本书系统地介绍了机械工程技术人员必备的工程材料基本理论知识，并以实例说明了工程材料的选用和热处理工艺规范等方面的内容。全书共12章，内容包括金属材料的力学性能、金属的晶体结构与结晶、合金的相结构与相图、铁碳合金相图、钢的热处理、金属的强韧化及塑性变形、钢的合金化及分类和编号、工业用钢、铸铁、有色金属及粉末冶金材料、其他工程材料、零件选材及工艺路线等。为丰富教学内容，本书增加了阅读材料，读者可扫描书中二维码阅读。
本书可作为高等学校机械设计制造及其自动化等机械类和近机械类各专业教材，也可作为相关工程技术人员的参考书或企业员工的培训教材。
“机械工程材料”是高等学校机械类和近机械类各专业的专业基础课。该课程的教学目的是从工程应用的角度出发，阐述机械工程材料的基本理论，使学生掌握材料的成分、结构、制备工艺、组织及性能之间的关系，从而能够正确选材、用材，合理安排热处理工艺。
当今世界经济全球化、产业结构调整、现代装备制造业转移升级等势头强劲，企业工程技术人员必须具备较为全面的机械、材料、控制等学科知识，其中工程材料知识已成为工程教育认证要求的必备知识。本书基于应用型本科院校转型发展和工程教育专业认证的背景，结合编者多年的企业工作和高校教学经验，并吸收了近年来本课程的教学改革成果编写而成。
本书是校企合作的成果，在编写过程中注重理论知识与工程背景、工程应用的有机联系，书中列举了有较大参考价值和借鉴意义的工程材料选用实例，特别是密切结合了我国历史上或近现代在材料制备和应用方面取得的成就，以帮助学生树立工程意识和可持续发展观，培养分析问题和解决问题的能力，从而实现高校培养与企业人才需求的无缝衔接。
本书致力于科学性、系统性和应用性的结合，力求体系完整、结构合理。书中各章均以“项目设计”(问题)为导向，有明确的“学习成果达成要求”，章节编排以“使用性能—结构与合成—组织与性能—强韧化工艺(塑性变形、热处理、合金化)—常用工程材料—选材用材”为主线，介绍了各类工程材料的成分、组织结构、加工工艺、性能特点和应用，突出两图(铁碳合金相图、C曲线)在科学研究和指导生产中的重要地位，结合实例说明了选用材料的原则和方法，并以二维码的形式给出了部分扩展资料和各章的知识点总结。
本书编写按照现行国家标准，尽可能采用最新的数据和资料，适当增加新材料、新工艺、新技术，突出机械工程材料的应用。本书可作为高等学校机械类和近机械类各专业教材，也可供高职高专、中职和网络教育等学校有关专业选用，亦可作为有关工程技术人员的参考书或企业员工的培训教材。
本书的主要编写人员均来自洛阳理工学院，李妙玲、武亚平担任主编，陈智勇、李豪、季晔、梁莉、任海军、祖大磊担任副主编。全书由李妙玲统稿。具体编写分工为：李妙玲编写绪论和第一、二章，武亚平编写第五章，李豪编写二维码内容(如三元合金相图基础、扩散和各章小结等)，任海军编写第三、四、十二章，季晔编写第六、十章，梁莉编写第七、十一章，陈智勇和祖大磊编写第八、九章，目录、附录、参考文献等由武亚平整理。
本书在编写过程中得到了西北工业大学齐乐华教授、中北大学原美妮教授的指导，在此表示感谢。中信重工机械股份有限公司张志勇、洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司杨纪昌、河南特种设备检测研究院洛阳分院刘振刚对本书的编写给予了极大的支持，并提出了宝贵意见。
与本书配套的《机械工程材料习题集》《机械工程材料实验教程》将陆续出版，欢迎选用。
在本书的编写过程中，作者参阅了有关教材、标准、资料，在此向相关作者表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
2022年2月
绪论 1
第一章 金属材料的力学性能 6
1.1 金属材料在静载荷下的力学性能 6
1.1.1 强度和塑性 7
1.1.2 硬度 10
1.2 金属材料在动载荷下的力学性能 15
1.2.1 冲击韧性 15
1.2.2 疲劳强度 17
