緒論 001



第1章工程材料的力學性能 004

1.1材料的強度與塑性 004

1.1.1 強度 005

1.1.2 塑性 006

1.2材料的硬度 007

1.2.1 布氏硬度(Brinell hardness) 008

1.2.2 洛氏硬度(Rockwell hardness) 008

1.2.3 維氏硬度(Vickers hardness)  009

1.3材料的衝擊韌性 009

1.4材料的疲勞強度 010

1.5材料的斷裂韌性(fracture toughness)  011

思考題 013



第2章金屬材料的基礎知識 014

2.1金屬的晶體結構 014

2.1.1 晶體與非晶體 014

2.1.2 金屬的晶體結構 015

2.1.3 金屬的同素異構轉變 017

2.1.4 實際金屬的晶體結構 017

2.2純金屬的結晶 020

2.2.1 金屬結晶的基本概念 020

2.2.2 金屬的冷卻曲線和過冷現像 021

2.2.3 純金屬的結晶過程 022

2.2.4 金屬晶粒的大小與控制 023

2.2.5 金屬的鑄錠組織 024

2.3合金的相結構 025

2.3.1 合金的基本概念 025

2.3.2 合金的相結構 026

2.4合金的結晶 027

2.4.合金相圖的基本知識 027

2.4.相圖的基本類型 029

2.4.3 相圖與合金性能的關繫 031

2.5鐵碳合金相圖 032

2.5.1 鐵碳合金的基本相和組織 033

2.5.2 鐵碳合金相圖分析 034

2.5.3 鐵碳合金的成分、組織和性能的變化規律 041

2.5.4 鐵碳合金相圖的應用 041

思考題 043



第3章鋼的熱處理 044

3.1鋼在加熱時的組織轉變 045

3.1.1 奧氏體形成的基本過程 045

3.1.2 影響奧氏體形成的因素 046

3.1.3 影響奧氏體晶粒大小的因素 047

3.2鋼在冷卻時的組織轉變 047

3.2.1 過冷奧氏體的等溫轉變曲線 048

3.2.2 過冷奧氏體等溫轉變產物的組織和性能 051

3.2.3 過冷奧氏體的連續冷卻轉變 059

3.3鋼的退火與正火 061

3.3.1 退火和正火的定義、目的及分類 062

3.3.2 退火和正火操作及其應用 063

3.4鋼的淬火 066

3.4.1 鋼的淬火工藝 066

3.4.2 鋼的淬透性 070

3.4.3 鋼的淬硬性 074

3.5鋼的回火 074

3.5.1 淬火鋼在回火時的轉變 074

3.5.2 回火種類及應用 076

3.5.3 回火脆性 077

3.6鋼的表面淬火和化學熱處理 078

3.6.1 鋼的表面淬火 078

3.6.2 鋼的化學熱處理 080

3.7鋼的熱處理新技術 086

3.7.1 可控氣氛熱處理和真空熱處理 086

3.7.2 形變熱處理 088

3.8表面熱處理新技術 089

3.8.1 熱噴塗技術 089

3.8.2 氣相沉積技術 090

3.8.3 三束表面改性技術 091

思考題 092



第4章金屬材料 094

4.1工業用鋼 094

4.1.1 碳鋼中的常存雜質及對性能的影響 094

4.1.2素在鋼中的作用 095

4.1.3 鋼的牌號 099

4.1.4 結構鋼 100

4.1.5 工具鋼 106

4.1.6 特殊性能鋼 111

4.2鑄鐵 117

4.2.1 鑄鐵的石墨化過程 118

4.2.2 鑄鐵的分類及牌號 120

4.2.3 常用鑄鐵 122

4.2.4 合金鑄鐵 130

4.3有色金屬及其合金 132

4.3.1 鋁及鋁合金 132

4.3.2 銅及銅合金 137

4.3.3 鈦及鈦合金 142

思考題 143



第5章鑄造成形技術 146

5.1鑄造成形基本原理 146

5.1.1 充型能力 146

5.1.2 鑄件的凝固方式 148

5.1.3 鑄造合金的收縮 149

5.1.4 鑄造應力及鑄件的變形和裂紋 151

5.1.5 鑄件常見缺陷 153

5.2鑄造成形方法 155

5.2.1 砂型鑄造工藝 155

5.2.2 金屬型鑄造 157

5.2.3 壓力鑄造 158

5.2.4 熔模鑄造 159

5.2.5 其他鑄造方法 160

5.2.6 鑄造方法的選擇 161

5.3鑄件的結構設計 161

思考題 165



第6章鍛壓成形技術 167

6.1鍛壓成形的基本原理 168

6.1.1 金屬塑性變形的實質 168

6.1.2 塑性變形對金屬組織結構和性能的影響 170

6.2金屬的鍛造性能 173

6.3鍛造成形技術 175

6.3.1 自由鍛 175

6.3.2 模鍛 177

6.4板料衝壓成形技術 178

6.4.1 板料衝壓基本工序 179

6.4.2 衝壓模具 182

6.5塑性加工零件的結構工藝性 184

6.5.1 自由鍛件的結構工藝性 184

6.5.2 衝壓件結構工藝性 185

6.6其他塑性成形技術 187

6.6.1 擠壓成形 187

6.6.2 軋制成形 188

6.6.3 拉撥成形 190

6.7塑性加工技術新進展 191

思考題 193



第7章焊接成形技術 194

7.1熔化焊成形基本原理 195

7.1.1 焊接電弧 195

7.1.2 焊接接頭的組織和性能 196

