本书是依据机械制造、机电类专业对工程材料及热加工工艺方面的知识需求，结合本科应用型人才培养的实际需要编写的。全书共分为十二章，主要包括金属材料的性能、纯金属与合金的基本知识、铁碳合金相图、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及粉末冶金材料、非金属材料及复合材料、铸造、锻压、焊接、机械零件的选材及毛坯的选择等。每章后有本章小结和复习思考题，实验中有课堂常用的五个实验指导书，附录中有热处理工艺参数及国内外常用金属材料牌号对照表等。 本书可作为机械制造类、机电一体化相关专业的本科生教材，也可作为高职高专相关机械制造、机电、经营管理类专业及企业有关技术人员、管理人员等的学习教材和参考书。

《工程材料与热加工》将工程材料与热加工工艺方面的内容与实际应用的知识有机地融合在一起，淡化了理论性较强的内容，合并了相近的知识点，具有深入浅出、通俗易懂，文字精练、突出重点、层次清晰、实用性强等特点。

本书依据培养本科应用型人才的实际需要，针对机械制造及机电类等专业对工程材料与热加工方面的知识需求，配合当前专业对课程知识深度及学时的教学要求而编写。 本书将工程材料与热加工工艺方面的内容与实际应用的知识有机地融合在一起，适当淡化了理论性较强的内容，合并了相近的知识点，力求做到深入浅出、通俗易懂，文字精练、突出重点、理论联系实际，内容层次清晰、实用性强。通过本课程的学习使学生能够将本课程知识与后续专业课程有机地联系起来，达到更加有效学习的目的。 全书以工程材料及其热加工为主线，内容包括金属材料的性能、纯金属与合金的基本知识、铁碳合金相图、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及粉末冶金材料、非金属材料及复合材料、铸造、锻压、焊接、机械零件的选材及毛坯的选择等十二章，在每章后有本章小结及复习思考题，教师可以根据具体情况选择布置，使学生能够巩固所学知识，培养分析问题、解决实际问题的能力。在实验中课堂常用的五个实验指导书，在附录中有布氏硬度对照表、黑色金属硬度及强度换算表、热处理工艺参数、国内外常用金属材料对照表等方面的资料。 本书中引用的国家标准全部是国家最新标准。在术语中个别地方保留了习惯用法，以和生产实际保持一致。 参加本书编写的有杜伟、邓想、崔国明、程芳、公永建、刘轶、文秀海、杨通胜老师，其中杜伟编写前言、绪论、第四章、第五章、第六章，邓想编写第二章、第三章、崔国明编写第九章，公永建编写第十章，刘轶编写第七章、第八章、第十二章，程芳编写第十一章第一~四节，文秀海编写第一章及第十一章第五~七节及复习思考题，杨通胜编写实验及附录。 本书由杜伟、邓想任主编，崔国明、程芳、公永建任副主编，全书由杜伟统稿，河南工学院王学让教授审阅。 在本书的编审过程中参考了一些兄弟院校编写的相关教材和资料，得到了单位领导及同仁的支持和热情帮助，在此表示衷心的谢意。 虽然我们在编写过程中已经尽了最大努力，但由于学识水平及资料来源有限，书中难免存在不妥之处，敬请读者将建议及意见反馈至电子邮箱：duw101@163.com。 编者 2016年10月

杜伟，河南工学院材料工程系，教研室主任，副教授，1983~2004 航空部国营一一六厂工作；2004至今在河南机电高等专科学校、河南工学院工作。教学经历丛2004年至今。授课情况：金属工艺学、机械工程材料及热处理、工程材料及热成形基础、模具材料与寿命、热处理工艺学等。

