本书为高等学校应用型本科“十三五”规划教材。全书着力满足应用型本科的材料知识及应用体系的教学需求，主要特点体现为：强化了零件的性能要求，以实现零件性能要求和材料所具有的性能之间的对接，强化了选材和用材的基础知识；从学生将来工作知识需求角度取舍和组织所有内容，强化了铁碳相图、Ｃ曲线等主要知识，精简了部分其他知识，以突出主题；语言平实、深入浅出、图文并茂，而且引例、例题、习题较多，学生可边学边练边思考，提高了学习效果。
本书包括两大部分，一是材料科学及应用基础，二是常用工程材料。材料科学及应用基础主要包括工程材料性能指标及零件性能要求、晶体结构及结晶、钢的热处理和机械零件用材的选择等内容；常用工程材料主要介绍钢铁材料、有色金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料的组织性能及应用。
本书可作为应用型本科院校机械设计与制造、材料成形与控制工程、热加工等专业的教材，亦可供高职高专院校、成人教育、函授等职业教育院校选用。
“机械工程材料”是高等院校机械类或近机类专业必修的专业基础课程。 课程的主要任务是使学生在理解材料科学知识的基础上， 了解常用工程材料的种类、 成分、 组织、 性能等方面的知识， 培养学生选材和制定零件加工工艺路线的能力， 为学习其他专业课程以及从事机械设计和机械制造方面的工作奠定扎实的基础。
在多年的教学生涯中编者一直有一个愿望： 编一本学生眼中重点突出、 浅显易懂的材料书。 借助它既能使学生掌握材料科学的主要知识， 了解常用材料的性能及应用， 而又不为各种各样的专业术语所累， 更不为多样的零散知识和无穷的数据所包围。 本书的编写， 正是着力于实现上述目的。 教材好坏不在于知识多深多难， 而在于学生能从中获得多少。 本书特点如下：
（1） 结合学生的知识结构和未来工作需求组织取舍本书内容。 材料基础理论以工程应用需求为目的， 重点突出基础性。 实用工程材料以钢铁为主， 以与工程需求相适应。 绪论对全书进行了必要的铺垫， 讲述了本书的主线；材料性能指标以及零件需要的性能是选材用材的基础， 本书对此有所加强；材料的组织、 性能、 结晶以及热处理原理， 均以金属材料为主；为便于学习， 高分子材料的成分、 组织、 性能、 成形工艺及应用等所有内容放在一起， 陶瓷材料和复合材料亦是如此。 有些内容被适当删减， 如塑性变形理论和表面处理技术。
（2） 在内容安排上， 本书可分为两大部分： 第一部分讲述材料科学及应用基础， 包括工程材料性能指标及零件性能要求、 晶体结构及结晶、 钢的热处理、 机械零件用材的选择这四部分， 每部分单独设章；第二部分讲述各种材料的性能、 组织、 热处理和应用， 分为钢铁材料、 有色金属材料、 非金属材料（包括高分子材料、 陶瓷材料和复合材料）三章。 由于机械零件用材的选择涉及多种知识， 故此章放在全书的最后。 因此， 本书主干清晰， 条理分明。
（3） 本书注重引发学生思考， 突出工程应用， 书中引例、 例题、 习题以及实验指导齐全， 目的是引导学生边学边练边思考。 书中图表均与内容紧密相关， 图文并茂， 便于学生领会相关知识内容。 本书有配套课件， 需要者请发邮件至zhaoyacn@126.com索取。
参加本书编写的人员有： 南阳理工学院赵亚忠（绪论、 第1章、 第2章、 第3章）、 朱磊（第4章、 第6章第2节）；重庆科技学院罗晓东（第5章、 附录）；南阳师范学院马世榜（第6章第1节、 第7章）、 马春华（第6章第3节）。 本书由赵亚忠任主编并负责全书统稿， 朱磊、 马世榜、 罗晓东担任副主编， 马春华参编。 本书由南阳师范学院卢志文教授主审。
本书的编写力求适应机械类专业的应用需要， 并适应高等教育的改革和发展。 但由于编者水平有限， 书中不足之处在所难免， 恳请读者批评指正， 也请各位专家学者不吝赐教。
编 者
2016年5月
绪 论 1
0.1 工程材料的分类 1
0.2 材料在机械专业中的作用 3
第1章 工程材料的性能及使用性能要求 5
1.1 工程材料的性能 5
1.1.1 工程材料的力学性能 5
1.1.2 工程材料的物理和化学性能 16
1.2 工程材料的使用条件和性能要求 18
1.2.1 工程材料的使用条件 18
1.2.2 工程材料的使用性能要求 19
1.3 工程材料的工艺性能要求 23
复习思考题 25
第2章 晶体结构、结晶与相图 26
2.1 晶体的结构 26
2.1.1 原子间的结合键和结合能 26
2.1.2 晶体结构 28
2.1.3 三种常见的金属晶体结构 31
