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绪论1

第1章 工程材料的结构6

1.1 材料结构及其层次6

1.2 原子结构与键合7

1.2.1 原子的结构7

1.2.2 材料粒子的键合方式8

1.3 材料的晶体结构10

1.3.1 理想晶体结构10

1.3.2 实际晶体结构15

1.3.3 合金的晶体结构17

1.4 纳米材料的结构19

1.4.1 纳米材料的基本概念19

1.4.2 纳米效应20

1.5 材料的同素异构与同分异构21

1.5.1 晶体的同素异构21

1.5.2 有机化合物及高聚物的同分异构22

思考题23

第2章 工程材料的性能24

2.1 工程材料的力学性能24

2.1.1 应力与应变24

2.1.2 弹性与塑性27

2.1.3 屈服强度与抗拉强度34

2.1.4 硬度36

2.1.5 断裂性能37

2.1.6 蠕变与持久性能41

2.1.7 疲劳性能42

2.1.8 耐磨性能42

2.2 工程材料的物理性能45

2.2.1 密度和熔点45

2.2.2 电学性能46

2.2.3 磁学性能48

2.2.4 光学性能50

2.2.5 热学性能52

2.3 工程材料的化学性能54

2.3.1 抗氧化性54

2.3.2 抗腐蚀性54

2.4 工程材料的工艺性能55

思考题56

第3章 金属材料的凝固与相图57

3.1 纯金属的结晶57

3.1.1 金属结晶的基本规律57

3.1.2 晶核的形成与长大58

3.2 合金的凝固与相图64

3.2.1 相平衡与相图64

3.2.2 二 元合金相图与凝固66

3.2.3 三元相图的基本知识75

3.2.4 合金的性能与相图的关系78

3.2.5 铸锭的凝固80

3.3 铁碳合金平衡态的相变81

3.3.1 Fe-Fe3C相图分析81

3.3.2 铁碳合金在平衡状态下的结晶83

3.3.3 碳和其他元素对碳钢组织和性能的影响89

3.3.4 Fe-Fe3C相图的应用91

3.4 金属焊接时的结晶与相变92

3.4.1 焊接熔池结晶的特点92

3.4.2 焊缝金属的结晶组织93

3.4.3 焊接热影响区的组织和性能95

思考题97

第4章 金属材料的热处理98

4.1 钢在加热和冷却时的组织转变98

4.1.1 钢在加热时的组织转变98

4.1.2 钢在冷却时的组织转变101

4.2 钢的普通热处理工艺107

4.2.1 退火与正火107

4.2.2 淬火与回火111

4.3 金属材料的表面热处理119

4.3.1 钢的表面淬火119

4.3.2 化学热处理121

4.4 固溶热处理与时效强化125

4.4.1 固溶热处理125

4.4.2 时效强化126

4.5 先进热处理技术126

4.5.1 真空热处理126

4.5.2 形变热处理127

4.5.3 离子热处理127

4.5.4 高能束热处理128

4.6 钢的热处理工艺选用129

思考题130

第5章 金属的塑性变形与再结晶131

5.1 金属的塑性变形131

5.1.1 单晶体的塑性变形131

5.1.2 多晶体金属塑性变形133

5.1.3 冷变形与热变形134

5.1.4 金属的超塑性134

5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响135

5.2.1 晶粒形态的改变135

5.2.2 晶粒内部亚结构的变化135

5.2.3 形变织构136

5.2.4 残余内应力136

5.2.5 加工硬化137

5.3 冷变形金属的回复与再结晶138

5.3.1 回复139

5.3.2 再结晶139

5.3.3 晶粒长大140

5.4 金属热塑性变形的动态回复与再结晶141

5.4.1 动态回复和动态再结晶141

5.4.2 影响热塑性变形的主要因素142

5.4.3 热塑性变形对金属组织与性能的影响144

思考题145

第6章 钢铁材料146

6.1 钢铁冶炼146

6.1.1 生铁的冶炼146

6.1.2 钢的冶炼148

6.2 钢的分类与牌号152

