工程材料与热成形技术

本书主要内容涵盖常用工程材料以及金属材料的热成形技术，重点在铁碳合金的种类与性能、结构与结晶，二元合金相图及其应用，金属的塑性变形与再结晶，以及钢的热处理与合金钢性能分类等内容，同时介绍了有色金属以及常用非金属材料，铸造、锻压、冲压、焊接等生产技术工艺方法，并针对机械设计中零件的失效分析与选材问题以及毛坯的选择等进行了系统介绍。 本书注重分析问题与解决工程技术问题能力的培养，以及工程素质与创新思维能力的提高。为此，在本书的编写内容上既体现了现代制造技术、材料科学和现代信息技术的密切交叉与融合，又体现了工程材料和制造技术的历史传承与发展趋势。 本书可作为高等工科院校机械类、近机类各专业的教材和参考书，也可作为高职类工科院校的教材及机械制造工程技术人员的学习参考书。

绪论1

第1章金属材料的性能3

1.1力学性能3

1.1.1强度3

1.1.2塑性5

1.1.3硬度5

1.1.4冲击韧度7

1.1.5疲劳强度8

1.2物理、化学性能8

1.3工艺性能9

习题9

第2章金属的结构与结晶11

2.1材料结构的类型11

2.1.1结构类型11

2.1.2几何晶体学的基本概念12

2.1.3配位数和致密度14

2.2金属键与金属的特性14

2.2.1金属键15

2.2.2金属的特性15

2.3纯金属常见的晶体结构16

2.3.1体心立方晶格16

2.3.2面心立方晶格17

2.3.3密排六方晶格17

2.4金属的实际晶体结构18

2.4.1多晶体结构和亚结构18

2.4.2晶体中的缺陷18

2.5金属的结晶19

2.5.1结晶概述20

2.5.2纯金属的冷却曲线和冷却现象20

2.5.3纯金属的结晶过程21

2.5.4晶粒大小与金属力学性能的

关系23

2.5.5金属的铸锭组织24

2.6金属的同素异构转变25

习题26

第3章金属的塑性变形与再结晶28

3.1金属的塑性变形28

3.1.1金属单晶体的塑性变形28

3.1.2金属多晶体的塑性变形32

3.2金属的塑性变形对组织和性能的

影响33

3.2.1纤维组织34

3.2.2加工硬化34

3.2.3织构现象35

3.2.4残余应力35

3.3变形金属在加热时组织和性能的

变化36

3.3.1回复与再结晶36

3.3.2再结晶温度与晶粒大小37

3.4金属的热变形加工39

3.4.1热变形加工与冷变形加工的

区别39

3.4.2金属的热变形加工对组织和

性能的影响40

习题41

第4章二元合金相图及其应用43

4.1合金的相结构43

4.1.1基本概念43

4.1.2固态合金的相结构44

4.2二元合金相图的建立45

4.2.1相图的绘制45

4.2.2二元匀晶相图46

4.2.3二元共晶相图49

4.2.4二元包晶相图52

4.2.5形成稳定化合物的二元合金

相图54

4.2.6具有共析反应的二元合金相图54

4.2.7合金的性能与相图间的关系55

4.3铁碳合金相图56

4.3.1铁碳合金基本相及组织57

4.3.2铁碳合金相图分析57

4.3.3典型铁碳合金的平衡结晶过程

分析60

4.3.4碳的质量分数对铁碳合金组织、

性能的影响63

4.3.5铁碳合金相图的应用64

习题64

第5章钢的热处理67

5.1钢的热处理原理67

5.1.1钢在加热时的组织转变67

5.1.2钢在冷却时的组织转变69

5.2钢的普通热处理73

5.2.1钢的退火与正火73

5.2.2钢的淬火75

5.2.3钢的淬透性77

5.2.4钢的回火78

5.3钢的表面热处理80

5.3.1钢的表面淬火80

5.3.2钢的化学热处理81

5.4钢的其他热处理方法83

5.5热处理的技术条件和结构工艺性84

5.5.1热处理技术条件的标注84

5.5.2热处理零件的结构工艺性87

5.6典型零件热处理工艺分析89

5.6.1车床主轴热处理工艺89

5.6.220CrMnTi变速器齿轮的渗碳

热处理工艺90

习题92

第6章钢铁材料95

6.1碳钢及铸铁95

6.1.1碳钢中常存杂质及对性能的

影响95

6.1.2碳钢分类、牌号及用途96

6.1.3铸铁分类、牌号及用途100

6.2合金元素在钢中的作用105

6.2.1合金元素对钢中基本相的影响105

6.2.2合金元素对铁碳合金相图的

影响106

6.2.3合金元素对热处理的影响107

6.3合金钢的分类与编号108

6.3.1合金钢的分类108

6.3.2合金钢的编号108

6.4合金结构钢109

6.4.1低合金高强度结构钢109

6.4.2合金渗碳钢110

6.4.3合金调质钢111

6.4.4合金弹簧钢112

6.4.5滚动轴承钢113

6.5合金工具钢114

6.5.1合金刃具钢114

6.5.2合金模具钢118

6.5.3合金量具钢120

6.6特殊性能钢121

6.6.1不锈钢121

6.6.2耐热钢122

6.6.3耐磨钢122

习题123

第7章有色金属与非金属材料127

7.1铝及铝合金127

7.1.1工业纯铝127

