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金屬材料及熱處理 第5版
本書是為高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校和高等?茖W(xué)校的材料、機(jī)制及相近專業(yè)編寫的教材。本書在編寫過程中充分突出了職業(yè)技術(shù)教育的特點(diǎn),在內(nèi)容安排上盡量選擇與職業(yè)崗位生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)的題材。本書主要講授金屬學(xué)、金屬材料及熱處理方面的基本知識(shí),并介紹了機(jī)械工業(yè)常用非金屬材料。
第5版前言本書是依據(jù)教育部《關(guān)于開展“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材選題立項(xiàng)工作的通知》精神,根據(jù)《教育部關(guān)于“十二五”職業(yè)教育教材建設(shè)的若干意見》及教育部新頒布的《高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》,在第4版基礎(chǔ)上修訂而成的。在編寫過程中,我們對(duì)教材用戶和企業(yè)相關(guān)崗位工程技術(shù)人員做了廣泛的調(diào)查和征求意見工作,在吸納生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)、體現(xiàn)高職院校的教學(xué)改革和工學(xué)結(jié)合的教學(xué)需要的基礎(chǔ)上,充分保留了第4版中在教學(xué)實(shí)踐中反映較好的教學(xué)內(nèi)容。
本書對(duì)第4版的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分調(diào)整,對(duì)書中所采用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面的修訂,書中的內(nèi)容盡量反映最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但考慮企業(yè)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用習(xí)慣,對(duì)部分符號(hào)和名詞仍保留習(xí)慣用法(如:應(yīng)力σ、抗拉強(qiáng)度σb、伸長(zhǎng)率δ、斷面收縮率ψ等),對(duì)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能名稱和符號(hào),在書中列出了新舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表加以說明。 本書這次修訂仍保留第4版參編人員團(tuán)隊(duì),丁仁亮擔(dān)任主編并負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。第十三章、第十五章和附錄由遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院丁仁亮編寫;緒論、第一章、第二章、第三章和第四章由遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院宋欣穎編寫;第八章、第九章、第十章、第十一章和第十二章由沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙彬編寫;第五章、第六章、第七章和第十四章由遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙云龍編寫。 由于編者的理論水平、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)限制,本書難免有謬誤或欠妥之處,敬請(qǐng)讀者提出修改意見和建議,共同搞好本課程的教材建設(shè)工作。 編者第4版前言應(yīng)機(jī)械工業(yè)出版社的要求,我們對(duì)本書的用戶做了廣泛的調(diào)查和征求意見,根據(jù)目前高等?茖W(xué)校和高職院校的教學(xué)改革和工學(xué)結(jié)合的需要,提出了本書的修訂大綱。 在保持原書第3版結(jié)構(gòu)和基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上,編者對(duì)書中所采用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面的修訂,書中的內(nèi)容盡量反映最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但為了考慮工程實(shí)踐中的應(yīng)用習(xí)慣,對(duì)部分符號(hào)和名詞仍保留習(xí)慣用法(如:應(yīng)力σ、伸長(zhǎng)率δ、斷面收縮率ψ等),對(duì)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)在書中也作了說明。 