工程材料性能与应用基础(李镇江)

本书是依据《*关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》精神，参照有关专业教学的基本要求，结合现代工程材料科学与技术的特点和发展趋势而编写的。
本书对工程材料及其性能与应用做了系统而全面的阐述。全书分8章，主要内容包括：工程材料的结构，性能，表征，测试，制备与成型，腐蚀与防护，失效与分析，以及设计与选材等内容。
本书注重学生获取工程材料基本知识及分析问题与解决工程材料应用问题能力的培养，注重学生工程素质与创新思维能力的培养。为此，本教材的编写既体现了凝聚态物理、材料科学与工程及现代分析测试技术的交叉与融合，又体现了工程材料和成型技术的历史传承和发展趋势。
本书可作为高等工科院校机械类、材料类各专业的教材和参考书，也可供机械及材料专业的工程技术人员参考。

绪论1
0?1材料是人类社会进步的里程碑1
0?2材料科学的形成与内涵3
0?3工程材料4
第1章工程材料的结构6
1?1工程材料的键合6
1?1?1原子结构和周期表6
1?1?2离子键8
1?1?3共价键9
1?1?4分子10
1?1?5金属键10
1?1?6弱键11
1?2工程材料的结构特征11
1?2?1对称性与对称操作11
1?2?2对称元素的组合13
1?2?3对称破缺——无序与有序14
1?3工程材料的集合状态18
1?3?1晶态18
1?3?2非晶态19
1?3?3液晶态23
思考题27
第2章工程材料的主要性能28
2?1物理性能28
2?1?1密度28
2?1?2熔点30
2?1?3磁性31
2?1?4导电性能33
2?1?5其他性质34
2?2力学性能36
2?2?1刚度36
2?2?2强度37
2?2?3硬度37
2?2?4塑性38
2?2?5韧性39
2?2?6疲劳及疲劳强度40
2?2?7黏弹性40
2?3耐久性41
2?3?1耐久性的概念41
2?3?2影响耐久性的主要因素42
2?3?3材料的腐蚀防治44
思考题47
第3章工程材料性能测试技术49
3?1破坏性测试49
3?1?1硬度测试49
3?1?2拉伸试验51
3?1?3弯曲冲击试验52
3?1?4蠕变试验53
3?1?5材料疲劳测试54
3?2非破坏性试验55
3?2?1渗透探伤55
3?2?2磁粉探伤57
3?2?3射线探伤59
3?2?4超声波探伤63
思考题64
第4章工程材料常用的表征技术66
4?1扫描电子显微镜66
4?1?1电子束与固体样品作用时产生的物理信号66
4?1?2扫描电子显微镜的工作原理及结构67
4?1?3扫描电子显微镜的主要性能指标70
4?2透射电子显微镜72
4?2?1透射电子显微镜的工作原理及结构72
4?2?2电子衍射基本公式75
4?3X射线微结构检测75
4?3?1X射线的产生及其与物质的相互作用76
4?3?2X射线衍射物相分析方法79
思考题83
第5章工程材料制备与制品加工成型84
5?1金属的冶金方法84
5?1?1火法冶金84
5?1?2湿法冶金85
5?1?3电冶金87
5?2聚合物的成型87
5?2?1塑料制品的成型技术87
5?2?2橡胶制品的成型技术95
5?3陶瓷的成型100
5?3?1常用工业陶瓷100
5?3?2陶瓷的成型技术101
思考题103
第6章材料的腐蚀与防护104
6?1材料腐蚀的基本概念104
6?2电化学腐蚀的基本原理105
6?2?1腐蚀电池的工作过程106
6?2?2宏观与微观腐蚀电池106
6?2?3电极与电极电位107
6?3金属材料的腐蚀108
6?3?1金属材料腐蚀的类型108
6?3?2金属材料腐蚀的试验方法109
6?3?3金属材料腐蚀的电化学保护110
6?3?4阳极保护114
6?4聚合物材料的腐蚀116
6?4?1聚合物材料腐蚀的类型116
6?4?2聚合物的存放效应与物理老化117
6?4?3高分子基复合材料的腐蚀120
6?5无机非金属材料的腐蚀123
6?5?1概述123
6?5?2无机非金属材料的腐蚀介质123
6?5?3典型材料的耐蚀性123
6?5?4陶瓷基复合材料的腐蚀130
6?6材料腐蚀防护131
6?6?1结构设计过程中的腐蚀防护131
6?6?2加工成型过程中的腐蚀防护135
思考题137
第7章材料的失效与分析139
7?1工程材料的失效形式139
7?1?1断裂139
7?1?2表面损伤140
7?1?3过量变形141
7?2失效原因与失效分析141
7?2?1失效原因141
7?2?2失效分析142
7?3裂纹分析144
7?3?1工艺裂纹与使用裂纹144
7?3?2各种裂纹形成原因及形态特征144
7?3?3各种类型裂纹的分析与鉴别149
7?4断口分析151
7?4?1宏观断口分析152
7?4?2微观断口分析159
思考题167
第8章工程材料设计与选材168
8?1工程材料选用基础168
8?1?1材料性能与设计指标168
8?1?2材料的工艺性能与选材169
8?2零件设计中的工程材料选择171
8?2?1工程材料选择的三原则171
8?2?2零件选材时应注意的几个问题173
8?2?3金属材料选用的适应性173
8?2?4聚合物材料选用的适应性175
8?2?5陶瓷材料选用的适应性177
8?3材料的选用与可持续发展180
8?3?1工程材料与环境181
8?3?2工程材料的选用和可持续发展181
思考题182
参考文献183