7.1.3 焊接應力和變形 198

7.2手工電弧焊 201

7.3其他焊接方法 205

7.3.1 埋弧自動焊 205

7.3.2 氣體保護焊 206

7.3.3 電阻焊 208

7.3.4 钎焊 210

7.4常用金屬材料的焊接 210

7.4.1 金屬材料的焊接性 210

7.4.2 常用金屬材料的焊接 211

7.5焊接工藝及結構設計 214

7.6焊接缺陷與焊接質量檢驗 215

思考題 217



第8章非金屬材料及其成形技術 218

8.1高分子材料及其成形技術 218

8.1.1 高分子材料的基本概念 218

8.1.2 工程塑料及其成形技術 221

8.1.3 橡膠材料及其成形技術 224

8.2陶瓷材料及其成形技術 225

8.2.1 陶瓷的分類與性能 226

8.2.2 常用工業陶瓷 227

8.2.3 陶瓷材料的成形技術 227

8.3復合材料及其成形技術 228

8.4新型材料 230

8.4.1 新型材料的特點與分類 230

8.4.2 主要新型材料介紹 231

8.4.3 新型材料成分、結構與性能間的關繫 234

8.4.4 幾種重要新型材料的發展趨勢 234

思考題 237



第9章金屬零件的失效、選材及加工工藝的選擇 238

9.1零件的失效分析 238

9.1.1 零件失效的概念和形式 238

9.1.2 機械零件失效的原因 239

9.1.3 失效分析的一般過程 240

9.2選材的一般原則 240

9.2.1 選用材料的一般原則 240

9.2.2 選材的方法與步驟 242

9.3典型零件的選材與工藝 243

9.3.1 齒輪類與軸類零件的選材分析 244

9.3.2 典型零件的選材實例 245

思考題 246



參考文獻 248

前言

工程材料及機械制造基礎課程是各高校機械類和近機類專業本科生進入專業領域的入門課程，“工程材料及其成形技術” 又是工程材料及機械制造基礎課程的重要部分。它既是使學生掌握基本原理的理論課程，也是培養學生自學能力、獨立分析能力的綜合訓練課程。根據我國發布的“中國制造2025” 規劃、十四五規劃和2035 年遠景目標，我國要逐步成為制造強國。而要發展制造業，必須首先解決制約我國機械制造業發展的關鍵基礎材料、材料成形技術以及相應的工藝問題，要把材料性能和加工質量作為建設制造強國的生命線，走以質取勝的發展道路，不斷提升中國制造整體形像。隨著科學技術的發展，新材料和新技術不斷發展，對工程材料及其成形技術的教學提出了新要求。

《工程材料及其成形技術》由多位編著者總結多年一線教學工作經驗編寫而成，自出版以來，因其內容豐富、結構合理、突出重點、實用性強等特點，受到了讀者的好評。本書編著者利用這次再版的機會對原書中的舊國家標準，以及原書中的不足之處進行了修改，並增加了新材料、新技術、新工藝的內容，反映了工程材料的發展趨勢； 修訂了多媒體課件（掃描二維碼即可選購），並將課程視頻同步在教材中，方便讀者隨時掃碼觀看。本著落實立德樹人根本任務，課程思政是專業課程教學的重要組成部分，針對教材內容進行梳理，根據知識點設計了課程思政案例，建立了課程思政案例庫； 增加了習題答案、實驗和知識點的視頻動畫等諸多課程資源，給教師和學生的使用、學習帶來方便。

本書由青島科技大學趙海霞主編並負責統稿，青島理工大學教授姜培剛負責主審，另外參與編寫的還有青島科技大學的劉春廷、謝天、張永濤，青島大學的王東和劉梅，在此表示衷心的感謝。

限於編者的水平，書中必然還存在一些不足之處，懇請廣大讀者批評指正。



編著者









版前言

工程材料及機械制造基礎是各高校機械類和近機類專業本科生及專科生進入專業領域的入門課程，工程材料及其成形技術又是工程材料及機械制造基礎的重要部分，它既是引導學生使他們掌握基本原理的理論課程，也是培養學生具有自學能力、獨立分析能力的綜合訓練課程。

本書以頒布的“工程材料及機械制造基礎課程教學基本要求” 和“工程材料及機械制造基礎繫列課程改革” 為指導，結合目前教改的基本指導思想和原則以及實施素質教育和加強技術創新的精神，以培養學生具有合理選擇工程材料及成形方法、制定相應加工工藝的能力為主要目的，打破原來工程材料與熱加工工藝各成體繫、相互交叉重復的局面，建立了工程材料與成形技術統一的新體繫。

本書按照由淺入深、循序漸進、便於教學的思路，首先從工程材料宏觀性能的介紹開始，使學生對工程材料有一個初步的感性認識； 隨之深入到材料的微觀組織結構和材料熱處理過程中的組織結構轉變，讓學生了解到材料的本質並掌握必要的材料基礎理論知識、材料組織結構轉變的機理和材料的微觀組織結構對材料宏觀性能的影響； 在此基礎上，通過對金屬材料和非金屬材料及其成形技術的基本原理、成形方法和加工工藝等的講解，使學生建立現代機械制造過程中工程材料及其成形工藝的完整概念； 後，通過對機械零件的失效分析、合理選材及加工工藝選擇的闡述，培養學生分析問題和解決問題的能力，同時，繫統地總結全書知識。本書每章後都附有思考題，便於學生鞏固所學過的知識和培養學生分析問題的能力。

本書由青島科技大學的趙海霞和劉春廷擔任主編，由青島大學的王東和劉梅擔任副主編，由趙海霞負責統稿，參加編寫工作的還有青島科技大學的許基清和楊化林。本書由青島科技大學孟慶東教授負責主審，在此表示衷心的感謝。

限於編者水平，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。



編者