参考了近10年来武汉理工大学金工学部自编教材，按照普通高等学校工程材料及机械制造基础系列课程教学基本要求和教学改革精神，我们总结工程材料课程教学团队近10年来的课堂教学经验和教学改革成果的基础上，对课程内容重新进行梳理和编排，编写了这部《工程材料》校级规划教材。教材力求紧扣大纲、重点突出、内容简洁、通俗实用，符合新工科建设和一流本科课程建设需要，满足机械工程类、车辆工程、能源与动力工程、汽车服务、材料成型及控制工程、油气储运等专业的培养目标和毕业要求。
全书由3部分组成： 第1部分由第1~6章组成，讲述了工程材料的基本概念和基本理论、合金结构、组织和性能之间的关系及变化规律，内容主要有材料的原子结合方式及性能、材料的晶体结构、纯金属与合金的结晶、铁碳合金相图与碳素钢、金属的塑性变形及再结晶、钢的热处理及表面技术； 第2部分由第7~13章组成，介绍了各种不同工程材料的成分、组织和性能及其应用方面的知识，主要内容包括常见金属材料(合金钢、铸铁与铸钢)、有色金属及其合金、高分子材料、陶瓷材料、复合材料和功能材料及新型材料； 第3部分为工程材料的应用部分，由第14章和第15章组成，介绍了机械零件的失效、选材方面的知识和工程材料在机械、汽车、机床等领域的应用情况，主要内容有材料失效分析及工程材料的合理选用、典型零件的选材及工艺路线设计。
本教材在传统基础教学知识的基础上，部分章节增加了新材料、新技术、新工艺以及工程应用实例内容，具有以下特点：
（1） 针对工程材料课程学时减少及专业基础课程提前进行的特点，考虑到该课程与中学物理、化学及后续课程的内容衔接，对部分晦涩难懂的概念进行了重新表述，如相、组织、二元合金相图的分析，冷变形过程中金属材料的回复问题，钢在冷却过程中的组织变化规律等。此外，本教材以工程材料的成分平衡及非平衡状态下的组织力学性能合理选材及失效分析为教学主线，抽丝剥茧，条理清晰，内容完整，便于学生理解和掌握。
（2） 扩大了知识面，优化了教材内容。根据不同专业培养计划及毕业设计要求，精炼了传统金属材料方面的内容； 增加了复合材料、功能材料和表面改性内容； 突出了选材和材料应用分析方面的知识，以适应新的教学要求。
（3） 计量单位和名词标准化。计量单位统一采用国际单位制，并以国际代码表示。特别是材料的力学性能表示符号，采用最新国家标准GB/T 228.12021《金属材料拉伸试验第1部分： 室温试验方法》。
本书由武汉理工大学吴超华、史晓亮负责编写、修订和统稿，并担任主编。其中，吴超华编写绪论、第1~3章和第5章； 彭兆编写第4章； 黄丰编写第6章； 潘运平编写第7章； 江丽编写第8章； 史晓亮编写第9章、第12章和第13章； 杨爽编写第10章、第11章； 张丽编写第14章、第15章； 王弢负责全书插图的绘制和审核工作。
本教材的编写和出版得到了武汉理工大学本科教材建设专项基金项目的资助，并被列为武汉理工大学十三五第一批规划教材。同时，编者参考并引用了一些已出版图书、期刊等资料中的相关内容。在此书出版之际，谨向支持和帮助本书出版的热心人士致谢，向所有对本书内容作出贡献的各位参考文献的作者致谢。
由于编者水平有限，时间仓促，教材中的缺点与疏漏难免，恳请读者批评指正。
编者
2023年12月
0绪论
0.1材料的发展史
0.2工程材料的分类
0.2.1金属材料
0.2.2高分子材料
0.2.3陶瓷材料
0.2.4复合材料
0.3工程材料与机械工程
0.4工程材料课程的任务与内容
复习思考题
1材料的原子结合方式及性能
1.1材料的结合方式与结合键
1.1.1晶体和非晶体
1.1.2结合力与结合能
1.1.3材料的结合键
1.2静载荷下材料的力学性能
1.2.1强度、刚度和塑性
1.2.2硬度
1.3动载荷下材料的力学性能
1.3.1冲击韧性
1.3.2疲劳强度
1.3.3断裂韧度
1.4材料的物理、化学及工艺性能
1.4.1材料的物理性能
1.4.2材料的化学性能
1.4.3材料的工艺性能
复习思考题
2材料的晶体结构
2.1晶体结构基础知识
2.1.1晶格结构与晶胞
2.1.2晶系与晶格常数
2.1.3晶面指数和晶向指数
2.1.4常见的3种晶体结构
2.1.5纯金属的晶体结构
2.2实际金属的晶体结构与晶体缺陷
2.2.1单晶体与多晶体
2.2.2晶体缺陷
2.2.3晶体缺陷对机械性能及固态相变过程的影响
复习思考题
3纯金属与合金的结晶
3.1纯金属的结晶
3.1.1结晶的基本概念
3.1.2结晶的一般规律
3.1.3细化晶粒的途径
3.2金属的同素异晶转变
3.3合金的结晶
3.3.1合金的相结构及性能
3.3.2二元合金相图与结晶过程分析
复习思考题
4铁碳合金相图与碳素钢
4.1铁碳合金的相与基本组织
4.1.1铁碳合金的组元
4.1.2铁碳合金的基本相
4.1.3铁碳合金的基本组织
4.2铁碳合金相图
4.2.1铁碳合金相图概述
4.2.2Fe-Fe3C相图分析