绪论1

一、材料科学的作用与地位1

二、工程材料与热加工技术的发展2

三、本课程的性质、任务和学习方法2

第一章金属材料的性能4

第一节金属材料的力学性能4

一、强度4

二、塑性6

第二节硬度6

一、布氏硬度7

二、洛氏硬度8

三、维氏硬度8

第三节冲击韧性与疲劳强度9

一、冲击韧性9

二、疲劳强度10

第四节金属材料的其他性能11

一、物理性能11

二、化学性能12

三、工艺性能13

本章小结13

复习思考题13

第二章纯金属与合金的基本知识15

第一节纯金属与合金的晶体结构15

一、纯金属的晶体结构15

二、纯金属的实际晶体结构16

三、合金的晶体结构18

第二节纯金属与合金的结晶20

一、纯金属的结晶过程21

二、合金的结晶与二元合金相图23

三、合金性能与相图间的关系29

本章小结30

复习思考题31

第三章铁碳合金相图33

第一节铁碳合金的基本知识33

一、纯铁的同素异晶转变33

二、铁碳合金的基本相34

第二节铁碳合金相图34

一、铁碳合金相图分析35

二、铁碳合金的分类37

第三节典型铁碳合金的结晶过程及组织37

一、共析钢的结晶过程及组织37

二、亚共析钢的结晶过程及组织38

三、过共析钢的结晶过程及组织39

四、共晶白口铸铁的结晶过程及组织40

五、亚共晶白口铸铁的结晶过程及组织41

六、过共晶白口铸铁的结晶过程及组织41

第四节铁碳合金成分与组织、性能的关系42

一、铁碳合金成分与组织的关系42

二、铁碳合金成分与性能的关系43

第五节碳素钢44

一、杂质元素对碳钢性能的影响44

二、碳钢的分类45

三、碳钢的牌号、性能及用途45

本章小结50

复习思考题50

第四章钢的热处理53

第一节钢的热处理原理53

一、钢在加热时的组织转变54

二、钢在冷却时的组织转变56

第二节钢的普通热处理64

一、钢的退火和正火64

二、钢的淬火66

三、钢的回火69

第三节钢的表面热处理72

一、钢的表面淬火72

二、钢的化学热处理74

第四节热处理质量控制77

一、常见的热处理缺陷及影响因素77

二、热处理工件的结构工艺性78

第五节热处理技术条件的标注及工序位置安排79

一、热处理技术条件的标注79

二、热处理工序位置的安排79

本章小结80

复习思考题81

第五章合金钢86

第一节合金元素在钢中的作用86

一、合金元素在钢中的存在形式86

二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响87

三、合金元素对钢热处理的影响88

第二节合金钢的分类及牌号90

一、合金钢的分类90

二、合金钢牌号的表示方法91

第三节合金结构钢92

一、低合金高强度结构钢92

二、合金渗碳钢92

三、合金调质钢96

四、合金弹簧钢96

五、滚动轴承钢99

第四节合金工具钢100

一、合金刃具钢100

二、合金模具钢105

三、合金量具钢108

第五节特殊性能钢108

一、不锈钢109

二、耐热钢111

三、耐磨钢113

本章小结114

复习思考题114

第六章铸铁117

第一节铸铁的石墨化117

一、铁碳合金双重相图117

二、铸铁的石墨化118

三、影响铸铁石墨化的因素119

第二节常用的铸铁119

一、灰铸铁119

二、球墨铸铁122

三、可锻铸铁125

四、蠕墨铸铁125

五、合金铸铁126

本章小结127

复习思考题128

第七章有色金属及粉末冶金材料130

第一节铝及铝合金130

一、工业纯铝130

二、铝合金的分类及热处理131

三、变形铝合金132

四、铸造铝合金133

第二节铜及铜合金135

一、工业纯铜135

二、铜合金的分类135

三、黄铜136

四、青铜136

第三节滑动轴承合金138

一、轴承合金的性能要求138

二、轴承合金的组织特征139

三、常用的轴承合金139

第四节粉末冶金材料140

一、粉末冶金法及其应用141

二、常用的粉末冶金材料141

本章小结144

复习思考题144

第八章非金属材料及复合材料146

第一节高分子材料146