為反映現(xiàn)代材料的發(fā)展和應(yīng)用,有色金屬部分增加了鈦合金內(nèi)容,同時(shí)增加了第十四章納米材料簡(jiǎn)介;根據(jù)目前非金屬材料的應(yīng)用,對(duì)第3版中非金屬材料的內(nèi)容作了部分修訂。 參加第4版修訂的有:遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院丁仁亮(第十三、十五章);遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院宋欣穎(緒論及第一、二、三、四章);沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙彬(第八、九、十、十一、十二章);遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙云龍(第五、六、七、十四章及附錄)。由丁仁亮任主編。 編者在此對(duì)原主編趙忠老師在第1版和第2版中所做的大量基礎(chǔ)工作深表謝意。 由于編者受理論水平、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的限制,本書仍難免有謬誤或欠妥之處,敬請(qǐng)讀者提出批評(píng)和建議,共同完善本課程的教材建設(shè)工作。 編者第3版前言本書第3版是根據(jù)機(jī)械工業(yè)部教材編輯室的要求和近年來職工大學(xué)教學(xué)改革的需要,在總結(jié)多年來使用原教材的實(shí)踐,并廣泛地征求各職工大學(xué)的意見的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂的。 為了便于教學(xué),對(duì)第2版的結(jié)構(gòu)作了部分調(diào)整,將原第七章合金鋼分為三章,即合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼,并將粉末冶金與硬質(zhì)合金另設(shè)一章。 根據(jù)征求的意見,本次修訂在內(nèi)容上作了更新和增補(bǔ),使其盡量符合職工大學(xué)的特點(diǎn)(培養(yǎng)技藝型和工藝型人才),適當(dāng)增加了與生產(chǎn)實(shí)踐緊密相關(guān)的知識(shí);并根據(jù)目前新理論、新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展,增加了與之有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。此外,對(duì)第2版中敘述過于繁瑣的部分作了刪減。 本書采用了我國(guó)的法定計(jì)量單位和近年來頒布的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 編者試圖在保持前版特色的基礎(chǔ)上,盡量滿足當(dāng)前職工大學(xué)的改革發(fā)展和教學(xué)需要,使本教材能適用于職工大學(xué)各類型的教學(xué)和培訓(xùn)要求。 本書承東北大學(xué)李再先教授及廣州業(yè)余大學(xué)黃福熾副教授細(xì)心審閱,提出了很多寶貴意見,在此表示衷心感謝,并聘任為本書主審。 參加第3版修訂的有:武漢市機(jī)械局職工大學(xué)許清芬(第一、二章);韶鋼集團(tuán)職工大學(xué)余雪梅(第三、四章);杭州鋼鐵廠職工大學(xué)周而康(緒論及第五、十三章);沈飛集團(tuán)公司陳洪俊(第六章);上海汽車工業(yè)培訓(xùn)中心曹嚴(yán)華(第七章);沈飛工學(xué)院丁仁亮(第八、十四章);南昌高等?茖W(xué)校趙忠義(第九章、附錄);沈飛工學(xué)院趙彬(第十、十一章);山東鋁業(yè)公司職工大學(xué)袁淑敏(第十二章)。由趙忠、丁仁亮、周而康任主編。 此外,感謝沈飛工學(xué)院梁寬正同志協(xié)助部分修訂和統(tǒng)稿工作。承蒙沈飛工學(xué)院和杭州鋼鐵廠職工大學(xué)教職員工的熱情支持和幫助,使本書得以順利出版。 殷切希望廣大讀者在使用過程中對(duì)本書的錯(cuò)誤和欠妥之處提出批評(píng)和建議。 編者第2版前言1990年機(jī)械電子工業(yè)部機(jī)械教材編輯室來函,要求廣泛征求意見,對(duì)本書進(jìn)行修訂。為此我們對(duì)全國(guó)大、中、小城市不同行業(yè)的一些職工大學(xué)、職業(yè)大學(xué)發(fā)出征求意見表。承蒙各校領(lǐng)導(dǎo)和任課教師的支持,收到很多意見。我們根據(jù)這些意見編寫了修訂提綱,并于1991年2月末在沈陽飛機(jī)公司工學(xué)院召開了“金屬材料及熱處理”修訂提綱討論會(huì)。