4.2.3典型铁碳合金的结晶过程分析
4.3铁碳合金成分、组织和性能关系
4.3.1含碳量对平衡组织的影响
4.3.2含碳量对力学性能的影响
4.3.3含碳量对工艺性能的影响
4.4铁碳合金相图的应用
4.5碳素钢
复习思考题
5金属的塑性变形及再结晶
5.1金属塑性变形的实质
5.1.1单晶体的塑性变形
5.1.2多晶体的塑性变形
5.2冷塑性变形对金属组织和性能的影响
5.2.1金属组织和结构变化
5.2.2金属性能的变化
5.2.3残余内应力的产生
5.3冷变形金属在加热时的组织和性能的变化
5.3.1回复
5.3.2再结晶
5.4金属的热塑性变形
5.4.1冷加工与热加工的区别
5.4.2热加工对金属组织和性能的影响
复习思考题
6钢的热处理及表面技术
6.1概述
6.1.1热处理的实质、目的及应用范围
6.1.2热处理的分类及工艺曲线
6.2热处理过程中钢的组织转变
6.2.1钢在加热时的组织转变
6.2.2钢在冷却时的组织转变
6.3钢的整体热处理工艺
6.3.1钢的退火与正火
6.3.2钢的淬火
6.3.3钢的回火
6.3.4钢的热处理缺陷及防止
6.4钢的表面热处理与化学热处理
6.4.1钢的表面淬火
6.4.2钢的化学热处理
6.4.3表面淬火和化学热处理的比较
6.5热处理新技术、新工艺
6.5.1形变热处理
6.5.2真空热处理
6.5.3可控气氛热处理
6.6机械制造过程中的热处理
6.6.1热处理与金属切削加工性的关系
6.6.2热处理技术条件的标注及工序位置的安排
6.6.3热处理工程实例
复习思考题
7合金钢
7.1钢的合金化
7.1.1合金钢的分类及编号
7.1.2合金元素在钢中的作用
7.2合金结构钢
7.2.1低合金高强度钢
7.2.2合金渗碳钢
7.2.3合金调质钢
7.2.4弹簧钢
7.2.5滚动轴承钢
7.2.6易切削钢
7.3合金工具钢
7.3.1合金刃具钢
7.3.2合金模具钢
7.3.3合金量具钢
7.4特殊性能钢
7.4.1不锈钢
7.4.2耐热钢
7.4.3耐磨钢
复习思考题
8铸铁与铸钢
8.1概述
8.2常见铸铁
8.2.1铸铁的特征及分类
8.2.2铸铁的石墨化及其影响因素
8.2.3灰口铸铁
8.2.4球墨铸铁
8.2.5可锻铸铁
8.2.6蠕墨铸铁
8.2.7合金铸铁
8.3铸铁的热处理
8.3.1铸铁热处理的必要性及特点
8.3.2普通灰口铸铁的热处理
8.3.3球墨铸铁的热处理
8.4铸钢
8.4.1铸钢的分类及牌号
8.4.2碳素铸钢
8.4.3合金铸钢
复习思考题
9有色金属及其合金
9.1铝及铝合金
9.1.1纯铝
9.1.2铝合金
9.2铜及铜合金
9.2.1纯铜
9.2.2铜合金概述
9.3镁及镁合金
9.3.1工业纯镁
9.3.2镁合金
9.4钛及钛合金
9.4.1纯钛的性质
9.4.2钛合金的成分、组织与性能
9.4.3钛合金的热处理工艺
9.5滑动轴承合金
9.5.1锡基轴承合金
9.5.2铅基轴承合金
9.5.3铜基轴承合金
9.5.4铝基轴承合金
复习思考题
10高分子材料
10.1概述
10.1.1高分子材料的分类
10.1.2高分子材料的命名
10.1.3高分子材料的力学状态
10.1.4常用高分子材料的化学反应
10.2工程塑料
10.3合成橡胶
10.4合成纤维
10.5功能高分子材料
10.5.1概述
10.5.2功能高分子材料的功能分类
10.5.3功能高分子材料的发展应用
复习思考题
11陶瓷材料
11.1概述
11.1.1陶瓷材料的特点
11.1.2陶瓷的分类
11.1.3陶瓷的制造工艺
11.2常用工程结构陶瓷材料
11.2.1普通陶瓷
11.2.2特种陶瓷
11.3金属陶瓷
11.3.1粉末冶金方法及其应用
11.3.2硬质合金
复习思考题
12复合材料
12.1概述
12.1.1复合材料的概念
12.1.2复合材料的分类
12.1.3复合材料的命名
12.2复合材料的增强机制及性能
12.2.1复合材料的增强机制
12.2.2复合材料的性能特点
12.3常用的复合材料
12.3.1纤维增强复合材料
12.3.2叠层复合材料
12.3.3粒子增强复合材料
复习思考题
13功能材料及新型材料
13.1形状记忆合金
13.2光纤材料
13.3超导材料
13.4储氢合金
13.5纳米材料
13.6其他新型材料
复习思考题
14材料失效分析及工程材料的合理选用
14.1机械零件的失效
14.1.1失效的分类
14.1.2失效的原因
14.2机械零件失效分析
14.3机械零件的合理选材
复习思考题
15典型零件的选材及工艺路线设计
15.1轴类零件的选材及工艺路线
15.2齿轮类零件的选材及工艺路线
15.3弹簧类零件的选材及工艺路线
15.4工模具选材及工艺路线
复习思考题
参考文献
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