《工程材料与金属热加工》

绪论1

1材料的力学性能3

1.1强度和塑性3

1.1.1强度4

1.1.2塑性5

1.2硬度6

1.2.1布氏硬度6

1.2.2洛氏硬度7

1.3硬度测试实践教学8

1.3.1教学目的8

1.3.2教学法建议（供参考）8

1.3.3设备及试样9

1.3.4试验仪器操作规程9

1.3.5测试结果10

1.3.6综合练习题11

1.4冲击韧度11

1.5疲劳概念13

思考题与练习题14

附表16

2金属的晶体结构和结晶20

2.1金属的组织结构20

2.1.1晶体与非晶体20

2.1.2晶体结构的概念20

2.1.3常见金属的晶格类型21

2.2实际金属的晶体结构22

2.2.1金属的多晶体结构22

2.2.2实际金属的晶体缺陷22

2.3纯金属的结晶25

2.3.1纯金属的冷却曲线及过冷度25

2.3.2纯金属的结晶过程26

2.3.3细晶强化及其措施26

2.3.4金属的同素异构转变28

2.4合金的晶体结构与结晶29

2.4.1合金的基本概念29

2.4.2合金的结构30

2.4.3合金的结晶32

思考题与练习题34

3铁碳合金状态图35

3.1铁碳合金的基本组织35

3.1.1铁素体35

3.1.2奥氏体35

3.1.3渗碳体36

3.1.4珠光体37

3.2铁碳合金状态图37

3.2.1铁碳合金状态图的建立38

3.2.2铁碳合金状态图形分析41

3.2.3铁碳合金的分类42

3.2.4钢的结晶过程及组织转变43

3.3铁碳合金成分、组织、性能间的关系及状态图的应用45

3.3.1含碳量对钢组织的影响45

3.3.2含碳量对钢力学性能的影响45

3.3.3铁碳合金状态图的应用46

3.4课堂讨论铁碳合金状态图47

3.4.1讨论目的47

3.4.2讨论内容及次序47

3.4.3教学法建议（供参考）47

思考题与练习题47

4钢的热处理49

4.1钢在加热时的组织转变49

4.1.1钢的奥氏体化50

4.1.2奥氏体晶粒长大及其控制52

4.2钢在冷却时的转变52

4.2.1过冷奥氏体的等温转变53

4.2.2奥氏体的连续冷却转变58

4.2.3马氏体转变59

4.3钢的退火与正火61

4.3.1退火61

4.3.2正火63

4.4钢的淬火与回火64

4.4.1淬火64

4.4.2钢的淬透性67

4.4.3回火70

4.5钢的表面热处理72

4.5.1钢的表面淬火72

4.5.2钢的化学热处理74

4.6课堂讨论钢的热处理77

4.6.1讨论目的77

4.6.2讨论内容77

4.6.3教学法建议（供参考）78

思考题与练习题78

附录 金属热处理工艺的分类及代号（GB／T12693-90）82

5碳素钢与合金钢85

5.1常存杂质元素对钢性能的影响85

5.1.1硅的影响85

5.1.2锰的影响85

5.1.3硫的影响85

5.1.4磷的影响86

5.2合金元素在钢中的作用86

5.2.1合金元素在钢中的存在形式86

5.2.2合金元素对铁碳合金状态图的影响88

5.2.3合金元素对钢热处理的影响88

5.3结构钢90

5.3.1碳素结构钢与低合金结构钢91

5.3.2优质结构钢93

5.3.3其它结构钢97

5.4工具钢100

5.4.1碳素工具钢100

5.4.2合金工具钢101

5.4.3高速工具钢105

5.5特殊性能钢108

5.5.1不锈耐酸钢（不锈钢）108

5.5.2耐热钢109

5.5.3耐磨钢（高锰钢）110

5.6课堂讨论碳素钢与合金钢111

5.6.1讨论目的111

5.6.2讨论题111

5.6.3教学法建议（供参考）112

思考题与练习题112

附表113

6铸铁115

6.1铸铁的分类及其石墨化115

6.1.1铸铁的分类115

6.1.2铸铁的石墨化过程116

6.1.3影响铸铁石墨化的因素116

6.2灰铸铁117

6.2.1灰铸铁的成分、组织和性能117

6.2.2灰铸铁的牌号和用途118

6.2.3灰铸铁的孕育处理119

6.2.4灰铸铁的热处理119

6.3球墨铸铁120

6.3.1球墨铸铁的组织和性能120

6.3.2球墨铸铁的牌号和用途121

6.3.3球墨铸铁的热处理121

6.4可锻铸铁和蠕墨铸铁简介121

6.4.1可锻铸铁122

6.4.2蠕墨铸铁123

思考题与练习题124

7有色金属及其合金125

7.1铝及铝合金125

7.1.1工业纯铝125

7.1.2铝合金的分类及热处理125

7.1.3形变铝合金126