參加討論會(huì)的老師有:北京內(nèi)燃機(jī)總廠內(nèi)燃機(jī)學(xué)院趙惠臣,重慶西南航天職工大學(xué)王晶,大慶職工大學(xué)楊兆仁,長(zhǎng)春第一汽車制造廠職工大學(xué)張溫林,營(yíng)口市職工大學(xué)李學(xué)琛,沈陽黎明工學(xué)院侯玉山,沈陽第一機(jī)床廠職工大學(xué)韓成志,齊齊哈爾第二機(jī)床廠職工工學(xué)院孟慶文,吉林鐵路職工大學(xué)劉綱,哈爾濱飛機(jī)公司工學(xué)院陶穎,沈陽飛機(jī)公司工學(xué)院孫東杰、由世芬。 本書是按討論會(huì)的意見修訂的,與第1版相比,書中作了較大的修改,篇章和內(nèi)容均有所不同,F(xiàn)作如下五點(diǎn)說明: 1 根據(jù)一致意見,刪去了第1版中的第十一章,加入非金屬材料內(nèi)容(共5學(xué)時(shí))。各學(xué)校可根據(jù)自己的情況適當(dāng)調(diào)整。 2 根據(jù)常用金屬材料新標(biāo)準(zhǔn)(GB9439—88、GB1348—88、GB700—88、GB9440—88、GB699—88、GB1298—80、GB1591—88、GB3077—88、GB9943—88、GB2075—87,GB8731—88、GB1222—84、GB9943—88、GB2075—87、GB3203—82、GB1220—84,GB1221—84、GB5676—85、GB1176—87、GB3190—82、GB1173—80、GB175—82、JB403—87等),對(duì)材料牌號(hào)、成分等進(jìn)行了修改,但由于有的新標(biāo)準(zhǔn)改動(dòng)很大,而貫徹新標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)過程,且1990年以前的科技圖書和工廠使用的技術(shù)資料絕大多數(shù)是舊標(biāo)準(zhǔn),因此,本書中部分內(nèi)容采用新、舊并列形式。如普通碳素鋼,除介紹新標(biāo)準(zhǔn)外,還保持了舊標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容;又如國(guó)內(nèi)外應(yīng)用甚廣的1Cr18Ni9Ti不銹鋼,由于晶間腐蝕不如近期開發(fā)的超低碳不銹鋼好,國(guó)內(nèi)外均已停用,但在本書中仍保留了此牌號(hào)。 3.目前國(guó)內(nèi)各工廠正在貫徹“金屬熱處理標(biāo)準(zhǔn)”。因此對(duì)熱處理工藝名詞和部分內(nèi)容按參考文獻(xiàn)[28]作了修訂。 4 熱處理新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn),根據(jù)大多數(shù)教師的意見,適當(dāng)增加了新工藝方面內(nèi)容簡(jiǎn)介。 5 為了擴(kuò)大使用范圍,使本書基本能適用于專業(yè)證書和職業(yè)高等教育,對(duì)第1版各章內(nèi)容作了適當(dāng)增刪。 內(nèi)蒙古第一機(jī)械制造廠工學(xué)院李子璋、北京汽車工業(yè)學(xué)校張堅(jiān)、南昌職業(yè)大學(xué)趙忠義、廣州業(yè)余大學(xué)黃福熾、鞍山市職工大學(xué)白躍起、南京汽車制造廠職工大學(xué)張玉庭、沈陽有色冶金總廠李萍等老師,對(duì)本書的修訂提出了很多寶貴意見,在此表示衷心感謝。 由于編者受理論水平、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的限制,本書仍難免有謬誤或欠妥之處,敬請(qǐng)各校任課教師和讀者提出批評(píng)和建議,共同搞好本門課程的教材建設(shè)工作。 編者
第5版前言
第4版前言 第3版前言 第2版前言 材料性能名稱、符號(hào)新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照 緒論1 一、材料的發(fā)展與應(yīng)用1 二、本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的和方法2 第一章金屬材料的性能3 第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能3 一、強(qiáng)度指標(biāo)3 二、剛度指標(biāo)6 三、塑性指標(biāo)7 四、韌性指標(biāo)8 五、硬度指標(biāo)10 第二節(jié)金屬材料的物理和化學(xué)性能13 一、金屬材料的物理性能13 二、金屬材料的化學(xué)性能14 思考題和習(xí)題14 第二章常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)與 結(jié)晶16 第一節(jié)常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)16 一、晶體的結(jié)構(gòu)16 二、常見金屬的晶格類型17 