7.1.2铝合金128

7.2铜及铜合金132

7.2.1工业纯铜132

7.2.2铜合金132

7.3钛及钛合金133

7.3.1纯钛133

7.3.2钛合金133

7.4轴承合金134

7.4.1轴承合金的性能要求和组织

特征135

7.4.2轴承合金的分类及牌号135

7.5粉末冶金材料136

7.5.1硬质合金136

7.5.2烧结减摩材料138

7.5.3烧结铁基结构材料138

7.6高分子材料、陶瓷材料及复合

材料138

7.6.1高分子材料138

7.6.2陶瓷材料143

7.6.3复合材料146

习题149

第8章机械零件的失效分析与

选材151

8.1机械零件的失效分析151

8.2选材的一般原则154

8.3典型零件的选材与工艺155

8.3.1提高疲劳强度与耐磨性的选材与

工艺155

8.3.2齿轮类与轴类零件的选材与

工艺157

习题160

第9章铸造工艺基础162

9.1液态合金的充型162

9.1.1合金的流动性162

9.1.2影响流动性和充型能力的因素163

9.2铸件的凝固与收缩164

9.2.1铸件的凝固164

9.2.2铸件的收缩165

9.2.3铸件的缩孔与缩松166

9.3铸造应力与变形、开裂167

9.4铸件的缺陷与分析170

习题171

第10章砂型铸造173

10.1造型材料173

10.1.1造型材料的种类173

10.1.2型砂与芯砂的配制174

10.2造型和造芯方法175

10.2.1手工造型175

10.2.2机器造型176

10.2.3造芯178

10.3铸造工艺设计178

10.3.1浇注位置与分型面的确定179

10.3.2主要工艺参数的确定181

10.3.3铸造工艺图的制定184

10.3.4轴承座造型工艺方案实例184

习题186

第11章特种铸造189

11.1金属型铸造189

11.2压力铸造190

11.3低压铸造193

11.4熔模铸造194

11.5离心铸造195

11.6其他铸造方法196

习题199

第12章铸件结构设计201

12.1铸造工艺对铸件结构设计的要求201

12.2合金铸造性能对铸件结构设计的

要求203

12.3不同铸造方法对铸件结构的要求206

习题208

第13章铸造新工艺与发展210

13.1造型新方法210

13.2铸造新技术211

13.3铸造技术的发展趋势213

习题214

第14章锻压工艺基础215

14.1金属的塑性变形规律216

14.2金属的锻造性能218

14.3锻造比与锻造流线220

习题222

第15章常用锻造方法223

15.1自由锻223

15.1.1锻造设备与生产特点223

15.1.2自由锻工艺224

15.1.3自由锻锻件的结构工艺性227

15.1.4典型锻件的自由锻工艺实例228

15.2模锻229

15.2.1锤上模锻229

15.2.2其他设备模锻234

15.2.3胎模锻237

15.2.4典型模锻件的模锻工艺实例239

习题241

第16章板料冲压244

16.1冲压设备与冲模结构244

16.2冲压基本工序246

16.3板料冲压件的结构工艺性251

习题253

第17章现代塑性加工与发展趋势254

17.1现代塑性加工方法254

17.2塑性加工发展趋势262

习题263

第18章熔焊成形基础理论264

18.1熔焊冶金过程265

18.2焊接接头组织和性能266

18.3焊接应力与变形267

18.4焊接接头的缺陷270

习题275

第19章熔焊276

19.1电弧焊276

19.1.1焊接电弧276

19.1.2焊条电弧焊277

19.1.3埋弧焊279

19.1.4气体保护焊280

19.2气焊与气割282

19.2.1气焊282

19.2.2气割284

19.3其他熔焊方法285

习题288

第20章其他焊接方法290

20.1压焊290

20.2钎焊295

习题295

第21章常用金属材料的焊接297

21.1金属材料的焊接性297

21.2碳钢及低合金结构钢的焊接298

21.3不锈钢的焊接299

21.4铸铁的焊补300

21.5非铁金属的焊接300

习题302

第22章焊接结构设计303

22.1焊件材料的选择303

22.2焊接方法的选择303

22.3焊接接头的工艺设计304

22.3.1焊缝的布置304

22.3.2接头的设计306

习题307

第23章焊接过程自动化309

23.1计算机辅助焊接技术309

23.2焊接机器人310

23.2.1点焊机器人310

23.2.2电弧焊机器人312

23.2.3焊接机器人工作方式314

23.3焊接柔性生产系统314

习题315

第24章毛坯的选择316

24.1毛坯的选择原则316

24.1.1毛坯的种类及成形方法的

比较316

24.1.2毛坯选择的三原则318

24.2零件的结构分析及毛坯选择319

24.3毛坯选择实例321

习题323

参考文献325