本書主要包括工程材料的主要力學(xué)性能，各種常用工程材料的化學(xué)成分，金屬熱處理原理與工藝、組織結(jié)構(gòu)、使用性能及實際應(yīng)用等方面的基本理論和基礎(chǔ)知識，為機械零件及工程結(jié)構(gòu)等的設(shè)計、制造和正確使用提供有關(guān)合理選材、用材的必要理論指導(dǎo)和實際幫助。此外，為了突出本教材的航空航天特色，書中著重闡述了部分先進(jìn)工程材料(包括鋁鋰合金、鈦合金和先進(jìn)復(fù)合材料)在民用飛機中的應(yīng)用等方面的知識，有助于讀者深入了解飛機的機體材料、發(fā)動機材料等。
本書可作為材料類、機械類、航空航天類和能源動力類專業(yè)的本科生教材，也可供廣大科研工作者以及航空航天、機械工程領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。
緒 論………………………………………………………………………………… 1
第1章 工程材料及主要力學(xué)性能…………………………………………………… 5
1.1 工程材料及其分類………………………………………………………… 5
1.1.1 金屬材料…………………………………………………………… 6
1.1.2 陶瓷材料…………………………………………………………… 6
1.1.3 高分子材料………………………………………………………… 6
1.1.4 復(fù)合材料…………………………………………………………… 7
1.2 工程材料的主要力學(xué)性能………………………………………………… 7
1.2.1 拉伸強度與塑性…………………………………………………… 8
1.2.2 硬 度……………………………………………………………… 12
1.2.3 沖擊韌性…………………………………………………………… 15
1.2.4 疲勞強度…………………………………………………………… 17
1.2.5 蠕變極限與持久強度……………………………………………… 19
第2章 材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶…………………………………………………… 22
2.1 固體材料的原子鍵合機制………………………………………………… 22
2.1.1 金屬鍵……………………………………………………………… 22
2.1.2 離子鍵……………………………………………………………… 23
2.1.3 共價鍵……………………………………………………………… 24
2.1.4 范德華鍵(分子鍵)………………………………………………… 24
2.2 材料的晶體結(jié)構(gòu)…………………………………………………………… 25
2.2.1 材料內(nèi)部的原子排列……………………………………………… 25
2.2.2 常見金屬的晶格類型……………………………………………… 27
2.2.3 晶面指數(shù)與晶向指數(shù)的標(biāo)定……………………………………… 29
2.2.4 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)……………………………………………… 31
2.3 合金的相結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 35
2.3.1 概 述……………………………………………………………… 35
2.3.2 合金中的基本相…………………………………………………… 36
2.4 金屬的結(jié)晶及鑄錠組織…………………………………………………… 39
2.4.1 冷卻曲線及結(jié)晶一般過程………………………………………… 39
2.4.2 鑄件組織及其晶粒大小控制……………………………………… 43
2.5 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變……………………………………………………………… 44
第3章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶………………………………………………… 46
3.1 概 述……………………………………………………………………… 46
3.2 塑性變形的基本方式及本質(zhì)……………………………………………… 47
3.2.1 單晶體的塑性變形………………………………………………… 47
3.2.2 多晶體的塑性變形………………………………………………… 52
3.2.3 合金的塑性變形…………………………………………………… 54
3.3 塑性變形對金屬組織與性能的影響……………………………………… 55
3.3.1 塑性變形對金屬顯微組織結(jié)構(gòu)的影響…………………………… 55
3.3.2 塑性變形對金屬性能的影響……………………………………… 56
3.4 冷變形金屬加熱時的組織與性能變化…………………………………… 57
3.5 金屬的熱加工……………………………………………………………… 60
第4章 二元合金相圖與鐵碳相圖………………………………………………… 62
4.1 二元合金相圖的建立……………………………………………………… 62
4.2 二元合金相圖的基本類型………………………………………………… 63
4.2.1 勻晶相圖…………………………………………………………… 63
4.2.2 共晶相圖…………………………………………………………… 65
4.2.3 包晶相圖及其他類型相圖………………………………………… 69
4.3 相圖與合金性能之間的關(guān)系……………………………………………… 71
4.3.1 相圖與合金力學(xué)性能之間的關(guān)系………………………………… 71
4.3.2 相圖與合金工藝性能之間的關(guān)系………………………………… 72
4.4 鐵碳合金相圖……………………………………………………………… 73
4.4.1 Fe Fe3C相圖中的基本相……………………………………… 74
4.4.2 Fe Fe3C相圖分析……………………………………………… 75
4.4.3 幾種典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程……………………………… 77
4.4.4 鐵碳合金成分、組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系…………………… 82
