工程設計中的材料選擇與應用

工程材料性能特徵和加工特徵的基礎上，具體分析工程設計製造中材料選擇的主要因素，論述各大類工程材料（金屬、陶瓷和高分子材料）對於工程設計製造的適應性，歸納和提出工程設計製造中常用的選材方法（經驗選材、半經驗選材和現代選材等），並具體介紹接力學性能選材、價值工程和目標函數選材、材料資料庫在選材中的應用，以及幾種特殊工況下的選材及應用，並強調了選材的經濟成本分析。《工程設計中的材料選擇與應用》是著者們多年從事材料工程應用技術的經驗總結，理論分析與工程實踐密切結合，實例豐富、圖文並茂、內容豐富、涵蓋面廣、具有很強的可讀性實用性。《工程設計中的材料選擇與應用》既可以作為各工程領域技術人員和管理人員指導選材、用材工程的專門書籍，也可為相關科技人員提供重要參考，以及作為大專院校本科、研究生才教學用書。

第1篇工程材料與加工概述

第1章工程材料特徵1

11材料科學和工程材料1

111材料科學、材料工程與工程材料1

112工程材料的分類2

113結構材料和功能材料2

114傳統材料和新型材料4

12工程材料的內部構成與集合狀態特徵5

121構成工程材料的結構層次5

122工程材料的鍵合特徵6

123工程材料的集合狀態7

124相圖、相變和動力學曲線11

125單相與多相組織形貌及對材料性能的影響17

13工程材料的性能特徵19

131金屬材料的特徵19

132陶瓷材料的特性20

133高分子材料的特性21

14工程材料主要性能的比較22

第2章常用工程材料品種與應用24

21常用鋼鐵材料24

211碳鋼24

212合金鋼25

213鑄鐵30

22常用有色金屬材料32

221鋁及鋁合金32

222銅及銅合金32

23常用陶瓷材料33

231普通陶瓷33

232氧化物陶瓷34

233非氧化物陶瓷34

234金屬陶瓷34

24常用高分子材料35

241塑料36

242其他常用高分子材料41

第3章工程材料製備與零件加工成形42

31工程材料製備方法42

311金屬材料製備42

312非金屬材料製備48

32零件(製品)的成形49

321金屬零件鑄造、壓力加工、焊接成形和粉末冶金成形49

322非金屬材料零件(製品)成形56

323切削加工和特種加工成形61

33零件（製品）的熱處理和表面處理61

331金屬材料零件熱處理61

332非金屬材料零件（製品）的熱處理63

333零件的表面處理64

34現代材料製備工藝與技術66

341納米材料的製備66

342自蔓延合成技術66

343物理氣相沉積67

344金屬霧化噴射沉積67

345金屬半固態加工製備67

346氧化物彌散強化與機械合金化67

35零件（製品）的加工工藝性68

351金屬零件的加工工藝性68

352塑料製品成形工藝性70

353陶瓷零件的工藝性71

第2篇設計製造與選材因素

第4章工程構件工作負荷特點72

41力學負荷72

411簡單負荷與複合負荷73

412靜負荷與動負荷74

413應力集中與複雜應力狀態76

414非均勻負荷80

42熱負荷80

421高溫和低溫的影響80

422熱應力和熱疲勞81

423熱衝擊82

43環境介質及其他表面作用83

431環境介質作用83

432表面摩擦作用和其他表面作用84

第5章工程設計與製造的選材基礎86

51選材背景、原則和選材的一般過程86

511新產品開發86

512選材原則與制約因素90

513選材的一般過程93

52材料性能與設計指標96

521工程設計與材料設計96

522材料性能、零件使用性能與機器設計特徵97

523設計性指標與安全性指標98

524結構零件硬度指標及適用性102

53材料和零件性能的影響因素105

531冶金因素105

532組織狀態107

533尺寸等因素107

534殘餘應力108

535材料的環境劣化109

54材料選擇的經濟性考慮110

541材料成本的追求110

542材料成本的影響因素111

55零件製造工藝與設計選材112

551零件製造工藝的目標112

552設計、選材和製造的工藝背景112

553各種工藝過程的工藝特性和局限性114

554工藝方案實例116

555製造工藝的成本117

56材料資源、能源與環保119

561資源、能源與環保119

562機械工程材料節材、節能途徑121

第6章工程材料在設計選用中的基本適應性123

61工程材料的使用概況123

62金屬材料選用的適應性124

621選擇金屬材料的一般原則和考慮125

622選用金屬材料的限制126

63高分子材料選用的適應性127

631高分子材料工程應用的基本要求127

632塑料材料的選用原則127

633不宜選用塑料的場合129

634選用塑料的適宜條件130

635塑料材料的應用情況和選材131

636塑料代用其他工程材料133

64陶瓷材料選用的適應性135

641陶瓷材料應用的工程特徵135

642陶瓷材料工程應用的限制和應注意的問題136

643陶瓷產品的結構和強度設計138

644陶瓷材料應用情況和選材139

第3篇材料選擇方法與應用

第7章工程設計中常用選材方法143

71經驗和傳統選材143

711經驗選材143

712行業傳統選材144

713試行錯誤法選材145

72半經驗選材147

721類比法選材148

722篩選法選材148

723按使用性能的設計選材150

73產品與製造信息反饋選材157

731原材料與製造信息158

732使用和失效情況反饋158

733市場信息與備件消耗159

74現代選材方法介紹160

741選材的成本效益因素161