三、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)19 第二節(jié)實(shí)際金屬的結(jié)晶22 一、結(jié)晶的一般規(guī)律22 二、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的 影響24 三、影響晶粒大小的因素及晶粒大小的 控制24 四、定向結(jié)晶與單晶25 思考題和習(xí)題25 第三章金屬的塑性變形與再結(jié)晶26 第一節(jié)金屬材料的塑性變形26 一、彈性變形、塑性變形與斷裂26 二、單晶體的塑性變形27 三、多晶體的塑性變形29 四、合金的塑性變形30 第二節(jié)冷塑性變形對(duì)金屬的組織和性能 的影響31 一、冷塑性變形后金屬組織結(jié)構(gòu)的 變化31 二、冷塑性變形對(duì)金屬性能的影響32 三、冷塑性變形與內(nèi)應(yīng)力34 第三節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶34 一、冷塑性變形的金屬加熱時(shí)組織和性能 的變化34 二、再結(jié)晶溫度36 三、影響再結(jié)晶晶粒大小的因素37 四、工業(yè)中常見的冷塑性變形工藝38 第四節(jié)金屬材料的熱變形38 一、熱變形的特點(diǎn)38 二、熱變形對(duì)金屬組織和性能的 影響38 思考題和習(xí)題40 第四章合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶41 第一節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)及二元合金相圖41 一、合金的相結(jié)構(gòu)41 二、合金的組織結(jié)構(gòu)43 三、二元合金相圖43 第二節(jié)合金的性能與相圖的關(guān)系47 一、力學(xué)性能與相圖的關(guān)系47 二、鑄造性與相圖的關(guān)系47 思考題和習(xí)題48 第五章鐵碳合金相圖和碳鋼49 第一節(jié)純鐵、鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)及其 性能49 一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變49 二、Fe Fe3C合金的相結(jié)構(gòu)及其性能50 第二節(jié)Fe Fe3C相圖分析51 一、Fe Fe3C相圖的特性點(diǎn)與特性線51 二、碳鋼的組織轉(zhuǎn)變過程53 三、白口鑄鐵的結(jié)晶過程56 四、Fe Fe3C相圖的應(yīng)用57 第三節(jié)碳鋼58 一、含碳量對(duì)鋼組織和力學(xué)性能的影響59 二、常見雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響59 三、碳鋼的分類60 四、碳鋼的牌號(hào)、主要性能及用途62 思考題和習(xí)題66 第六章鋼的熱處理68 第一節(jié)鋼的熱處理原理68 一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變68 二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變71 第二節(jié)鋼常用的熱處理工藝79 一、鋼的退火和正火79 二、鋼的淬火和回火82 三、鋼的冷處理92 四、時(shí)效處理93 五、表面熱處理94 第三節(jié)其他熱處理103 一、可控氣氛熱處理103 二、真空熱處理103 三、形變熱處理104 四、強(qiáng)韌化處理105 五、循環(huán)熱處理105 思考題和習(xí)題106 第七章合金結(jié)構(gòu)鋼108 第一節(jié)概述108 第二節(jié)合金元素在鋼中的作用108 一、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響109 二、合金元素對(duì)Fe Fe3C相圖的影響109 三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響110 第三節(jié)低合金結(jié)構(gòu)鋼113 一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼113 二、低合金耐候鋼115 三、低合金專業(yè)用鋼115 第四節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼116 一、合金滲碳鋼116 二、合金調(diào)質(zhì)鋼與非調(diào)質(zhì)鋼118 三、合金彈簧鋼120 四、滾動(dòng)軸承鋼122 五、易切削鋼124 六、超高強(qiáng)度鋼125 思考題和習(xí)題126 〖1〗目錄Ⅸ第八章特殊性能鋼127 第一節(jié)不銹鋼127 一、金屬材料的腐蝕與防護(hù)127 二、常用不銹鋼的類型130 