《工程材料与成形工艺基础》

绪论1

第一篇金属材料及热加工成形基础

*第一章金属材料的主要性能4

第一节金属材料的力学性能4

一、强度4

二、塑性7

三、硬度7

*四、冲击韧度8

第二节材料的工艺性能9

思考题与习题10

第二章金属材料的结构11

第一节固体材料的结构11

一、晶态结构11

二、非晶态结构11

第二节金属晶体结构11

一、常见金属晶体的结构11

二、实际金属的结构12

第三节纯金属的结晶12

一、纯金属的结晶过程13

二、细化晶粒的方法14

三、金属的同素异构转变14

第四节合金的晶体结构14

一、固溶体15

二、金属化合物15

三、机械混合物15

第五节匀晶相图15

一、相图的建立15

二、相图分析16

三、合金的平衡结晶过程16

*四、杠杆定律16

五、枝晶偏析17

*第六节共晶相图18

第七节合金的结晶18

一、合金的结晶过程18

二、合金结晶的冷却曲线19

思考题与习题19

第三章铁碳合金20

第一节铁碳合金的基本组织20

第二节铁碳合金状态图21

一、铁碳合金状态图中点和线的意义21

二、铁碳合金结晶过程分析22

三、铁碳合金成分、组织与性能之间的

关系24

四、铁碳合金状态图的主要用途25

思考题与习题25

第四章钢的热处理工艺基础27

第一节概述27

*第二节钢在加热、冷却时组织转变28

一、钢的热处理基本原理28

二、钢在冷却时的组织转变29

第三节钢的普通热处理32

一、钢的退火与正火32

二、钢的淬火与回火33

第四节钢的表面热处理34

一、钢的表面淬火34

二、化学热处理35

*第五节热处理新工艺简介37

一、可控气氛热处理37

二、形变热处理37

三、真空热处理37

四、高能束热处理37

思考题与习题37

第五章工业用钢和铸铁39

第一节钢的冶炼和加工简介39

一、钢的制取39

二、钢的型材加工39

第二节碳钢40

一、碳钢中的常见杂质元素及其作用40

二、碳钢的分类、牌号和用途41

第三节合金钢44

一、合金元素的作用及合金钢分类和编号

方法44

二、合金结构钢45

三、合金工具钢45

四、特殊性能钢47

第四节铸铁47

思考题与习题49

第六章有色金属51

第一节铝及铝合金51

一、工业纯铝51

二、铝合金51

第二节铜及铜合金54

一、工业纯铜54

二、铜合金54

三、白铜55

第三节滑动轴承合金55

第四节粉末冶金材料57

一、粉末冶金的特点57

二、常用粉末冶金材料57

思考题与习题59

第七章铸造60

第一节砂型铸造工艺60

一、砂型铸造的工艺过程及特点60

二、造型材料60

三、型(芯)砂的组成及配制过程61

四、模样及芯盒的制造62

五、造型工艺62

六、造芯工艺65

七、浇注系统与冒口65

八、铸型、型芯的烘干及合箱65

第二节铸造工艺图65

一、浇注位置的确定66

二、分型面的选择66

三、工艺参数的确定66

第三节合金的熔炼与浇注67

一、合金的铸造性能67

二、铸铁的熔炼与浇注68

*三、铸钢的熔炼与浇注简介70

*四、有色铸造合金的熔炼与浇注简介71

五、铸件的落砂、清理及常见缺陷72

第四节特种铸造74

一、熔模铸造74

二、金属型铸造76

三、压力铸造76

四、离心铸造78

第五节几种铸造方法特点与经济性的

比较79

思考题与习题80

第八章焊接与切割81

第一节手工电弧焊81

一、焊接电弧81

二、弧焊机82

三、电焊条83

四、手弧焊工具83

五、焊接工艺84

第二节气焊85

一、气焊的实质、特点及应用85

二、气焊工艺86

第三节其他常用焊接方法87

一、埋弧焊87

二、气体保护电弧焊87

三、电渣焊88

四、等离子弧焊88

五、电子束焊89

