工程材料

清華大學工程材料系列教材，普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，國家級精品課程教材，北京高等教育教學成果二等獎。

《工程材料(第4版)》根據高等工業學校機械工程材料及物理化學課程教學指導小組制定的機械工程材料課程教學大綱和教學基本要求編寫。闡述了工程材料的結構、組織、性能及其影響因素等工程材料的基本理論和基本規律；介紹了金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、複合材料等常用工程材料以及它們的應用等基本知識；討論了機械零件的失效與選材等內容。

本教材可作為高等院校機類專業學生用書，也可供報考機械類專業研究生的考生和布關工程技術人員學習、參考。

本教材為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。

本教材課程2005年被評為國家級精品課程，並榮獲2004年度北京市高等教育教學成果二等獎。

與《工程材料(第4版)》相配的《工程材料習題與輔導（第4版）》及與《工程材料(第4版)》相配的《工程材料教師參考書》、《工程材料多媒體教案》也已經由清華大學出版社出版。

目 錄目錄緒論1

0.1 中華民族對材料發展的重大貢獻1

0.2 材料的結合鍵4

0.3 工程材料的分類8第1章 材料的結構與性能特點10

1.1 金屬材料的結構與組織10

1.1.1 純金屬的晶體結構10

1.1.2 合金的晶體結構21

1.1.3 金屬材料的組織24

1.2 金屬材料的性能特點26

1.2.1 金屬材料的工藝性能26

1.2.2 金屬材料的力學性能28

1.2.3 金屬材料的理化性能33

1.3 高分子材料的結構與性能特點36

1.3.1 高分子材料的結構37

1.3.2 高分子材料的性能特點41

1.4 陶瓷材料的結構與性能特點47

1.4.1 陶瓷材料的結構47

1.4.2 陶瓷材料性能特點52第2章 金屬材料組織和性能的控制56

2.1 純金屬的結晶56

2.1.1 純金屬的結晶56

2.1.2 同素異構轉變59

2.1.3 鑄錠的結構59

2.1.4 結晶理論的工程應用61

2.2 合金的結晶63

2.2.1 二元合金的結晶64

2.2.2 合金的性能與相圖的關係70

2.2.3 鐵碳合金的結晶71

2.3 金屬的塑性加工85

2.3.1 金屬的塑性變形86

2.3.2 塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化90

2.3.3 塑性變形和再結晶的工程應用92

2.4 鋼的熱處理94

2.4.1 鋼在加熱時的轉變94

2.4.2 鋼在冷卻時的轉變96

2.4.3 鋼的普通熱處理104

2.4.4 鋼的表面熱處理112

2.4.5 鋼的化學熱處理114

2.4.6 其他熱處理技術118

2.4.7 計算機技術在熱處理中的應用121

2.4.8 熱處理的工程應用122

2.5 鋼的合金化122

2.5.1 合金元素與鐵、碳的作用122

2.5.2 合金元素對Fe-Fe?3C相圖的影響124

2.5.3 合金元素對鋼熱處理的影響125

2.5.4 合金元素對鋼的工藝性能的影響127

2.5.5 合金元素對鋼的性能的影響128

2.5.6 合金化的工程應用129

2.6 表面技術129

2.6.1 電刷鍍129

2.6.2 熱噴塗技術131

2.6.3 氣相沉積技術133

2.6.4 激光表面改性136第3章 金屬材料138

3.1 碳鋼138

3.1.1 碳鋼的成分和分類138

3.1.2 碳鋼的牌號及用途139

3.2 合金鋼142

3.2.1 概論142

3.2.2 合金結構鋼143

3.2.3 合金工具鋼155

3.2.4 特殊性能鋼165

3.3 鑄鋼與鑄鐵175

3.3.1 鑄鋼175

3.3.2 鑄鐵177

3.4 有色金屬及其合金191

3.4.1 鋁及鋁合金191

3.4.2 銅及銅合金199

3.4.3 鈦及鈦合金209

3.4.4 鎂及鎂合金213

3.4.5 鎳及鎳合金213

3.4.6 軸承合金216第4章 高分子材料220

4.1 塑料220

4.1.1 塑料的組成220

4.1.2 塑料的分類221

4.1.3 常用工程塑料222

4.2 合成纖維229

4.2.1 合成纖維的生產方法229

4.2.2 常用合成纖維231

4.3 合成橡膠233

4.3.1 合成橡膠的分類和橡膠製品的組成233

4.3.2 常用合成橡膠234第5章 陶瓷材料237

5. 1 普通陶瓷237

5. 1. 1 普通日用陶瓷237

5. 1. 2 普通工業陶瓷238

5. 2 特種陶瓷239

5. 2. 1 氧化物陶瓷239

5. 2. 2 碳化物陶瓷240

5. 2. 3 硼化物陶瓷242

5. 2. 4 氮化物陶瓷242第6章 複合材料245

6. 1 複合材料的複合原則246

6. 1. 1 纖維增強複合材料的複合原則246

6. 1. 2 顆粒複合材料複合機制和原則247

6. 2 複合材料的性能特點248