第二節(jié)耐熱鋼與高溫合金133 一、耐熱鋼133 二、高溫合金136 第三節(jié)耐磨鋼137 一、耐磨鋼的成分特點(diǎn)137 二、耐磨鋼的熱處理137 思考題和習(xí)題138 第九章工具鋼139 第一節(jié)工具鋼的分類及編號(hào)139 一、工具鋼的分類139 二、工具鋼的編號(hào)139 第二節(jié)刃具鋼139 一、刃具鋼的性能要求139 二、碳素刃具鋼140 三、低合金刃具鋼141 四、高速工具鋼143 第三節(jié)模具鋼146 一、冷作模具鋼146 二、熱作模具鋼148 第四節(jié)量具鋼150 一、量具鋼的性能要求150 二、常用量具用鋼150 三、量具鋼的熱處理特點(diǎn)150 思考題和習(xí)題151 第十章粉末冶金與硬質(zhì)合金152 第一節(jié)粉末冶金152 一、粉末冶金的生產(chǎn)工藝152 二、常用粉末冶金材料153 第二節(jié)硬質(zhì)合金154 一、硬質(zhì)合金的特性155 二、常用硬質(zhì)合金155 三、鋼結(jié)硬質(zhì)合金157 思考題和習(xí)題158 第十一章鑄鐵159 第一節(jié)概述159 一、鑄鐵的石墨化159 二、鑄鐵的組織及其性能159 第二節(jié)鑄鐵的分類160 一、按碳存在的形式分類160 二、按石墨的形態(tài)分類160 三、按化學(xué)成分分類160 第三節(jié)普通灰鑄鐵160 一、灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織、性能及用途161 二、灰鑄鐵的孕育處理163 三、灰鑄鐵的熱處理163 第四節(jié)球墨鑄鐵165 一、球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能165 二、球墨鑄鐵的熱處理166 第五節(jié)可鍛鑄鐵及蠕墨鑄鐵167 一、可鍛鑄鐵167 二、蠕墨鑄鐵168 第六節(jié)合金鑄鐵170 一、耐熱鑄鐵170 二、耐磨鑄鐵171 三、耐蝕鑄鐵171 思考題和習(xí)題171 第十二章非鐵金屬172 第一節(jié)鋁及其合金172 一、工業(yè)純鋁172 二、鋁合金173 三、變形鋁合金175 四、鑄造鋁合金176 第二節(jié)銅及其合金180 一、工業(yè)純銅180 二、銅合金180 第三節(jié)鈦及其合金184 一、純鈦184 二、鈦合金185 三、鈦合金的熱處理185 第四節(jié)滑動(dòng)軸承合金185 一、滑動(dòng)軸承對(duì)合金性能的要求186 二、常用滑動(dòng)軸承合金186 思考題和習(xí)題188 金屬材料及熱處理第5版 第十三章非金屬材料189 第一節(jié)高分子材料189 一、概述189 二、常用高分子合成材料195 第二節(jié)陶瓷材料204 一、陶瓷材料的類型和特點(diǎn)205 二、常用陶瓷材料205 三、常用陶瓷材料的性能、特點(diǎn)及 用途205 第三節(jié)復(fù)合材料207 一、復(fù)合材料的類型和特點(diǎn)207 二、復(fù)合材料的制造方法208 三、常用復(fù)合材料209 思考題和習(xí)題211 第十四章納米材料212 第一節(jié)納米材料的特殊性能213 一、力學(xué)性質(zhì)213 二、磁學(xué)性質(zhì)213 三、熱學(xué)性質(zhì)214 四、光、電學(xué)性質(zhì)214 第二節(jié)納米材料的應(yīng)用前景214 一、醫(yī)藥與健康方面的應(yīng)用215 二、生物技術(shù)上的應(yīng)用215 三、在化工領(lǐng)域的應(yīng)用215 四、在光電領(lǐng)域的應(yīng)用215 第十五章機(jī)械零件的毛坯選擇與質(zhì)量檢驗(yàn)216 第一節(jié)機(jī)械零件的失效216 一、機(jī)械零件工作中引起的失效216 二、加工工藝引起的失效218 第二節(jié)機(jī)械零件材料及毛坯選擇的原則219 一、滿足使用性能要求219 二、滿足材料的工藝性能220 三、充分考慮經(jīng)濟(jì)性223 四、考慮零件外形和尺寸特點(diǎn)223 五、考慮生產(chǎn)批量224 第三節(jié)典型零件的材料選擇與制造工藝224 一、齒輪類零件224 二、軸類零件225 三、箱體類零件226 第四節(jié)金屬材料的質(zhì)量檢驗(yàn)226 一、化學(xué)成分分析227 二、組織分析229 三、零件的無損檢測(cè)230 思考題和習(xí)題232 附錄金屬材料及熱處理實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書233 實(shí)訓(xùn)一金相顯微鏡的使用及磨片的制備233 實(shí)訓(xùn)二鐵碳合金平衡組織的顯微分析237 實(shí)訓(xùn)三鋼鐵熱處理操作及硬度測(cè)量238 參考文獻(xiàn)242
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