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本书根据《普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录》要求，以培养学生解决工程实际问题的能力为核心，结合教学改革、课程改革经验编写而成。

本书共10章，主要包括材料的分类与性能、金属材料的结构与结晶、钢的热处理、钢铁材料、非铁金属材料、非金属材料、铸造、锻压成形、焊接成形、机械工程材料的选用等内容，书后有习题参考答案。

本书有配套的PPT电子教案，可在化学工业出版社的官方网站上下载。

本书可作为高职高专、成人教育学院机电类、制造类、汽车类相关专业的专业基础课程教材，也可作为有关技术人员的岗位培训和自学用书。

第1章材料的分类与性能1

1.1材料的分类1

1.1.1材料与机械工程材料1

1.1.2机械工程材料的分类1

1.2材料的性能2

1.2.1材料的力学性能2

1.2.2材料的物理性能8

1.2.3材料的化学性能10

1.2.4材料的工艺性能10

习题11

第2章金属材料的结构与结晶12

2.1金属的晶体结构12

2.1.1金属的晶体结构12

2.1.2实际晶体结构与晶体缺陷15

2.1.3合金以及合金的晶体结构18

2.1.4金属材料的组织20

2.2金属的凝固结晶20

2.2.1纯金属的结晶20

2.2.2合金的结晶与相图23

2.3铁碳合金及其相图27

2.3.1纯铁及其同素异构转变27

2.3.2铁碳合金的基本相和基本组织28

2.3.3铁碳合金相图分析29

2.3.4铁碳合金相图的应用33

习题35

第3章钢的热处理37

3.1热处理的概述37

3.1.1钢在加热时的转变38

3.1.2钢在冷却时的转变40

3.2钢的退火与正火44

3.2.1退火44

3.2.2正火45

3.3钢的淬火46

3.3.1淬火工艺47

3.3.2淬火缺陷49

3.3.3钢的淬透性50

3.4钢的回火50

3.4.1回火的目的51

3.4.2淬火钢的回火转变51

3.4.3回火的种类及应用51

3.5钢的表面淬火52

3.5.1感应加热表面淬火53

3.5.2火焰加热表面淬火53

3.6钢的化学热处理54

3.6.1化学热处理的基本过程54

3.6.2渗碳54

3.6.3渗氮56

3.6.4碳氮共渗56

3.7热处理技术条件与工序位置56

3.7.1热处理技术条件56

3.7.2热处理工序位置安排57

3.7.3热处理工艺应用举例57

习题58

第4章钢铁材料59

4.1钢的常存元素及分类59

4.1.1钢中的常存元素对性能的影响59

4.1.2钢的分类60

4.2碳素钢61

4.2.1碳素结构钢61

4.2.2优质碳素结构钢62

4.2.3碳素工具钢63

4.2.4铸钢64

4.3合金钢65

4.3.1合金元素在钢中的作用65

4.3.2低合金高强度结构钢70

4.3.3合金结构钢71

4.3.4合金弹簧钢71

4.3.5合金工具钢72

4.3.6高速工具钢73

4.3.7轴承钢74

4.3.8不锈钢75

4.3.9耐热钢76

4.3.10电工用硅钢77

4.4铸铁78

4.4.1铸铁的成分及性能特点78

4.4.2铸铁的分类81

4.4.3灰铸铁82

4.4.4可锻铸铁84

4.4.5球墨铸铁86

4.4.6蠕墨铸铁88

课后习题89

第5章非铁金属材料90

5.1铝及铝合金90

5.1.1纯铝的性质及用途90

5.1.2铝合金91

5.2铜及铜合金95

5.2.1工业纯铜的性质及用途95

5.2.2铜合金95

5.3钛及钛合金99

5.3.1纯钛的性质与用途99

5.3.2钛合金100

5.4滑动轴承合金101

5.4.1滑动轴承工作条件及对材料性能、组织的要求101

5.4.2各类轴承合金简介102

习题103

第6章非金属材料104

6.1高分子材料104

6.1.1塑料104

6.1.2橡胶107

6.1.3纤维109

6.1.4胶黏剂110

6.1.5涂料111

6.2陶瓷材料112

6.2.1陶瓷材料的分类112

6.2.2普通陶瓷112

6.2.3特种陶瓷113

6.3复合材料114

6.3.1复合材料的基本类型与组成114

6.3.2复合材料的特点115

6.3.3纤维增强材料116

6.3.4玻璃纤维增强塑料117

习题117

第7章铸造119

7.1铸造工艺基础119

7.1.1概述119

7.1.2合金的铸造性能120

7.1.3合金的收缩性121

7.2砂型铸造122

7.2.1造型123

7.2.2型芯制造124