6. 2. 1 比強度和比模量248

6. 2. 2 抗疲勞性能和抗斷裂性能248

6. 2. 3 高溫性能249

6. 2. 4 減摩、耐磨、減振性能249

6. 2. 5 其他特殊性能249

6. 3 非金屬基複合材料250

6. 3. 1 聚合物基複合材料250

6. 3. 2 陶瓷基複合材料252

6. 3. 3 碳基複合材料253

6. 4 金屬基複合材料254

6. 4. 1 金屬陶瓷254

6. 4. 2 纖維增強金屬基複合材料255

6. 4. 3 細粒和晶須增強金屬基複合材料255第7章 功能材料及新材料256

7.1 電功能材料256

7. 1. 1 金屬導電材料256

7. 1. 2 金屬電接點材料257

7. 1. 3 電阻材料258

7. 1. 4 導電高分子材料258

7. 1. 5 超導材料259

7.2 磁功能材料261

7. 2. 1 軟磁材料261

7. 2. 2 永磁（硬磁）材料261

7. 2. 3 信息磁材料262

7.3 熱功能材料263

7. 3. 1 膨脹材料263

7. 3. 2 形狀記憶材料264

7. 3. 3 測溫材料266

7.4 光功能材料266

7. 4. 1 光學材料266

7. 4. 2 固體激光器材料266

7. 4. 3 信息顯示材料267

7. 4. 4 光纖268

7.5 隱形材料及智能材料268

7.6 納米材料268

7. 6. 1 納米材料及其特性269

7. 6. 2 碳納米材料269

7.6.3 納米陶瓷材料270

7.6.4 納米複合材料271第8章 零件失效分析與選材原則272

8. 1 機械零件的失效272

8. 1. 1 畸變失效272

8.1.2 斷裂失效275

8. 1. 3 磨損失效278

8. 1. 4 腐蝕失效279

8. 2 機械零件失效分析280

8. 2. 1 零件失效基本原因280

8. 2. 2 零件失效分析280

8. 3 機械零件選材原則283

8. 3. 1 使用性能原則283

8. 3. 2 工藝性能原則284

8. 3. 3 經濟及環境友好性原則286第9章 典型工件的選材及工藝路線設計287

9.1 齒輪選材287

9.1.1 齒輪的工作條件287

9.1.2 齒輪的失效形式287

9. 1. 3 齒輪材料的性能要求288

9. 1. 4 齒輪類零件的選材288

9. 1. 5 典型齒輪選材舉例288

9.2 軸類零件選材291

9.2.1 軸類零件的工作條件291

9.2.2 軸類零件的失效方式292

9.2.3 軸類零件的性能要求292

9.2.4 軸類零件的選材292

9.2.5 典型軸的選材293

9.3 彈簧選材295

9. 3. 1 彈簧的工作條件296

9. 3. 2 彈簧的失效形式296

9. 3. 3 彈簧材料的性能要求296

9. 3. 4 彈簧的選材296

9. 3. 5 典型彈簧選材297

9. 4 刃具選材298

9. 4. 1 刃具的工作條件298

9. 4. 2 刃具的失效形式298

9. 4. 3 刃具材料的性能要求298

9. 4. 4 刃具的選材298

9. 4. 5 刃具選材舉例299第10章 工程材料的應用301

10. 1 汽車用材301

10. 1. 1 汽車用金屬材料301

10. 1. 2 汽車用塑料306

10. 1. 3 汽車用橡膠308

10. 1. 4 汽車用陶瓷材料308

10. 1. 5 汽車新材料發展趨勢309

10. 2 機床用材309

10. 2. 1 機身、底座用材309

10. 2. 2 齒輪用材310

10. 2. 3 軸類零件用材310

10. 2. 4 螺紋聯接件用材311

10. 2. 5 螺旋傳動件用材311

10. 2. 6 蝸輪、蝸桿傳動用材311

10. 2. 7 滑動軸承材料312

10. 2. 8 滾動軸承用材313

10. 3 儀器儀錶用材313

10. 3. 1 殼體材料313

10. 3. 2 軸類零件用材314

10. 3. 3 凸輪用材314

10. 3. 4 齒輪用材314

10. 3. 5 蝸輪、蝸桿用材314

10. 3. 6 微型機電系統用材314

10.4 熱能設備用材315

10.4.1 鍋爐主要部件用鋼315

10. 4. 2 汽輪機主要零部件用鋼316

10. 4. 3 發電機轉子用材318

10.5 化工設備用材319

10.5.1 化工設備用鋼319

10.5.2 化工設備用有色金屬及其合金322

10.5.3 非金屬材料323

10.5.4 複合材料324

10.6 航空航天器用材324

10.6.1 超高強度鋼324

10.6.2 輕金屬及其合金325

10.6.3 高溫金屬結構材料327

10.6.4 先進金屬基及無機非金屬基複合材料328

10.6.5 先進聚合物基複合材料329

10.6.6 先進功能材料329附錄1 金屬熱處理工藝的分類及代號330附錄2 常用鋁及鋁合金狀態代號、說明與應用334附錄3 國內外常用鋼號對照表335附錄4 若干物理量單位換算表337附錄5 工程材料常用辭彙表338參考文獻342