742價值分析法168

743目標函數法及其他方法169

744計算機輔助選材170

第8章根據力學性能選材172

81按剛度選材172

811零件的剛度因素172

812剛度選材實例175

82按強度選材177

821零件強度的因素177

822提高材料強度的工程途徑178

823強度選材的其他考慮179

824按強度選材實例180

83按韌性選材181

831零件韌性的因素182

832提高材料韌性的工程途徑183

833韌性選材的考慮184

834韌性選材實例187

84按疲勞強度選材189

841零件疲勞壽命的因素189

842提高材料疲勞抗力的工程途徑191

843疲勞強度選材的考慮193

844實例：鐵素體珠光體冷軋板材的剩餘疲勞壽命194

85按綜合力學性能選材195

851綜合力學性能選材的考慮195

852軸類零件綜合力學性能選材實例197

第9章現代定量選材與應用201

91星形輪廓模型法和統計數量化綜合法選材201

911星形輪廓模型法201

912統計數量化綜合法203

92選材的成本分析204

921單位成本分析204

922材料的理論價值評價法205

923最低成本分析法205

924應用207

93按價值工程法選材208

931價值工程的產生和發展208

932價值工程的基本原理209

933單一零件的價值工程分析方法與應用212

934產品或部件的綜合分析法217

935全過程（總價值）評定220

936應用價值工程選定材料的工藝方案221

94選材的綜合技術經濟評價224

941選材的綜合技術經濟評價的方法224

942示例224

95按目標函數法選材225

951基本概念及原理225

952目標函數的基本分析方法226

953實例分析227

96可靠性方法在材料和工藝選擇中的應用231

961產品的可靠性231

962可靠性分析的原理和方法231

963可靠性在材料選擇中的應用232

第10章材料資料庫在選材中的應用234

101材料資料庫234

1011材料資料庫的特點234

1012材料資料庫的興起與發展235

1013材料資料庫的結構與內容237

1014材料資料庫在選材中的應用239

102耐磨料磨損材料資料庫介紹240

1021現狀與需求240

1022資料庫系統預定功能及數據分析240

1023建立耐磨料磨損工作系統242

1024耐磨料磨損材料資料庫的特點242

1025耐磨料磨損材料資料庫的框架與內容242

1026耐磨料磨損材料資料庫的選材功能簡介249

第4篇幾種特殊環境工況的選材及應用

第11章摩擦磨損條件下工作零件的選材254

111摩擦、磨損、潤滑與磨損類型254

1111固體材料間的摩擦、磨損與潤滑254

1112常見磨損類型256

112摩擦磨損條件下的選材對策257

1121對耐磨材料的一般要求257

1122磨料磨損、黏著磨損和疲勞磨損的選材考慮258

1123幾種典型磨損工況下的推薦用材259

113減摩材料與軸承合金的選擇與應用261

1131減摩材料的性能及使用要求261

1132減摩材料與減摩表面處理262

1133滑動軸承合金263

1134減摩材料的選擇因素263

114摩阻材料的選擇與應用265

1141摩阻材料的性能要求265

1142常見摩阻材料265

1143摩阻材料的選擇與應用266

115耐磨材料及應用267

1151常用金屬耐磨材料267

1152非金屬耐磨材料及應用270

1153提高材料耐磨性的表面處理技術272

1154典型耐磨件選材及實例275

第12章腐蝕環境下工作零件的選材279

12l化學腐蝕和電化學腐蝕279

121l化學腐蝕和電化學腐蝕的差異279

1212常見的腐蝕介質環境特點281

1213介質與應力聯合作用下的零件失效283

122常見耐蝕材料與應用285

122l工程材料的耐蝕性285

1222不鏽鋼與耐蝕合金287

1223其他耐蝕工程材料292

1224合理選擇耐蝕材料295

1225幾個實例295

123改善金屬材料抗蝕能力的工程防護措施297

123l改善介質的腐蝕條件297

1232電化學保護300

1233表面防護塗層302

124在結構設計中防止腐蝕的考慮304

1241一般原則304

1242若干具體辦法305

第13章高低溫下工作零件的用材選材309

131材料在高溫下的力學行為309

1311高溫下材料性能的下降和蠕變行為309

1312工程合金高溫長時運行過程中的退化311

132根據耐熱性和蠕變性能選材314

1321工程材料的耐熱性314

1322根據蠕變性能選擇金屬和陶瓷材料315

1323耐熱塑料的選用316

133高溫氧化及抗氧化材料319

1331材料的氧化特徵319

1332抗氧化金屬材料320

1333零件表面抗氧化塗層320

134材料在低溫下的行為321

1341材料低溫下的力學行為321

1342防止材料低溫脆斷的工程措施324

135低溫用材及選擇325

1351低溫材料的選用分析與定量化比較325

1352低溫合金及選用329

1353低溫塑料的選用331

附錄333

附錄1常用塑料、複合材料編寫代號 333

附錄2部分國家常用鋼材牌號對照334

附錄3洛氏硬度HRC、HRA、HRB與其他硬度、強度換算關係336

附錄4洛氏硬度HRB、HRA與其他硬度、強度換算關係336

附錄5常用鋼材在水、油中的臨界淬透直徑337

附錄6常用熱處理方法的相對加工費用337

附錄7常用金屬材料的相對價格337

附錄8常用工程塑料的相對價格338

參考文獻339