工程材料及成型工艺

第1章 材料的种类与性能1

1.1 工程材料的分类1

1.1.1 材料简述1

1.1.2 工程材料分类2

1.2 材料的性能3

1.2.1 静载时材料的力学性能3

1.2.2 其他载荷作用下材料的力学性能6

1.2.3 材料高温和低温性能7

1.2.4 材料的物理性能8

1.2.5 材料的化学性能9

1.2.6 材料的工艺性能10

第2章 材料的结构11

2.1 金属的晶体结构11

2.1.1 材料原子（分子）的相互作用11

2.1.2 晶格与晶胞12

2.1.3 三种常见的金属晶体结构13

2.1.4 合金的晶体结构15

2.2 金属的实际晶体结构17

2.2.1 点缺陷17

2.2.2 线缺陷18

2.2.3 面缺陷18

2.2.4 缺陷与性能的关系18

2.3 非金属材料的结构19

2.3.1 高分子材料的结构19

2.3.2 陶瓷材料的结构19

第3章 金属材料的结晶21

3.1 纯金属的结晶21

3.1.1 金属结晶的温度21

3.1.2 金属结晶的规律21

3.1.3 金属晶粒的细化方法22

3.1.4 金属的同素异构转变24

3.2 合金相图及其应用24

3.2.1 相图的建立25

3.2.2 匀晶相图25

3.2.3 共晶相图27

3.2.4 其他相图30

3.2.5 合金的性能与相图的关系30

3.2.6 铸锭（件）的凝固31

3.3 铁碳合金相图33

3.3.1 铁碳合金相图分析33

3.3.2 典型铁碳合金的结晶过程及其组织36

3.3.3 铁碳合金的成分、组织与性能的关系39

第4章 金属热处理41

4.1 钢的热处理基本原理41

4.1.1 钢在加热和冷却时的转变温度41

4.1.2 钢在加热时的组织转变42

4.1.3 钢在冷却时的组织转变43

4.2 钢的普通热处理47

4.2.1 钢的退火47

4.2.2 钢的正火49

4.2.3 钢的淬火49

4.2.4 钢的回火52

4.3 钢的表面热处理54

4.3.1 表面淬火54

4.3.2 化学热处理55

第5章 机械工程用钢57

5.1 机械工业用钢概述57

5.1.1 钢中常存元素的作用57

5.1.2 钢中合金元素的作用57

5.1.3 钢的分类60

5.1.4 钢的编号方法60

5.2 碳素钢61

5.2.1 普通碳素结构钢62

5.2.2 优质碳素结构钢62

5.2.3 碳素铸钢63

5.2.4 碳素工具钢63

5.3 合金钢64

5.3.1 合金结构钢64

5.3.2 合金工具钢70

5.3.3 特殊性能钢74

5.4 铸铁77

5.4.1 铸铁的基本知识77

5.4.2 常用铸铁79

5.4.3 特种铸铁82

第6章 石油储运工程材料84

6.1 石油管杆材料84

6.1.1 石油管钢中合金元素的作用84

6.1.2 石油管钢的组织细化与性能89

6.1.3 石油管钢的组织与性能91

6.2 球罐用钢96

6.2.1 球罐用钢的基本要求96

6.2.2 球罐用钢的分类96

6.2.3 球罐用钢96

6.3 管道用钢101

6.3.1 管道钢的基本要求101

6.3.2 油气输送用管线钢管的种类及标准103

6.3.3 管线用钢的分类及性质103

6.3.4 管材选择的基本原则103

第7章 有色金属及其合金104

7.1 铝及铝合金104

7.1.1 概述104

7.1.2 变形铝合金105

7.1.3 铸造铝合金106

7.2 铜及铜合金108

7.2.1 纯铜（紫铜）108

7.2.2 铜合金109

7.3 钛及钛合金110

7.3.1 纯钛性能110

7.3.2 钛的合金化及钛合金分类110

7.3.3 钛及其合金的主要特性111

7.4 镁及镁合金111

7.4.1 纯镁111

7.4.2 镁合金112

第8章 新型材料113

8.1 形状记忆合金113

8.1.1 形状记忆合金的分类及特点113

8.1.2 形状记忆合金的用途114

8.2 减振合金114

8.2.1 减振合金的分类及特点114

8.2.2 减振合金的应用及发展115

8.3 纳米材料115

8.3.1 纳米微粒115

8.3.2 纳米结构材料116

8.4 非晶态材料116

8.5 磁性材料116

8.5.1 软磁材料117

