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绪论1

第1章　工程材料7

1.1　概述7

1.1.1　金属材料的发展7

1.1.2　非金属材料及复合材料的发展7

1.1.3　新材料的发展趋势8

1.2　固体材料的性能8

1.3　金属的结构13

1.3.1　金属的晶体结构13

1.3.2　实际金属的晶体结构17

1.4　金属的结晶18

1.4.1 纯金属的冷却曲线和过冷现象18

1.4.2　金属的同素异构性20

1.4.3　金属铸锭的组织21

1.5　二元合金21

1.5.1　二元合金的相结构21

1.5.2　二元合金相图23

1.5.3　相图与性能的关系28

1.6　铁碳合金29

1.6.1 铁碳合金的基本相和基本组织29

1.6.2　铁碳合金相图30

1.7　碳钢36

1.7.1　碳钢的分类36

1.7.2　碳钢的牌号37

1.8　铸铁37

1.8.1　铸铁的分类及特性37

1.8.2　铸铁的石墨化过程38

1.8.3　铸铁的牌号与性能39

1.9　钢的热处理40

1.9.1　钢在加热时的组织转变40

1.9.2　钢在非平衡冷却时的转变44

1.9.3　钢的常用热处理工艺50

1.9.4　钢的形变热处理57

1.9.5　钢的表面淬火58

1.9.6　钢的化学热处理60

1.10　钢中的合金元素61

1.10.1　合金元素在钢中的分布61

1.10.2　合金元素在钢中的作用62

1.11 合金钢65

1.11.1　合金结构钢65

1.11.2　合金工具钢68

1.11.3　特殊性能钢70

1.12　非铁金属材料71

1.12.1　铝及铝合金72

1.12.2　铜及铜合金73

1.12.3　镁合金74

1.12.4 钛合金75

1.12.5　轴承合金75

思考题与习题76

第2章　铸造成形79

2.1　概述79

2.2　铸件形成理论基础80

2.2.1　金属的充型80

2.2.2　铸件的温度场81

2.2.3　金属的凝固82

2.2.4　合金的收缩、应力及变形83

2.3　砂型铸造工艺分析87

2.3.1　浇注位置和分型面的确定87

2.3.2　主要工艺参数的确定90

2.3.3　铸造工艺图的制定91

2.4　铸件的结构设计94

2.5　砂型铸造方法96

2.5.1　气动微振压实造型96

2.5.2　高压造型97

2.5.3　真空密封造型98

2.5.4　气流冲击造型99

2.5.5　消失模造型100

2.5.6　冷冻造型102

2.6　特种铸造102

2.6.1　金属型铸造102

2.6.2　离心铸造103

2.6.3　压力铸造105

2.6.4　低压铸造108

2.6.5　熔模铸造110

2.6.6　壳型铸造111

2.6.7　陶瓷型铸造113

2.6.8　磁型铸造113

2.6.9　石墨型铸造113

2.6.10　真空吸铸114

2.6.11　差压铸造114

2.6.12 半固态金属铸造115

2.6.13 现代整体精铸及快速凝固成形技术116

2.6.14　铸造成形过程数值模拟117

2.6.15　铸造工程中的并行工程118

2.6.16　常用铸造方法的比较118

2.7　铸造技术的发展趋势119

思考题与习题120

第3章　锻压成形123

3.1　概述123

3.1.1　金属的塑性变形124

3.1.2　金属及合金的锻造性126

3.2　锻造128

3.2.1 自由锻128

3.2.2　模锻133

3.2.3　胎模锻141

3.3　板料冲压142

3.3.1 板料冲压的基本工序、特点及应用范围142

3.3.2　冲模种类148

3.4　锻压新技术151

3.4.1　精密模锻152

3.4.2　精密冲裁152

3.4.3 回转成形153

3.4.4　多向模锻155

3.4.5　超塑性成形156

3.4.6　高能率高成形157

3.4.7　粉末冶金及粉末锻造158

3.4.8　液态模锻160

3.4.9 半固态金属塑性成形160

3.4.10　粉末冶金温压成形技术161

3.4.11　数字化塑性成形技术162

思考题与习题164

第4章　焊接成形166

4.1　概述166

4.1.1　焊接技术的发展166

4.1.2　焊接特点和分类168

4.2　熔化焊接170

4.2.1　焊条电弧焊170

4.2.2　埋弧自动焊173