7.1.4铸造铝合金127

7.2铜及铜合金129

7.2.1工业纯铜129

7.2.2黄铜129

7.2.3青铜130

7.3轴承合金和硬质合金132

7.3.1轴承合金132

7.3.2硬质合金134

思考题与练习题136

8非金属材料137

8.1工程塑料137

8.1.1塑料的特性137

8.1.2塑料的分类及用途137

8.1.3塑料的成型与加工简介139

8.2橡胶140

8.2.1橡胶的特性140

8.2.2橡胶的种类和用途140

8.3工程陶瓷141

8.3.1陶瓷的特性141

8.3.2常用结构陶瓷材料141

8.4复合材料142

8.4.1纤维增强复合材料142

8.4.2颗粒增强复合材料143

思考题与练习题143

9铸造工艺基础144

9.1铸造生产概述144

9.2合金的铸造性能145

9.2.1流动性146

9.2.2收缩性148

9.2.3常用合金的铸造性能151

9.3砂型铸造工艺设计基础152

9.3.1选择铸件的浇注位置152

9.3.2分型面的选择155

9.3.3确定铸造工艺参数158

9.3.4浇注系统的确定162

9.3.5绘制铸造工艺图164

9.3.6铸造工艺设计举例165

9.4铸造工艺设计练习167

9.4.1目的167

9.4.2工艺设计题目167

9.4.3教学法建议（供参考）167

9.5铸件的结构工艺性168

9.5.1铸件的外形设计168

9.5.2铸件的内腔结构设计170

9.5.3铸件壁及其连接设计172

9.5.4切削加工对铸件结构设计的要求174

9.5.5课堂讨论题178

9.6特种铸造简介179

9.6.1金属型铸造180

9.6.2压力铸造181

9.6.3熔模铸造184

9.6.4离心铸造185

思考题与练习题186

附表192

10锻造工艺基础200

10.1锻造生产概述200

10.1.1锻造生产的特点和应用200

10.1.2锻造生产的种类200

10.2金属的锻造性能201

10.2.1塑性变形的基础知识201

10.2.2影响金属锻造性能的因素与提高金属锻造性能的途径206

10.2.3常用金属材料的锻造性能207

10.3自由锻造工艺设计基础207

10.3.1自由锻工序与锻件分类208

10.3.2自由锻工艺规程的制定215

10.3.3自由锻工艺设计举例221

10.4自由锻造工艺设计练习226

10.4.1设计目的226

10.4.2设计题目226

10.4.3教学法建议（供参考）228

10.5锻件的结构工艺性228

10.5.1自由锻件结构工艺性229

10.5.2模锻件的结构工艺性230

10.5.3课堂讨论题231

思考题与练习题233

附表234

11焊接工艺基础242

11.1焊接概述242

11.2手工电弧焊工艺基础244

11.2.1焊接电弧244

11.2.2焊接冶金246

11.2.3电焊条247

11.2.4焊接接头组织和性能250

11.3金属材料的焊接性252

11.3.1金属的焊接性252

11.3.2碳钢和低合金结构钢的焊接性253

11.3.3铸铁的焊接性254

11.3.4铜、铝及其合金的焊接性254

11.4焊接变形及焊件结构工艺性255

11.4.1焊接变形的产生及防止256

11.4.2焊接件的结构工艺性259

11.4.3课堂讨论题262

11.5结构件手弧焊工艺设计264

11.5.1焊缝的合理布置264

11.5.2接头设计265

11.5.3焊条的选用268

11.5.4焊件的热处理269

11.5.5手弧焊工艺设计举例269

11.6焊接工艺设计练习271

11.6.1目的272

11.6.2工艺设计题目272

11.6.3教学法建议（供参考）272

思考题与练习题272

附表274

12机械零件材料和毛坯选择283

12.1零件材料的选择283

12.1.1零件材料的选择原则283

12.1.2选材的步骤及具体方法285

12.2零件毛坯的选择287

12.2.1选择毛坯的依据288

12.2.2常用机械零件的毛坯类别288

12.3热处理工序位置的确定292

12.3.1预备热处理的工序位置292

12.3.2最终热处理的工序位置292

12.4典型零件材料和毛坯选择示例及练习293

12.4.1轴类零件实例295

12.4.2齿轮类零件实例296

12.4.3箱体类零件实例297

12.4.4零件材料和毛坯选择练习（习题课）297

思考题与练习题298

参考文献300