8.5.2 硬磁材料117

第9章 铸造118

9.1 铸件成形基础理论118

9.1.1 液态合金充型能力118

9.1.2 铸件的凝固与收缩121

9.1.3 铸件的常见缺陷122

9.2 砂型铸造125

9.2.1 生产过程125

9.2.2 砂型铸造工艺125

9.3 特种铸造130

9.3.1 熔模铸造130

9.3.2 金属型铸造131

9.3.3 压力铸造132

9.3.4 低压铸造133

9.3.5 离心铸造133

9.4 常用合金铸件生产特点134

9.4.1 铸铁件134

9.4.2 铸钢件136

9.5 铸件的结构工艺性137

9.5.1 铸件质量对铸件结构的要求137

9.5.2 铸造工艺对铸件结构的要求138

9.5.3 不同铸造合金对铸件结构的要求140

第10章 金属塑性成形142

10.1 塑性变形基本理论142

10.1.1 金属塑性变形的实质142

10.1.2 塑性变形的基本形式142

10.1.3 金属的回复与再结晶143

10.1.4 冷变形与热变形144

10.1.5 锻造流线与锻造比144

10.1.6 金属的锻造性能145

10.2 常用锻造方法145

10.2.1 自由锻145

10.2.2 锤上模锻148

10.3 板料冲压151

10.3.1 分离工序152

10.3.2 成形工序154

10.3.3 冲压件结构工艺性158

10.4 石油管加工技术160

10.4.1 套管的不同加工方法及其性能特点161

10.4.2 无缝管的加工161

第11章 焊接167

11.1 熔化焊成形理论基础168

11.1.1 焊接电弧168

11.1.2 焊接冶金169

11.1.3 焊条170

11.1.4 焊接接头的金属组织与性能172

11.1.5 焊接应力与变形174

11.2 常用焊接方法176

11.2.1 电弧焊176

11.2.2 电渣焊179

11.2.3 电阻焊180

11.2.4 钎焊181

11.3 常用材料的焊接182

11.3.1 金属材料的焊接性182

11.3.2 碳素钢的焊接183

11.3.3 合金结构钢的焊接184

11.3.4 不锈钢的焊接185

11.3.5 铸铁的焊接185

11.3.6 非铁金属的焊接185

11.4 焊接结构工艺设计186

11.4.1 焊缝工艺设计原则186

11.4.2 接头型式的选择与设计189

第12章 石油化工设备焊接工艺191

12.1 球罐的焊接191

12.1.1 球罐焊接的内容和特点191

12.1.2 球罐的焊接方法和焊接材料191

12.1.3 球罐的焊接工艺评定194

12.1.4 球罐焊接施工和施焊顺序194

12.1.5 球罐焊接工艺要点195

12.1.6 球罐的焊后热处理197

12.2 管线钢的成型焊接200

12.2.1 螺旋缝埋弧焊钢管的成型焊接200

12.2.2 直缝高频电阻焊钢管的成型焊接203

第13章 机械零件失效分析及选材207

13.1 零件失效分析207

13.1.1 失效分析的目的及作用207

13.1.2 零件失效的原因207

13.1.3 零件失效的形式208

13.1.4 失效分析的思路及步骤209

13.2 选材的基本原则和方法210

13.2.1 选材的基本原则210

13.2.2 材料及成形工艺选择的步骤、方法、依据211

13.3 典型零件的材料及成形工艺选择218

13.3.1 轴杆类零件218

13.3.2 齿轮类零件219

13.3.3 箱体类零件219

参考文献221

《工程材料及成型工艺》以非材料类工科专业为对象，阐述了材料的相关基础理论，包括材料的种类与性质、材料的结构、金属材料的结晶、金属热处理、机械工程用钢、有色金属、新型材料、铸造、压力加工、焊接等；对石油化工储运工程用材料、管杆材料的压力加工、石油化工设备的焊接工艺做了重点介绍。 《工程材料及成型工艺》的特色是既重视材料基础理论介绍的系统性，又突出了石油化工常用材料选用、设备的成型等知识的介绍，从理论出发，以实例剖析特色材料的理论基础，深入浅出，满足不同层次的需求。
《工程材料及成型工艺》主要作为高等院校机械工程、油气储运、过程装备与控制等专业本科教学用教材或者教学参考书，同时也可供工程技术人员做参考阅读。