1.2.3 断裂韧性 18
1.3 高温下材料的力学性能 19
1.4 耐磨性 21
习题与思考题 21
第二章 金属的晶体结构与结晶 23
2.1 晶体与晶体结构 23
2.2 金属的晶体结构 25
2.2.1 常见金属的晶格类型 26
2.2.2 晶面与晶向的表示方法 28
2.3 实际金属中的晶体缺陷 30
2.4 金属的结晶 33
2.4.1 纯金属的结晶 33
2.4.2 金属结晶理论的应用 38
习题与思考题 41
第三章 合金的相结构与相图 42
3.1 合金的相结构和相图的建立 42
3.1.1 合金的相结构及其性能 43
3.1.2 合金的结晶与相图的建立 46
3.2 二元合金相图基础 48
3.2.1 二元匀晶相图 48
3.2.2 二元共晶相图 50
3.2.3 其他类型的相图 54
3.3 合金性能与相图间的关系 56
3.3.1 合金的使用性能与相图的关系 56
3.3.2 合金的工艺性能与相图和成分的
关系 57
习题与思考题 59
第四章 铁碳合金相图 60
4.1 铁碳合金中的基本相和组织 60
4.1.1 同素异构(晶)转变和重结晶 61
4.1.2 铁碳合金中的基本相和组织 61
4.2 Fe-Fe3C相图 65
4.3 典型铁碳合金的结晶过程及其组织 67
4.3.1 工业纯铁 68
4.3.2 碳钢 68
4.3.3 白口铸铁 74
4.4 含碳量对铁碳合金组织和性能的
影响 77
4.4.1 含碳量与平衡组织及力学性能的
关系 77
4.4.2 铁碳合金相图的应用 79
习题与思考题 82
第五章 钢的热处理 83
5.1 钢的热处理概述 84
5.2 钢在加热时的转变 85
5.2.1 奥氏体的形成过程 85
5.2.2 影响奥氏体转变和晶粒大小的
因素 87
5.3 钢在冷却时的转变 90
5.3.1 共析钢过冷奥氏体等温转变
曲线 90
5.3.2 过冷奥氏体转变及其产物的
组织形态与性能 91
5.3.3 影响过冷奥氏体等温转变的
因素 97
5.3.4 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 99
5.4 钢的普通热处理 101
5.4.1 钢的退火和正火 101
5.4.2 钢的淬火 104
5.4.3 钢的回火 109
5.4.4 钢的淬透性 113
5.5 钢的表面淬火 117
5.6 钢的化学热处理 120
5.6.1 化学热处理的基本过程 120
5.6.2 钢的渗碳和渗氮 121
5.7 热处理技术条件的标注及工序位置的
安排 127
5.8 热处理新技术和新工艺 129
5.9 钢铁材料的表面处理技术 131
5.9.1 电镀 131
5.9.2 化学镀 132
5.9.3 气相沉积技术 133
5.9.4 热喷涂 135
5.9.5 表面形变强化 136
习题与思考题 137
第六章 金属的强韧化及塑性变形 140
6.1 金属材料的强韧化机理及常用途径 140
6.2 金属塑性变形的实质 144
6.2.1 单晶体的塑性变形 144
6.2.2 多晶体的塑性变形 148
6.3 塑性变形对金属组织和性能的影响 149
6.3.1 冷塑性变形对金属组织的影响 149
6.3.2 冷塑性变形对金属性能的影响 150
6.4 冷变形金属在加热时的变化 152
6.4.1 回复和再结晶 152
6.4.2 再结晶后的晶粒大小 154
6.5 金属的热塑性变形(热变形加工) 155
习题与思考题 157
第七章 钢的合金化及分类和编号 159
7.1 钢中常存杂质元素及其对钢性能的
影响 159
7.2 合金元素在钢中的主要作用 161
7.2.1 合金元素对钢中基本相的影响 161
7.2.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的
影响 163
7.2.3 合金元素对钢热处理的影响 164
