材料工程基礎(chǔ)（魯璽麗）

本書以材料制備-加工工藝-常用工程材料-典型工程應(yīng)用為主線進(jìn)行編寫，涵蓋材料工程相關(guān)的基礎(chǔ)理論，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決材料領(lǐng)域?qū)嶋H工程技術(shù)問題的基本能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力。本書主要包括金屬冶金、金屬材料的加工工藝?yán)碚?、鋼鐵材料工程、有色金屬材料工程、高分子材料工程、陶瓷材料工程、復(fù)合材料工程、功能材料及應(yīng)用等內(nèi)容，并針對(duì)零件的失效分析、選材、制備及制定工藝方案等核心工程技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。本書兼有基礎(chǔ)性、知識(shí)性、實(shí)用性與實(shí)踐性等特點(diǎn)，既可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課教材，也可作為材料專業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

魯璽麗 哈爾濱工程大學(xué)副教授。材料學(xué)專業(yè)、化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)碩士生導(dǎo)師。哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料物理與化學(xué)專業(yè)獲工學(xué)碩士及工學(xué)博士學(xué)位，2015年9月赴美國(guó)賓西法尼亞州立大學(xué)做訪問學(xué)者1年。近來年以第*一/通訊作者在European Polymer Journal、Journal of Biomaterials Science Polymer Edition等期刊上發(fā)表和接收SCI收錄論文10余篇，承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家博士后科研基金、哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)基金等項(xiàng)目，獲授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)，獲省部級(jí)二等獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。

材料工程基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是幫助材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生從材料科學(xué)基礎(chǔ)向材料加工和應(yīng)用跨越的一門重要課程。《中國(guó)材料工程大典》中指出“廣義的材料工程包括材料制備、測(cè)試和加工成形過程”，因此材料制備和加工過程中所涉及的技術(shù)和方法問題皆屬于材料工程基礎(chǔ)問題，而各大材料體系如金屬材料工程、高分子材料工程、無機(jī)非金屬材料工程和復(fù)合材料工程等則為具體工程實(shí)際應(yīng)用，也就是說材料工程主要包括兩方面的內(nèi)容，即材料的制備及成形工藝和工程材料。本書以教學(xué)基本要求為出發(fā)點(diǎn)，以基本知識(shí)和基本技能的傳授為主線，在工程應(yīng)用環(huán)節(jié)上將不同材料體系在工程領(lǐng)域的新技術(shù)、最新科研成果和工程應(yīng)用案例講解編寫到教材中，體現(xiàn)了制造技術(shù)和工程材料的發(fā)展。本書注重學(xué)生獲取知識(shí)，在內(nèi)容的選擇和安排上既系統(tǒng)豐富又重點(diǎn)突出，在課程難點(diǎn)和重點(diǎn)把握上，強(qiáng)調(diào) “自主學(xué)習(xí)”的理念，根據(jù)教學(xué)規(guī)律設(shè)計(jì)相對(duì)豐富的助學(xué)、導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，每章前有“導(dǎo)讀”、“學(xué)習(xí)目標(biāo)”和“教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)”；為了幫助學(xué)生加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，掌握和鞏固所學(xué)的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，每章后有“思考題”和“自測(cè)題”，自測(cè)題在網(wǎng)上有對(duì)應(yīng)的解答，以幫助學(xué)生自己檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。讓學(xué)生通過這門課程的學(xué)習(xí)，除了掌握材料工程方面基礎(chǔ)的、共性的具體知識(shí)外，還能夠了解相關(guān)新技術(shù)、科研成果和工程應(yīng)用進(jìn)展，學(xué)會(huì)如何分析和解決實(shí)際工程問題，建立基本的工程思維方式，提升工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出適應(yīng)相關(guān)工程領(lǐng)域要求的材料科學(xué)與工程專業(yè)技術(shù)人才。
本書的編寫思路：按照材料體系劃分為四大類，即金屬材料工程、高分子材料工程、陶瓷材料工程和復(fù)合材料工程，在每一大類中，以材料制備-加工工藝-典型材料-典型工程應(yīng)用為主線展開，既保證了基本教學(xué)信息和知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)性和寬泛性，又體現(xiàn)出具體內(nèi)容的針對(duì)性和深入性。
本書的主要內(nèi)容包括：金屬冶金、金屬材料的加工工藝?yán)碚?、鋼鐵材料工程、有色金屬材料工程、高分子材料工程、陶瓷材料工程、復(fù)合材料工程、功能材料及應(yīng)用。
本書的編寫分工如下：第1章和第2章由田兵編寫，第3章由魯璽麗和田兵編寫，第4章、第7章和第8章由陳楓編寫，緒論、第5章和第6章由魯璽麗編寫。全書由薛麗莉主審。
感謝哈爾濱工程大學(xué)教材建設(shè)資金的資助。我們深感才疏學(xué)淺，書中難免有疏漏之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)、指正。