一、高分子材料的合成146

二、高分子材料的物理状态147

三、常用高分子材料147

第二节陶瓷材料151

一、陶瓷材料的分类151

二、陶瓷材料的性能及应用152

第三节复合材料152

一、复合材料的分类153

二、复合材料的性能153

三、常用复合材料154

本章小结155

复习思考题155

第九章铸造157

第一节合金的铸造性能157

一、合金的流动性158

二、合金的收缩159

三、铸造应力162

第二节砂型铸造163

一、砂型铸造的造型方法163

二、砂型铸造工艺设计167

三、铸造实例分析173

第三节铸件的结构工艺性174

一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求174

二、合金铸造性能对铸件结构的要求175

第四节特种铸造177

一、熔模铸造177

二、金属型铸造179

三、压力铸造180

四、低压铸造181

五、离心铸造182

六、实型铸造183

第五节铸件的质量控制184

一、铸件中常见的缺陷及产生原因184

二、铸件的质量检验186

第六节常用铸造方法比较189

本章小结190

复习思考题191

第十章锻压195

第一节金属的塑性变形195

一、金属塑性变形的实质195

二、冷塑性变形对金属组织及性能的影响197

三、回复与再结晶198

四、金属的热加工199

第二节金属的锻压性能200

一、金属的本质200

二、变形条件200

第三节自由锻202

一、自由锻的特点202

二、自由锻的基本工序202

三、自由锻工艺规程的制订204

四、自由锻锻件的结构工艺性209

第四节模锻210

一、锤上模锻210

二、胎模锻214

三、压力机上模锻215

第五节锻件的质量控制217

一、加热过程中常见的缺陷217

二、自由锻锻件中常见的缺陷及产生原因218

三、模锻件中常见的缺陷及产生原因220

第六节板料冲压221

一、板料冲压的基本工序221

二、冲模的分类及结构224

三、冲压件的结构工艺性226

第七节其他压力加工方法227

一、挤压成型227

二、轧制成型228

三、拉拔229

本章小结229

复习思考题230

第十一章焊接235

第一节焊条电弧焊236

一、焊接电弧236

二、电弧焊的冶金过程237

三、焊条237

四、焊接接头240

五、焊接应力与变形241

第二节其他熔焊方法244

一、埋弧焊244

二、气体保护电弧焊246

三、气焊248

四、电渣焊249

五、等离子弧焊250

第三节压焊与钎焊251

一、压焊251

二、钎焊253

第四节常用金属材料的焊接253

一、金属材料的焊接性253

二、碳钢的焊接255

三、合金钢的焊接255

四、铸铁的焊补257

五、有色金属的焊接257

第五节焊接件的结构工艺性259

一、焊接结构材料的选择260

二、焊接接头形式的选择260

三、焊缝的布置261

第六节焊接的质量控制262

一、焊接缺陷概述262

二、常见焊接缺陷的产生原因和防止措施263

第七节焊接方法的选择266

本章小结267

复习思考题267

第十二章机械零件的选材及毛坯的选择271

第一节机械零件的失效271

一、零件的失效271

二、零件失效的形式及原因271

第二节机械零件的选材272

一、零件选材的一般原则273

二、选材的方法及步骤277

三、典型零件的选材278

第三节零件毛坯的选择282

一、毛坯选择的原则283

二、常用毛坯的特点及生产成本比较284

三、常用机械零件毛坯的选择284

本章小结285

复习思考题285

实验288

实验一硬度实验288

实验二金相显微镜的使用及金相试样的制备292

实验三铁碳合金平衡组织分析295

实验四碳钢的热处理299

实验五铸铁的显微组织观察302

附录306

附录一布氏硬度对照表306

附录二黑色金属硬度强度换算表315

附录三国内外常用钢铁材料牌号对照表319

附录四常用钢临界点及淬火加热温度323

附录五常用钢淬火后的回火温度326

参考文献327