6.2.1 钢的分类152

6.2.2 钢的牌号153

6.3 结构钢154

6.3.1 工程结构用钢154

6.3.2 机械结构用钢155

6.4 工具钢160

6.4.1 刃具钢160

6.4.2 模具钢163

6.4.3 量具钢164

6.5 特殊性能钢165

6.5.1 不锈钢165

6.5.2 耐热钢167

6.6 铸铁169

6.6.1 铸铁的石墨化169

6.6.2 影响铸铁石墨化的因素170

6.6.3 灰口铸铁的分类及性能特点171

思考题173

第7章 有色金属及其合金174

7.1 铝及铝合金174

7.1.1 铝合金的强化174

7.1.2 铝合金的分类175

7.2 铜及铜合金180

7.2.1 纯铜180

7.2.2 黄铜180

7.2.3 青铜181

7.3 镁及镁合金182

7.3.1 变形镁合金182

7.3.2 铸造镁合金183

7.4 钛及钛合金183

7.4.1 α钛合金183

7.4.2 β钛合金183

7.4.3 α+β3钛合金184

7.5 滑动轴承合金184

7.5.1 滑动轴承合金及特点184

7.5.2 常用滑动轴承合金185

7.6 高温合金186

7.6.1 高温合金及其特点186

7.6.2 常用高温合金187

7.7 特殊性能合金188

7.7.1 金属间化合物188

7.7.2 非晶态合金189

7.7.3 形状记忆合金190

7.7.4 难熔金属及其合金191

7.7.5 稀土金属及其应用193

思考题194

第8章 高分子材料195

8.1 高分子材料的结构195

8.1.1 高分子材料的组成195

8.1.2 大分子链结构196

8.1.3 聚集态结构197

8.2 高分子材料的性能199

8.2.1 力学性能199

8.2.2 物理、化学性能200

8.3 常用高分子材料201

8.3.1 塑料201

8.3.2 橡胶202

8.3.3 纤维204

8.3.4 胶黏剂204

思考题207

第9章 陶瓷材料208

9.1 陶瓷的结构208

9.1.1 晶体相208

9.1.2 玻璃相209

9.1.3 气相209

9.2 陶瓷材料的性能210

9.2.1 力学性能210

9.2.2 物理性能211

9.2.3 化学性能212

9.3 陶瓷的生产工艺212

9.3.1 陶瓷粉末及制备212

9.3.2 陶瓷粉末成型212

9.3.3 烧结及后处理214

9.4 常用陶瓷材料215

9.4.1 氧化物陶瓷215

9.4.2 氮化物陶瓷217

9.4.3 碳化物陶瓷219

9.4.4 玻璃陶瓷材料220

思考题220

第10章 复合材料221

10.1 概述221

10.2 复合材料的结构222

10.2.1 增强相222

10.2.2 基体222

10.2.3 界面223

10.3 复合材料的增强原理223

10.3.1 颗粒增强原理223

10.3.2 纤维增强原理224

10.3.3 晶须增强原理224

10.4 复合材料的性能225

10.4.1 力学性能225

10.4.2 理化性能226

10.5 常用复合材料227

10.5.1 聚合物基复合材料227

10.5.2 金属基复合材料228

10.5.3 无机非金属基复合材料230

思考题231

第11章 材料与环境232

11.1 材料与环境的相互作用232

11.1.1 材料循环232

11.1.2 污染物排放233

11.2 材料的环境协调性评价235

11.2.1 LCA概念235

11.2.2 材料的环境协调性评价过程237

11.3 工业生态学与循环经济238

11.3.1 工业生态系统的基本概念238

11.3.2 工业生态系统的进化239

11.3.3 循环经济241

11.4 绿色设计与清洁生产243

11.4.1 产品的绿色设计243

11.4.2 清洁生产245

11.5 修复与再制造246

11.5.1 修复与再制造的作用246

11.5.2 修复与再制造性分析247

11.5.3 修复与再制造工艺248

思考题250

参考文献251