編者
2024年8月

0緒論
0.1材料工程的內(nèi)涵 001
0.2材料工程與環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展 001

第1章金屬冶金
1.1冶金工程基礎(chǔ) 003
1.1.1原子間的鍵合 003
1.1.2結(jié)合鍵與原子間距的關(guān)系 007
1.1.3結(jié)合鍵與性能的關(guān)系 008
1.2鋼鐵冶煉 009
1.2.1鋼鐵冶金熱力學(xué)基本原理 009
1.2.2生鐵冶煉 011
1.2.3鋼的冶煉 016
1.3有色金屬冶煉 022
1.3.1有色金屬冶煉方法 022
1.3.2典型有色金屬冶金 023
本章小結(jié) 032
思考題與練習(xí)題 032
自測(cè)題 033
參考文獻(xiàn) 033

第2章金屬材料的加工工藝?yán)碚?
2.1金屬材料液態(tài)成形 034
2.1.1液態(tài)成形基本理論 034
2.1.2鑄造工藝方法 038
2.2金屬塑性成形 042
2.2.1塑性成形基礎(chǔ)理論 042
2.2.2塑性成形工藝設(shè)計(jì) 047
2.2.3塑性成形方法及應(yīng)用 051
2.3金屬材料的焊接 055
2.3.1焊接基本理論 056
2.3.2常用焊接基本方法 060
2.4金屬材料的表面工程技術(shù) 069
2.4.1表面合金化技術(shù) 069
2.4.2表面覆蓋和覆膜技術(shù) 072
2.4.3表面組織轉(zhuǎn)化 077
本章小結(jié) 080
思考題 080
自測(cè)題 080
參考文獻(xiàn) 081

第3章鋼鐵材料工程
3.1碳素鋼概述 082
3.1.1碳素鋼的化學(xué)成分和分類 083
3.1.2碳素結(jié)構(gòu)鋼 084
3.1.3優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 085
3.1.4碳素工具鋼 086
3.2鋼的合金化原理 088
3.2.1鋼中合金元素及其分類依據(jù) 088
3.2.2合金元素對(duì)鋼的作用 089
3.3合金結(jié)構(gòu)鋼 096
3.3.1工程構(gòu)件用鋼 096
3.3.2機(jī)械零件用鋼 099
3.3.3機(jī)械零件的失效和選材原則 109
3.3.4典型工件的選材及工藝路線設(shè)計(jì) 117
3.4合金工具鋼 124
3.4.1刃具鋼 124
3.4.2模具鋼 128
3.4.3量具鋼 132
3.5特殊性能鋼 133
3.5.1不銹鋼 133
3.5.2耐熱鋼和高溫合金 136
3.5.3耐磨鋼 139
3.6鑄鐵 140
3.6.1鑄鐵的特點(diǎn)及分類 140
3.6.2鑄鐵的結(jié)晶及石墨化 141
3.6.3常用鑄鐵及其工程應(yīng)用 143
本章小結(jié) 151
思考題與練習(xí)題 151
自測(cè)題 152
參考文獻(xiàn) 152

第4章有色金屬材料工程
4.1概述 154
4.2鋁及鋁合金 156
4.2.1純鋁 157
4.2.2鋁的合金化及分類 157
4.2.3鋁合金的熱處理 159
4.2.4變形鋁合金 161
4.2.5鑄造鋁合金 162
4.3銅及銅合金 164
4.3.1純銅 164
4.3.2銅的合金化及分類 164
4.4鈦及鈦合金 167
4.4.1純鈦 167
4.4.2鈦的合金化及分類 168
4.4.3鈦合金的熱處理 171
4.5鎂及鎂合金 173
4.5.1鎂合金的分類 173
4.5.2典型鎂合金 175
本章小結(jié) 176
思考題與練習(xí)題 176
自測(cè)題 177
參考文獻(xiàn) 177