2.1.4 立方晶系中的晶向指数和晶面指数 33
2.1.5 晶体的各向异性 35
2.1.6 实际金属的晶体结构 36
2.2 纯金属的结晶 42
2.2.1 结晶的基本条件 42
2.2.2 纯金属的结晶过程 43
2.3 合金的结晶 46
2.3.1 合金的相结构 46
2.3.2 合金相图的建立 48
2.3.3 二元合金相图 49
2.3.4 合金性能与相图的关系 56
2.4 铁碳合金相图 57
2.4.1 铁碳合金的组元与基本相 57
2.4.2 铁碳合金相图分析 60
2.4.3 典型铁碳合金的结晶过程及其组织 63
2.4.4 碳对铁碳合金组织与性能的影响 68
2.5 金属的塑性变形 70
2.5.1 塑性变形机理 70
2.5.2 塑性变形对组织和性能的影响 74
2.5.3 金属的回复与再结晶 76
复习思考题 79
第3章 钢的热处理 81
3.1 钢的热处理原理 82
3.1.1 钢在加热时的组织转变 82
3.1.2 钢在冷却时的组织转变 84
3.2 钢的整体热处理 92
3.2.1 正火和退火 92
3.2.2 淬火 94
3.2.3 回火 99
3.3 化学热处理 101
3.3.1 钢的渗碳 101
3.3.2 钢的渗氮 103
3.3.3 碳氮共渗 104
3.4 热处理设备、技术条件及其工序位置 104
3.4.1 常用热处理设备 104
3.4.2 热处理技术条件和工序位置 106
3.5 其他热处理及表面处理 107
复习思考题 113
第4章 钢铁材料 114
4.1 工业用钢的基本知识 114
4.1.1 工业用钢的分类及牌号表示 114
4.1.2 合金元素的作用 116
4.2 碳素钢 119
4.2.1 普通碳素结构钢 119
4.2.2 优质碳素结构钢 120
4.2.3 碳素工具钢 120
4.2.4 碳素铸钢 121
4.3 合金结构钢 122
4.3.1 低合金高强度结构钢 122
4.3.2 合金渗碳钢 123
4.3.3 合金调质钢 125
4.3.4 弹簧钢 127
4.3.5 滚动轴承钢 129
4.3.6 易切削钢 130
4.4 合金工具钢 131
4.4.1 刃具钢 131
4.4.2 模具钢 135
4.4.3 量具钢 137
4.5 特殊性能钢 138
4.5.1 不锈钢 138
4.5.2 耐热钢 142
4.5.3 耐磨钢 144
4.6 铸铁 144
4.6.1 铸铁的石墨化 144
4.6.2 常用铸铁 147
复习思考题 153
第5章 有色金属材料 155
5.1 铝及铝合金 155
5.1.1 工业纯铝 155
5.1.2 铝的合金化及铝合金的分类 156
5.1.3 铝合金的热处理 157
5.1.4 铸造铝合金 159
5.1.5 变形铝合金 162
5.2 铜及铜合金 164
5.2.1 纯铜（紫铜） 164
5.2.2 铜合金 165
5.2.3 铜合金的性能特点及应用范围 171
5.3 镁合金、钛合金和轴承合金 171
5.4 粉末冶金材料 178
5.4.1 粉末冶金工艺 178
5.4.2 粉末冶金材料 178
复习思考题 179
第6章 非金属材料和复合材料 180
6.1 高分子材料 180
6.1.1 高分子化合物基本知识 181
6.1.2 高分子材料的结构 184
6.1.3 高分子材料的物理状态及性能 188
6.1.4 工程高分子材料 192
6.2 陶瓷材料 202
6.2.1 陶瓷的分类和制备 203
6.2.2 陶瓷材料的组织 204
6.2.3 陶瓷材料的性能特点 207
6.2.4 工程陶瓷简介 209
6.3 复合材料 211
6.3.1 复合材料的结构 211
6.3.2 增强相及增强原理 212
6.3.3 复合材料的性能特点 214
6.3.4 常用复合材料 216
复习思考题 220
第7章 机械零件用材的选择 222
7.1 材料失效形式及失效分析 222
7.1.1 材料的失效 222
7.1.2 材料的失效形式 223
7.1.3 失效分析方法 226
7.2 选材的原则、方法和依据 227
7.2.1 选材的原则 227
7.2.2 选材的方法和依据 229
7.3 典型零件材料的选择 239
复习思考题 243
附录 245
附录A 部分钢的临界温度 245
附录B 硬度换算表 246
附录C 金属材料常用腐蚀剂 247
附录D 实验指导书（仅供参考） 248
参考文献 261
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