第5章 金屬熱處理原理與工藝…………………………………………………… 84
5.1 鋼的熱處理原理…………………………………………………………… 84
5.1.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變…………………………………………… 85
5.1.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變…………………………………………… 88
5.2 鋼的熱處理工藝…………………………………………………………… 97
5.2.1 退火與正火………………………………………………………… 98
5.2.2 淬火與回火……………………………………………………… 100
5.3 表面熱處理……………………………………………………………… 114
5.3.1 表面淬火………………………………………………………… 114
5.3.2 化學(xué)熱處理……………………………………………………… 117
第6章 鐵基合金與高溫合金……………………………………………………… 123
6.1 鐵碳合金………………………………………………………………… 123
6.1.1 碳 鋼…………………………………………………………… 123
6.1.2 鑄 鐵…………………………………………………………… 128
6.2 合金鋼…………………………………………………………………… 140
6.2.1 合金元素的類型及其在鋼中的主要作用……………………… 140
6.2.2 合金鋼的分類與編號…………………………………………… 145
6.2.3 合金結(jié)構(gòu)鋼……………………………………………………… 146
6.2.4 合金工具鋼……………………………………………………… 158
6.2.5 不銹鋼與高溫合金……………………………………………… 169
第7章 有色金屬與合金及其應(yīng)用………………………………………………… 181
7.1 鋁及鋁合金……………………………………………………………… 181
7.1.1 概 述…………………………………………………………… 181
7.1.2 不同牌號的鋁合金及其典型用途……………………………… 183
7.1.3 鋁鋰合金及其應(yīng)用……………………………………………… 193
7.1.4 鑄造鋁合金……………………………………………………… 200
7.2 鈦及鈦合金……………………………………………………………… 203
7.2.1 概 述…………………………………………………………… 203
7.2.2 航空高性能鈦合金的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………… 208
7.2.3 鈦合金在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用…………………………………… 220
7.3 鎂及鎂合金……………………………………………………………… 224
7.3.1 概 述…………………………………………………………… 224
7.3.2 鎂合金及其性能特點…………………………………………… 225
7.4 銅及銅合金……………………………………………………………… 228
7.4.1 工業(yè)純銅及其合金化…………………………………………… 228
7.4.2 常用銅合金……………………………………………………… 229
第8章 先進(jìn)復(fù)合材料及其應(yīng)用…………………………………………………… 235
8.1 復(fù)合材料概述…………………………………………………………… 235
8.1.1 復(fù)合材料概念…………………………………………………… 235
8.1.2 復(fù)合材料的分類………………………………………………… 239
8.1.3 復(fù)合材料的基本性能…………………………………………… 240
8.2 復(fù)合材料成型技術(shù)及其特點…………………………………………… 243
8.2.1 手糊成型技術(shù)…………………………………………………… 244
8.2.2 熱壓罐成型技術(shù)………………………………………………… 245
8.2.3 模壓成型技術(shù)…………………………………………………… 246
8.2.4 拉擠成型技術(shù)…………………………………………………… 246
8.2.5 纖維纏繞成型技術(shù)……………………………………………… 247
8.2.6 自動鋪放技術(shù)…………………………………………………… 248
8.2.7 RTM 成型技術(shù)及其衍生技術(shù)………………………………… 254
8.2.8 復(fù)合材料低溫固化技術(shù)………………………………………… 258
8.2.9 復(fù)合材料電子束固化技術(shù)……………………………………… 259
8.3 復(fù)合材料在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用………………………………………… 259
8.3.1 國外民機上復(fù)合材料的應(yīng)用…………………………………… 259
8.3.2 國內(nèi)復(fù)合材料在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用…………………………… 263
第9章 機械零件的失效分析及工程材料選擇…………………………………… 266
9.1 機械零件的失效分析…………………………………………………… 266
9.1.1 概 述…………………………………………………………… 266
9.1.2 機械零件的失效形式…………………………………………… 266
9.1.3 失效分析的方法及零件失效的常見原因……………………… 270
9.2 工程材料的選擇原則及應(yīng)用實例……………………………………… 272
9.2.1 工程材料的選擇原則…………………………………………… 272
9.2.2 工程材料的選擇應(yīng)用實例……………………………………… 276
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 284
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