第5章高分子材料工程
5.1高分子材料概述 179
5.1.1高分子材料的基本概念 179
5.1.2高分子材料的分類 180
5.1.3高分子材料的結(jié)構(gòu) 181
5.1.4高分子材料的性能 185
5.2高分子材料的合成 187
5.2.1加聚反應(yīng) 187
5.2.2縮聚反應(yīng) 190
5.3高分子材料的成型和加工 191
5.3.1擠出成型 191
5.3.2注射成型 192
5.3.3壓制成型 194
5.3.4吹塑成型 195
5.4高分子合成材料 195
5.4.1塑料 195
5.4.2橡膠 206
5.4.3合成纖維 210
5.4.4膠黏劑和涂料 214
本章小結(jié) 218
思考題與練習(xí)題 218
自測(cè)題 219
參考文獻(xiàn) 219

第6章陶瓷材料工程
6.1陶瓷材料概述 221
6.1.1陶瓷材料的定義及分類 221
6.1.2陶瓷材料的制備工藝 222
6.1.3陶瓷材料的組織與結(jié)構(gòu) 226
6.1.4陶瓷材料的性能 229
6.2普通陶瓷 231
6.2.1普通日用陶瓷 231
6.2.2普通工業(yè)陶瓷 232
6.3特種陶瓷 233
6.3.1氧化物陶瓷 233
6.3.2氮化物陶瓷 236
6.3.3碳化物陶瓷 237
6.4功能陶瓷 238
6.4.1壓電陶瓷 238
6.4.2超導(dǎo)陶瓷 239
6.4.3磁性陶瓷 241
6.4.4敏感陶瓷 241
本章小結(jié) 243
思考題與練習(xí)題 243
自測(cè)題 244
參考文獻(xiàn) 244

第7章復(fù)合材料工程
7.1概述 245
7.1.1復(fù)合材料的定義和分類 246
7.1.2復(fù)合材料特點(diǎn) 248
7.1.3復(fù)合材料的復(fù)合法則 250
7.2復(fù)合材料的界面 251
7.2.1界面組成及分類 252
7.2.2界面效應(yīng) 253
7.2.3界面結(jié)合 254
7.3金屬基復(fù)合材料 255
7.3.1金屬基復(fù)合材料的制備工藝 256
7.3.2典型金屬基復(fù)合材料及其工程應(yīng)用 262
7.4樹脂基復(fù)合材料 263
7.4.1樹脂基復(fù)合材料的制備工藝 264
7.4.2典型樹脂基復(fù)合材料在水面艦船的應(yīng)用 272
7.5陶瓷基復(fù)合材料 274
7.5.1陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝 274
7.5.2典型陶瓷基復(fù)合材料及其工程應(yīng)用 276
本章小結(jié) 279
思考題與練習(xí)題 279
自測(cè)題 279
參考文獻(xiàn) 280

第8章功能材料及應(yīng)用
8.1概述 282
8.2納米材料 283
8.2.1納米材料的基本特征 283
8.2.2納米材料及其分類 284
8.2.3納米固體材料 286
8.3磁性材料 291
8.3.1磁學(xué)基本知識(shí) 291
8.3.2物質(zhì)的磁性 293
8.3.3磁性材料的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用 294
8.4智能材料 298
8.4.1智能材料的定義與內(nèi)涵 298
8.4.2智能材料的分類 299
8.4.3典型智能材料 299
8.5隱身材料 303
8.5.1隱身技術(shù)簡(jiǎn)介 303
8.5.2雷達(dá)吸波隱身材料 303
8.5.3紅外隱身材料 305
8.5.4可見光隱身材料 306
8.5.5多波段隱身材料 307
8.5.6聲隱身材料 308
8.6新能源材料 309
8.6.1新能源材料概述 309
8.6.2鋰離子電池材料 309
8.6.3燃料電池材料 311
8.6.4太陽能電池材料 314
本章小結(jié) 316
思考題與練習(xí)題 317
自測(cè)題 317
參考文獻(xiàn) 317