4.2.3　气体保护焊174

4.2.4　电渣焊175

4.3　压力焊和钎焊176

4.3.1 电阻焊176

4.3.2　摩擦焊178

4.3.3　钎焊178

4.4　焊接冶金过程和接头组织转变179

4.4.1　焊接冶金过程179

4.4.2　焊接接头的组织转变180

4.5　焊接结构工艺性181

4.5.1　焊接应力与变形181

4.5.2　焊接结构的设计184

4.6　焊接性和常用金属材料的焊接186

4.6.1　金属焊接性的概念186

4.6.2　常用金属材料的焊接186

4.7　金属切割187

4.7.1 气割187

4.7.2　等离子弧切割188

4.7.3　碳弧气刨189

4.7.4　水射流切割189

4.8　胶接189

4.8.1　胶接的基本原理190

4.8.2　胶接的主要特点190

4.8.3　胶接工艺190

4.8.4　胶接应用举例191

4.9　现代焊接技术192

4.9.1　电子束焊接192

4.9.2　激光焊接193

4.9.3　扩散焊194

4.9.4　爆炸焊195

4.9.5　超声波焊198

4.9.6　窄间隙熔化极气体保护电弧焊199

4.9.7　高频焊199

4.9.8　搅拌摩擦焊200

4.9.9　激光-电弧复合热源焊接200

4.9.10　强迫成形气体保护自动立焊技术202

4.9.11　焊接机器人和柔性焊接系统203

思考题与习题205

第5章　非金属材料及成形207

5.1　概述207

5.1.1　非金属材料的发展207

5.1.2　非金属材料的分类208

5.1.3　非金属材料的选择及应用208

5.2　工程塑料及其成形209

5.2.1　工程塑料的组成和性能209

5.2.2　工程塑料的分类和应用211

5.2.3　工程塑料的成形213

5.3 工业橡胶及其成形218

5.3.1 工业橡胶的组成及性能218

5.3.2　工业橡胶的分类及应用220

5.3.3　工业橡胶件的成形221

5.4　工业陶瓷及其成形224

5.4.1 陶瓷的组织结构及性能225

5.4.2　陶瓷的分类及应用226

5.4.3　陶瓷的成形228

5.5　复合材料及其成形231

5.5.1　复合材料的定义、分类和性能231

5.5.2　复合材料的应用233

5.5.3　复合材料的成形238

5.5.4　复合材料的二次加工240

5.6　纳米材料241

5.6.1　纳米材料的定义和特性241

5.6.2　纳米陶瓷243

5.6.3　纳米复合材料244

思考题与习题245

第6章　快速成形247

6.1　概述247

6.2　快速成形技术原理及工艺248

6.2.1　快速成形技术原理248

6.2.2　快速成形方式分类249

6.2.3　快速成形的工艺流程249

6.2.4　快速成形的优点250

6.3　快速成形的主要工艺方法251

6.3.1　立体光固化SLA251

6.3.2　分层实体制造LOM252

6.3.3　选择性激光烧结SLS252

6.3.4　熔化沉积成形FDM253

6.3.5　三维打印3D-P253

6.3.6　形状沉积制造SDM254

6.4　快速成形技术的应用254

6.4.1　原型制造255

6.4.2　快速制模RT255

6.5　快速成形材料258

6.6　快速成形与相关学科之间的关系259

6.7　采用逆向工程构造三维模型259

6.7.1　逆向工程系统259

6.7.2　逆向工程应用与意义260

6.7.3　逆向工程测量系统261

6.7.4　逆向工程后处理264

6.7.5　快速原型数据后处理实例267

思考题与习题270

第7章　零件的毛坯选择271

7.1　毛坯选择的原则271

7.2　常用毛坯成形方法的比较273

7.3 常用零件的成形方法275

7.3.1　轴杆类零件275

7.3.2　盘套类零件276

7.3.3　机架、箱体类零件277

7.4　毛坯成形方法选择实例277

7.4.1　V带轮零件的成形方法选择277

7.4.2　单级齿轮减速器组件的成形方法选择279

7.5　毛坯成形方法选择的经济性分析281

7.5.1 毛坯材料的经济性选材原则281

7.5.2　铸件的生产成本分析283

7.5.3　锻件的生产成本分析287

7.5.4　焊接件的生产成本分析288

7.5.5　各种成形方案经济性综合比较293

思考题与习题297

参考文献300