7.3 合金化对钢强韧性的作用 166
7.4 钢的分类 168
7.5 钢的编号及统一数字代号 169
习题与思考题 174
第八章 工业用钢 175
8.1 结构钢 175
8.1.1 普通碳素结构钢和低合金高强度
结构钢 176
8.1.2 优质碳素结构钢 178
8.1.3 机械结构用钢(渗碳钢、调质钢、
弹簧钢、轴承钢、铸造碳钢) 181
8.1.4 其他专用结构钢(易切削结构钢和
锅炉压力容器用钢) 193
8.2 工模具钢 196
8.2.1 刃具用钢 196
8.2.2 模具用钢 205
8.2.3 量具用钢 216
8.2.4 轧辊用钢 218
8.3 特殊性能钢 220
8.3.1 不锈钢 220
8.3.2 耐热钢 226
8.3.3 耐磨钢 230
8.3.4 其他特殊钢 232
习题与思考题 234
第九章 铸铁 236
9.1 铸铁的分类及石墨化 236
9.1.1 铸铁石墨化 237
9.1.2 铸铁分类及特点 239
9.2 常用铸铁 241
9.2.1 灰铸铁 241
9.2.2 球墨铸铁 244
9.2.3 可锻铸铁 246
9.2.4 蠕墨铸铁 248
9.3 特殊性能合金铸铁 250
9.4 铸铁的热处理 253
9.4.1 灰铸铁的热处理 253
9.4.2 球墨铸铁的热处理 254
习题与思考题 256
第十章 有色金属及粉末冶金材料 257
10.1 铝及铝合金 257
10.1.1 工业纯铝 257
10.1.2 铝合金 258
10.1.3 形变铝合金 261
10.1.4 铸造铝合金 263
10.2 铜及铜合金 265
10.2.1 工业纯铜 265
10.2.2 铜合金 266
10.3 镁及镁合金 270
10.3.1 工业纯镁 270
10.3.2 镁合金 270
10.4 钛及钛合金 273
10.4.1 工业纯钛 273
10.4.2 钛合金 274
10.5 轴承合金 275
10.6 粉末冶金材料 278
10.6.1 粉末冶金的分类和用途 279
10.6.2 硬质合金 282
习题与思考题 283
第十一章 其他工程材料 284
11.1 高分子材料 284
11.1.1 高分子材料的结构和
力学状态 284
11.1.2 高分子材料的力学、物化性能
特点 288
11.1.3 常用高分子材料 290
11.2 陶瓷材料 296
11.2.1 陶瓷材料及其分类 296
11.2.2 陶瓷材料的制备和结构特点 297
11.2.3 陶瓷材料的力学、物化
性能特点 300
11.2.4 陶瓷及其复合材料的研究和
应用 301
11.3 复合材料 305
11.3.1 复合材料的分类和性能 305
11.3.2 常用复合材料及应用 308
11.4 新型材料 311
11.4.1 形状记忆合金 311
11.4.2 非晶态合金 313
11.4.3 超塑性合金 316
11.4.4 纳米材料 317
习题与思考题 321
第十二章 零件选材及工艺路线 322
12.1 机械零件的主要失效形式及失效
分析 322
12.1.1 机械零件的主要失效形式 323
12.1.2 工程材料的失效分析方法 324
12.2 机械零件选材原则和步骤 325
12.2.1 选材方法 325
12.2.2 选材步骤和方法 329
12.3 典型零件选材及工艺路线 330
12.3.1 齿轮类 331
12.3.2 轴类 333
12.3.3 典型弹簧零件材料选择 337
12.3.4 刃具的选材 338
12.3.5 机架和箱体零件选材 341
12.3.6 典型农机零件的选材 342
12.3.7 压力容器的选材 343
12.3.8 冷作模具选材 345
12.3.9 热作模具选材 346
习题与思考题 347
附录 主要相关国家标准 349
参考文献 352
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