4金属的热加工40

一、热加工与冷加工的区分40

二、热加工对材料性能的影响41

第五章凝固与细晶强化43

5-1 概述43

5-2纯金属的结晶43

一、冷却曲线43

二、晶核形成与长大44

三、铸件的组织45

四、细晶强化与铸件组织的控制46

5-3 聚合物、陶瓷的凝固与结晶47

第六章二元相图固溶与时效强化49

6-1 概述49

6-2合金中的基本相及其特征49

一、固溶体49

二、金属化合物(中间相)50

三、非晶相(玻璃相)52

6-3匀晶相图及固溶强化52

一、二元相图的建立52

二、匀晶相图及平衡结晶过程53

三、杠杆定律及应用54

四、非平衡结晶过程54

五、匀晶相图与性能关系——固溶强化54

6-4共晶相图与时效强化56

一、相图分析56

二、典型合金平衡结晶过程56

三、共晶相图与性能的关系——时效强化58

6-5其他二元相图60

一、具有稳定化合物的二元相图60

二、陶瓷二元相图60

第七章铁碳合金及热处理62

7-1碳钢62

一、Fe-Fe3C相图及基本相62

二、Fe-Fe3C相图分析64

三、典型合金的平衡结晶及组织65

四、碳与杂质对钢性能的影响67

五、碳钢的分类、编号及应用68

7-2铸铁69

一、白口铸铁69

二、灰口铸铁70

三、球墨铸铁71

四、可锻铸铁72

7-3钢的热处理73

一、概述73

二、钢加热时的组织转变73

三、奥氏体的非平衡冷却转变75

四、热处理工艺81

五、表面淬火90

六、化学热处理90

第八章铁基合金98

8-1合金钢98

一、合金元素的类型及存在形式98

二、合金元素的主要作用98

三、合金钢的分类与编号101

四、渗碳钢102

五、调质钢103

六、超高强度钢105

七、弹簧钢106

八、合金工具钢108

8-2不锈钢112

一、金属腐蚀及抗蚀途径112

二、马氏体不锈钢113

三、奥氏体不锈钢114

8-3铁基高温合金116

一、高温合金的性能116

二、高温合金的分类与编号117

三、变形铁基高温合金117

四、铸造铁基高温合金119

第九章有色金属及其合金121

9-1 概述121

9-2镍基高温合金121

一、变形镍基高温合金122

二、铸造镍基高温合金124

9-3铝合金125

一、铝的合金化及铝合金分类125

二、铝合金热处理特点127

三、变形铝合金129

四、铸造铝合金131

9-4镁合金133

一、镁的合金化及镁合金分类133

二、变形镁合金134

三、铸造镁合金135

9-5钛及钛合金135

一、工业纯钛及钛的合金化135

二、钛及其合金的主要特性137

三、钛合金的热处理138

四、常用钛合金139

9-6铜及铜合金140

一、纯铜140

二、黄铜140

三、青铜141

第十章陶瓷材料145

10-1陶瓷材料概述145

一、陶瓷材料的发展145

二、陶瓷材料的分类145

10-2陶瓷的结构与组织145

一、陶瓷材料的键结类型146

二、陶瓷材料的组织146

10-3陶瓷制品的工艺过程148

一、普通陶瓷148

二、特种陶瓷149

10-4陶瓷材料的性能150

一、力学性能150

二、其他性能151

10-5工程结构陶瓷材料的应用152

一、高温高强度陶瓷材料152

二、工模具陶瓷材料153

三、其他陶瓷材料156

第十一章工程聚合物158

11-1聚合物及其基本概念158

一、聚合物及其类型158

二、聚合物结合键及加聚、缩聚反应158

三、单体与链节160

四、聚合度、官能度和分子量160

11-2线型聚合物160

一、分子链的形状和空间构形160

二、聚合物的聚集状态162

三、共聚物164

11-3 网型聚合物165

11-4聚合物的力学性能166

一、拉伸性能166

二、硬度和冲击强度168

三、聚合物的疲劳强度168

四、影响聚合物力学性能的因素169

11-5 聚合物的成形工艺170

11-6聚合物的选用171

一、选用原则171

二、工程塑料简介172

三、工程塑料的应用173

第十二章复合材料174

12-1复合材料及其类型174

一、复合材料的含义174

二、复合材料的分类174

12-2材料的复合原理175

一、基体的作用175

二、增强纤维的作用175

三、基体和增强材料之间的结合力176

12-3复合材料的性能176

一、比强度和比模量176

二、疲劳与破断安全性能177

三、高温性能178

四、减振特性178

12-4树脂基复合材料的基体类型178

一、热固性树脂178

二、热塑性树脂178

12-5玻璃纤维及其增强的复合材料179

一、玻璃纤维179

二、玻璃纤维树脂复合材料180

12-6碳纤维及其增强的树脂基复合材料182

一、碳纤维182

二、碳纤维复合材料183

12-7硼纤维及其增强的树脂基复合材料184

一、硼纤维184

二、硼纤维环氧树脂复合材料184

12-8 聚芳酰胺(Aramid)纤维及其增强的复合材料185

12-9晶须及其增强的树脂基复合材料185

一、晶须185

二、晶须树脂基复合材料186

12-10金属基复合材料186

一、硼纤维增强的金属基复合材料187

二、石墨纤维增强的金属基复合材料188

三、氧化铝晶须增强镍复合材料188

第十三章失效分析及选材原则190

13-1机械零件失效及分析190

一、概述190

二、机械零件失效分析190

13-2常见失效形式的鉴别193

一、过量变形失效193

二、断裂失效193

三、表面损伤失效197

13-3选材一般原则199

一、材料的失效抗力199

二、材料的工艺性200

三、注意经济性201

13-4典型零件选材分析201

一、飞机起落架201

二、发动机涡轮轴202

三、机床齿轮204

四、航空零部件复合材料的应用205

附录：黑色金属硬度与强度换算表207