工程材料

绪论1

第1篇金属材料基础

1金属学基础4

1.1金属的晶体结构和缺陷4

1.1.1纯金属的晶体结构4

1.1.2金属的晶体缺陷8

1.2金属的结晶10

1.2.1纯金属的结晶过程10

1.2.2金属铸锭的组织和结构11

1.2.3细晶强化与变质处理12

1.3金属的塑性变形与再结晶13

1.3.1金属塑性变形对金属组织和性能的影响13

1.3.2塑性变形金属的加热回复与再结晶14

1.3.3金属的热加工15

1.4二元合金的相结构和相图16

1.4.1合金的相结构16

1.4.2二元合金相图的类型和分析18

习题和思考题21

2铁碳合金的结构和相图22

2.1Fe-Fe3C合金相图分析23

2.1.1铁碳合金相图中的基本相23

2.1.2Fe-Fe3C合金相图23

2.2典型铁碳合金的结晶过程及组织24

2.2.1共析钢24

2.2.2亚共析钢25

2.2.3过共析钢26

2.3铁碳合金性能与成分、组织的关系27

2.3.1合金性能与相图的关系27

2.3.2Fe-Fe3C合金相图的应用28

习题和思考题29

3钢的热处理和表面改性30

3.1钢在热处理时的组织转变30

3.1.1钢在加热时的组织转变31

3.1.2钢在冷却时的组织转变32

3.2钢的热处理工艺对组织和性能的影响35

3.2.1钢的退火和正火35

3.2.2钢的淬火36

3.2.3钢的回火38

3.3钢的表面处理强化39

3.3.1钢的表面热处理强化40

3.3.2钢的化学热处理强化40

3.3.3钢的表面处理改性42

习题和思考题47

4钢的合金化对组织和性能的影响48

4.1合金元素在钢中的存在形式和作用48

4.2合金元素对钢热处理的影响49

4.2.1合金元素对Fe-Fe3C相图的影响49

4.2.2合金元素对加热和冷却转变的影响50

4.2.3合金元素对回火转变的影响50

4.3合金元素对钢加工性能的影响51

4.4钢中杂质对性能的影响52

4.5钢的分类简介52

4.5.1碳钢的分类与牌号52

4.5.2合金钢的分类53

习题和思考题54

第2篇过程装备用金属材料

5金属材料的主要性能56

5.1金属材料的力学性能56

5.1.1力学性能56

5.1.2服役条件对力学性能的影响64

5.2金属材料的加工工艺性能65

5.2.1焊接性能65

5.2.2铸造性能68

5.2.3压力加工性能68

5.2.4机加工性能69

5.2.5热处理性能69

5.3金属材料的物理性能与耐腐蚀性能69

5.3.1物理性能69

5.3.2耐腐蚀性能70

习题和思考题70

6过程装备失效与材料的关系72

6.1金属材料常见失效形式及其判断72

6.1.1变形失效72

6.1.2断裂失效74

6.1.3表面损伤83

6.2过程装备及其构件失效的原因和失效分析86

6.2.1过程装备及其构件失效的原因86

6.2.2失效分析方法简介87

习题和思考题88

7黑色金属及其选用90

7.1压力容器用钢90

7.1.1压力容器的工况分析90

7.1.2压力容器对材料性能的要求90

7.1.3压力容器用钢91

7.2高温及低温构件用钢95

7.2.1高温用钢95

7.2.2低温用钢103

7.3耐腐蚀构件用钢108

7.3.1腐蚀的工况特点108

7.3.2合金元素对金属耐蚀性的影响109

7.3.3杂质对钢铁耐蚀性的影响111

7.3.4碳钢的耐蚀性113

7.3.5耐蚀低合金钢114

7.3.6耐蚀高合金钢119

7.3.7耐蚀、耐磨、耐热铸铁和铸钢122

7.4零部件用钢126

7.4.1回转件用钢126

7.4.2支撑件用钢及铸铁129

7.5管道用钢及铸铁134

7.5.1压力管道的工况分析及对材料性能的要求134

7.5.2管道用钢及铸铁134

习题和思考题135

8有色金属及其选用137

8.1钛及钛合金137

8.1.1钛和钛合金的基本性能137

8.1.2钛及钛合金的耐蚀性140

8.1.3钛在过程装备中的选用142

8.2铝及铝合金142

8.2.1纯铝的性能142

8.2.2铝合金的性能143

8.2.3铝合金的加工性能145

8.2.4铝及铝合金的耐腐蚀性能146

8.2.5铝及铝合金在过程装备中的选用147

8.3铜及铜合金147

8.3.1纯铜的性能147

8.3.2铜合金的性能148

8.3.3铜和铜合金在过程装备中的选用151

8.4镍和镍合金154

8.4.1纯镍的基本性能154

8.4.2镍基合金的基本性能155

8.4.3镍及其合金在过程装备中的选用155

8.5轴承合金158