六、电阻焊89

七、激光焊90

八、钎焊90

第四节常用金属材料的焊接90

一、金属材料的焊接性90

二、钢的焊接91

三、铸铁的焊补92

四、有色金属及其合金的焊接92

五、焊接变形及焊接质量检验93

第五节金属的切割95

思考题与习题96

第九章金属压力加工98

第一节金属压力加工的基本原理98

一、金属塑性变形的实质98

二、金属塑性变形对金属组织和性能的

影响99

*第二节金属锻造时的加热与冷却101

一、锻造温度范围101

二、锻件的冷却102

第三节锻造103

一、自由锻103

二、模型锻造107

三、胎模锻110

四、模锻方法的选择111

第四节板料冲压112

一、板料冲压的特点112

二、冲压设备112

三、板料冲压的基本工序114

四、板料冲压件的结构工艺性115

五、典型零件冲压工艺示例115

第五节其他常用压力加工方法简介116

一、轧制116

二、挤压117

三、拉拔117

第六节锻压新工艺简介118

一、精密模锻119

二、高速锤锻造119

三、精密冲裁119

四、旋压119

五、高能成形120

六、超塑性成形120

思考题与习题121第二篇金属切削加工基础

*第十章钳工122

第一节划线123

一、划线的作用123

二、划线的种类123

三、划线工具及其用法123

四、划线步骤和注意事项125

第二节锯削126

一、手锯127

二、锯削操作127

三、锯条损坏的原因128

第三节锉削128

一、锉刀128

二、锉刀的操作129

第四节钻孔130

一、钻孔的作用130

二、钻床130

三、钻头及附件131

四、钻孔用夹具132

五、钻孔方法132

六、钻孔的安全操作133

七、钻孔的废品分析133

第五节扩孔、铰孔、锪孔133

一、扩孔133

二、铰孔134

三、锪孔135

第六节攻螺纹和套螺纹135

一、攻螺纹135

二、套螺纹137

思考题与习题138

第十一章金属机械加工基础140

第一节金属机械加工的基础知识140

第二节金属切削刀具141

一、刀具材料141

二、车刀的种类和结构142

三、车刀的组成和几何角度143

*四、金属切削过程144

思考题与习题147

第十二章车削加工与镗削加工149

第一节车削加工149

一、车削加工的工艺特点149

二、车床149

三、车削基本工艺150

第二节镗削155

思考题与习题156

第十三章铣、刨、插、拉削加工157

第一节铣削157

一、概述157

二、铣削加工的工艺特点158

三、铣床158

四、铣刀159

五、铣削加工方法160

第二节刨削与插削加工161

一、刨削161

二、插削164

第三节拉削加工164

一、拉削加工的工艺特点164

二、拉床和拉刀165

思考题与习题166

第十四章磨削及光整加工167

第一节磨削加工167

一、磨床和砂轮167

二、磨削加工方法170

第二节光整加工172

一、研磨172

二、珩磨173

三、超级光磨173

四、抛光174

思考题与习题174

*第十五章零件材料和毛坯的选择及

零件切削加工工艺的

制订176

第一节零件材料的选择176

一、选材的基本原则176

二、几种材料的合理使用176

三、典型零件和常用工具的选材实例177

第二节零件毛坯分析与选择179

一、毛坯的类型179

二、毛坯的选择179

第三节零件切削加工工艺基本知识179

一、生产过程、工艺过程和工艺规程179

二、生产类型及其工艺特征180

第四节零件的结构工艺性181

思考题与习题182

第十六章现代制造技术简介183

第一节特种加工简介183

一、电火花加工技术183

二、电化学加工技术185

三、激光加工186

*四、超声波加工188