为适应材料科学与工程的发展，以及贯彻*《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中关于教学改革的需要，本着进一步拓宽学生专业知识面、加强基础、重在能力培养这一宗旨，根据多年来的教学和科研实践，在《工程材料学》讲稿的基础上，编写了本书。本书既可作为机械工程本科生的必修技术基础课教材，又可作为相关工科学生选修课教材，也可作为从事该领域的工程技术人员的参考书。
《工程材料性能与应用基础》是高等院校机械类及材料类专业的一门技术基础课。课程的任务是从材料在工程中的应用角度出发，阐明工程材料的基本理论，了解材料的成分，加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；介绍常用工程材料及其应用等基本知识。本课程的目的是使学生通过学习，在掌握工程材料基本理论及基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材并能安排出合理加工工艺的初步能力。
工程材料是机械工业的重要物质基础。传统机械工业所消耗的工程材料中，钢材和有色金属等金属材料占50%左右，聚合物工程材料约占35%，无机非金属材料约占5%，其他工程材料（如电工材料、仪表材料、胶接密封材料、润滑油品、包装材料和磨料等）占10%。另外，随着科技的发展，复合材料所占的比重越来越大。如此众多的工程材料通过各种制备和加工技术，将转化为数以万计的机械产品。这就必须根据机械设备零部件不同的服役条件，合理选用不同结构与性能的工程材料，进行测试与分析，加工或成型，后制造出性能优异、价格合理的机械产品。
本书编写的指导思想是以突出现代工程机械对材料的需求为特色，强调材料在工程机械中的重要作用，以加工过程对材料结构与性能、制备及使用性能的影响，如何根据工程实际需要选择材料等问题为主线。本书的主要内容包括工程材料的结构和性能、表征与测试、制备和加工、腐蚀与防护、失效与分析，后介绍了工程材料的设计与选材。
本书由多名长期活跃在教学、科研一线的专家和部分中青年骨干教师分头执笔。由青岛科技大学李镇江任主编，负责全书的统稿及编撰，并编写了工程材料的结构部分。此外，工程材料的性能与测试部分由赵海霞编写，工程材料的表征部分由孙士斌编写，材料的失效与分析部分由王为波编写，其他部分由赵朋成编写。
在本书的修订过程中，编者参考了部分国内外有关教材和科技文献，在此特向有关作者和单位表示深切的谢意。由于编者水平所限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。

编者
2013年3月于青岛