8.5.1轴承合金的性能要求及组织特征158

8.5.2锡基和铅基轴承合金159

8.5.3铜基轴承合金161

8.5.4铝基轴承合金163

8.5.5轴承合金在过程装备上的选用164

习题和思考题166

9选材原则和材料数据库、专家系统简介168

9.1过程装备材料选用的一般原则168

9.1.1使用性能原则168

9.1.2加工工艺性能原则169

9.1.3经济性原则169

9.2工程材料数据库简介169

9.3材料选用专家系统简介171

习题和思考题173

第3篇过程装备用非金属材料

10高分子材料基础176

10.1高分子材料概述176

10.1.1高分子材料的基本概念及分类176

10.1.2高分子材料的命名177

10.2高分子材料的结构与性能178

10.2.1高分子材料组织结构的特点178

10.2.2影响高分子材料性能的因素180

10.2.3高分子材料的主要性能特点和断裂特点183

10.3高分子材料的成型加工184

10.3.1塑料的成型加工184

10.3.2橡胶的成型加工189

10.3.3成型加工方法对高分子材料性能的影响189

10.4高分子材料的改性191

10.4.1改性目的和方法简介191

10.4.2聚合物的共混改性192

10.4.3聚合物的填充与增强改性193

习题和思考题195

11高分子材料及其选用196

11.1过程装备用高分子材料的选择原则196

11.1.1过程装备选用的高分子材料性能特点196

11.1.2过程装备对高分子材料的选择原则197

11.2常用工程塑料199

11.2.1耐腐蚀性塑料199

11.2.2耐磨性塑料205

11.2.3耐热工程塑料208

11.2.4其他211

11.3橡胶及热塑性弹性体212

11.3.1橡胶的性能和用途212

11.3.2耐磨橡胶213

11.3.3耐腐蚀橡胶214

11.3.4耐油橡胶215

11.3.5耐热橡胶215

11.3.6热塑性弹性体的性能和用途217

11.4热固性塑料218

习题和思考题219

12无机非金属材料220

12.1无机非金属材料基本特性220

12.1.1无机非金属材料的定义与分类220

12.1.2无机非金属材料的组成与结构220

12.1.3无机非金属材料的基本性能224

12.2过程装备用无机非金属材料的性能特点及应用225

12.2.1化工陶瓷225

12.2.2特种陶瓷226

12.2.3玻璃230

12.2.4化工搪瓷231

12.2.5隔热耐火材料232

12.2.6石墨材料235

习题和思考题238

13复合材料239

13.1复合增强理论及增强体材料239

13.1.1复合增强理论简介239

13.1.2增强体材料241

13.1.3复合材料的性能特点241

13.2树脂基复合材料（玻璃钢）242

13.2.1玻璃钢的组成材料243

13.2.2玻璃钢的制备方法244

13.2.3玻璃钢的性能特点和应用246

13.3金属基复合材料248

13.3.1金属基复合材料制备方法248

13.3.2金属基复合材料的特性248

13.4陶瓷基复合材料250

13.4.1陶瓷基复合材料制备方法250

13.4.2陶瓷基复合材料的特性250

习题和思考题251

参考文献253

　　本书是按照普通高等教育“十一五”国家级规划教材的规划进行编写的。全书以过程装备常用材料的性能和选材使用为主线，共分13章三篇，各篇有单元提要，各章前有导读、后有习题及思考题。本书主要作为过程装备与控制工程专业学生的核心课教材，也可供化工、轻工、石化和制药类专业的学生选用，同时可供过程装备设计和制造的工程技术人员参考。　　本书是按照普通高等教育“十一五”国家级规划教材的规划进行编写的。本书以过程装备常用材料的性能和选材使用为主线，全书共13章分为三篇，各篇有单元提要，各章前有导读、后有习题及思考题。　　第一篇金属材料基础，注重揭示材料微观结构与宏观性能的关系、金属的强化改性与组织结构的关系。第二篇过程装备用金属材料，重点阐明黑色金属材料的性能、失效和选材，并介绍有色金属的性能和选材。着重突出过程装备的压力容器、高低温、管道、回转件、腐蚀磨损和过程装备服役环境下的选材和举例。适应信息高速公路，简介了“工程材料数据库及选材专家系统”。第三篇过程装备用非金属材料，简要阐明非金属材料的特性和选材应用，重点是在过程装备应用的工程塑料、陶瓷和玻璃钢。同时从高分子材料的改性和复合材料的制备入手，阐述材料复合改性的思路。　　本书主要作为过程装备与控制工程专业学生的核心课教材，也可供化工、轻工、石化和制药类专业的学生选用，同时可供过程装备设计和制造的工程技术人员参考。