7.2.3合型125

7.2.4熔炼与浇注125

7.2.5落砂与清理126

7.3铸造工艺设计126

7.3.1绘制铸造工艺图126

7.3.2铸件结构工艺性127

7.4特种铸造130

7.4.1金属型铸造130

7.4.2压力铸造131

7.4.3离心铸造132

7.4.4熔模铸造132

7.4.5低压铸造133

7.4.6消失模铸造134

习题134

第8章锻压成形135

8.1锻压工艺基础135

8.1.1锻压概述135

8.1.2锻压的基本生产方式136

8.1.3金属的锻造性能137

8.2自由锻138

8.2.1自由锻设备与基本工序139

8.2.2自由锻工艺规程的制订142

8.2.3自由锻件的结构工艺性144

8.3模锻145

8.3.1锤上模锻145

8.3.2胎模锻148

8.4板料冲压149

8.4.1冲压设备150

8.4.2冲压模具150

8.4.3板料冲压的基本工序151

习题153

第9章焊接成形154

9.1焊接基本原理154

9.1.1焊接的物理本质154

9.1.2焊接热过程与焊接接头155

9.1.3焊接缺陷159

9.1.4焊接应力与变形161

9.2焊接方法与设备164

9.2.1焊接方法的分类164

9.2.2常用熔化焊方法165

9.2.3高能束焊169

9.2.4焊接机器人技术171

9.3常用金属材料的焊接173

9.3.1金属材料的焊接性173

9.3.2钢铁材料的焊接175

9.3.3其他金属材料的焊接177

习题179

第10章机械工程材料的选用180

10.1机械零件的失效分析180

10.1.1失效的概念180

10.1.2失效的形式180

10.1.3零件失效原因181

10.1.4失效分析182

10.2选用机械工程材料的原则与方法183

10.2.1使用性原则183

10.2.2工艺性原则186

10.2.3经济性原则186

10.2.4选用机械工程材料的方法188

10.3典型零件选材实例191

10.3.1轴类零件的选材191

10.3.2齿轮类零件的选材193

习题195

习题参考答案196

参考文献211

肖爱武，湖南化工职业技术学院 ，教研室主任，副教授，在在华中数控、南通科技、长征机床等企业挂职锻炼，积累了一定生产经验。主讲过《机械设计》 《机械工程材料》《工程材料与成型》《制造基础》《数控编程与加工》等课程，多次担任湖南省职业院校技能竞赛命题和裁判工作。主持省级课题3项，参与省级2项。获湖南省教学成果奖2项。发表论文15篇。2013年主持建设的《制造基础》课程获湖南省信息化教学大赛网络课程二等奖。2014年本人主持建设的《制造基础》课程教学空间立项为湖南省信息化“名师课堂”建设项目，2015年完成验收。2015年，基于世界大学城建设的个人教学空间被立项为“教师信息化教学应用示范网络学习空间”。

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前言

“机械工程材料与成形”课程是高等院校机械类、近机类专业的一门不可缺少的专业技术基础课。通过课程学习，使学生在掌握工程材料基础理论及热加工工艺基本知识的基础上，具备根据零件的使用条件和性能要求进行合理选材，并初步制订加工工艺路线的能力。

本书在编写过程中，注重学生在实际生产中的应用能力培养，以当前高等职业院校及职业岗位要求和学生对相关知识点的实际接受能力为依据，结合现代制造技术发展趋势，力求理论与实际、原理与工艺密切结合，在内容安排上，重点介绍工业生产中广泛应用的金属材料及其成形技术，并结合新材料新技术的发展介绍近年来日益广泛应用的材料及其成形技术，使本书不仅具有实用性，还具有一定的前瞻性。

本书从专业特点出发，重点阐述了工程材料的基础理论，材料的成分、组织、结构、热加工工艺与性能之间的关系等。本书主要内容包括：金属材料的力学性能，材料科学基础知识，热处理原理及各种热处理工艺方法，热处理在机械零件生产过程中的作用，工程材料的分类及编号，各种工程材料成分、组织、性能特点及用途，材料热加工成形方法(包括铸造成形、压力加工成形和焊接成形)等。

为方便教学，本书的内容已制作成用于多媒体教学的PPT课件，并将免费提供给采用本书作为教材的院校使用。如有需要，请发电子邮件至cipedu@163.com获取，或登录www.cipedu.com.cn免费下载。

本书由肖爱武、谭海林、赖春明主编，第1、5、10章由肖爱武编写，第7、8章由谭海林编写，第2、9章由赖春明编写，第3章由朱智文编写，第4章由李卡编写，第6章由孟少明编写，全书由肖爱武统稿。

由于编者水平有限，书中可能存在不足之处，恳请各位读者批评指正。

编者

2018年10月