第二节数控加工简介189

一、数控加工技术概述189

二、数控加工与传统加工的区别190

三、数控机床加工的特点190

四、数控机床的基本组成191

五、数控机床的分类192

六、数控机床的工作过程192

思考题与习题192第三篇非金属材料和复合材料与成形工艺基础

第十七章有机非金属材料194

第一节工程塑料及成型方法194

一、工程塑料的组成194

二、塑料的分类195

三、常用工程塑料的性能和用途195

四、塑料制品的成型方法197

第二节橡胶及橡胶制品的成型199

一、橡胶的组成和分类199

二、橡胶的特点和应用200

三、工业橡胶件的成型201

*第三节胶黏剂与胶接技术202

一、胶黏剂的组成202

二、胶黏剂的分类原则及表示方法202

三、胶黏剂的选用203

四、胶接的特点与应用203

五、胶接技术205

六、胶接工艺206

思考题与习题206

第十八章工程陶瓷材料207

第一节陶瓷的分类和性能207

一、陶瓷的分类207

二、陶瓷材料的性能特点207

第二节陶瓷材料的制作工艺及组织

结构207

*一、陶瓷成型制作工艺207

二、组织结构209

第三节常用工程结构陶瓷的种类、性能

和用途209

思考题与习题210

第十九章复合材料211

第一节复合材料的组成和分类211

一、复合材料的组成211

二、复合材料的分类211

第二节常用复合材料的性能特点和

应用211

一、复合材料的性能特点211

二、常用复合材料的应用212

*第三节复合材料的成型213

思考题与习题214参考文献215

本书是根据国家教育部制定的高等工科教育基础课程教学基本要求，以及新世纪科技发展对人才能力培养的要求及学科系统化和整体化发展的趋势，根据作者多年的教学实践和教学内容、教学体系改革探索的成果编写而成。

本书是高职高专机械类、近机类专业的通用教材，也可作为职工大学、业余大学、函授大学的师生、高等教育自学考试和中等专业学校有关专业的教学用书，并可供有关科技和管理人员参考。

第1章 工程材料与机械制造过程

1.1 材料及其成形工艺的简要发展过程

1.2 工程材料的分类及发展趋势

1.3 机械制造过程及材料成形技术发展趋势

1.3.1 机械制造工艺流程

1.3.2 材料成形工艺的技术进展

1.4 课程总体目标和任务

思考题与习题

第2章 工程材料的性能

2.1 材料的力学性能

2.1.1 强度和塑性

2.1.2 硬度

2.1.3 冲击韧度

2.1.4 疲劳极限

2.2 材料的物理性能

2.3 材料的化学性能

2.3.1 金属腐蚀的基本过程

2.3.2 防止金属腐蚀的途径

2.4 材料的工艺性能

2.5 材料的经济性能

思考题与习题

第3章 材料的结构与凝固

3.1 材料的结合方式

3.1.1 结合键

3.1.2 晶体与非晶体

3.2 金属材料的结构特点

3.2.1 晶体结构的基本概念

3.2.2 三种典型的金属晶体结构

3.2.3 实际金属的晶体结构

3.2.4 合金的晶体结构

3.3 非金属材料的结构特点

3.3.1 陶瓷材料的结构特点

3.3.2 高分子材料的结构特点

3.4 材料的凝固与结晶

3.4.1 金属的结晶特点

3.4.2 非晶态凝固的特点

3.5 铁碳合金相图

3.5.1 铁碳合金的基本组元与基本相

3.5.2 Fe-Fe3C相图分析

3.5.3 典型合金的结晶过程及组织

3.5.4 含碳量与铁碳合金组织及性能的关系

3.5.5 铁碳合金相图的应用

思考题与习题

第4章 材料的强化与处理

4.1 金属材料的热处理

4.1.1 钢在加热时的转变

4.1.2 钢在冷却时的转变

4.1.3 钢的普通热处理

4.1.4 钢的表面热处理

4.1.5 热处理新技术简介

4.1.6 热处理工艺的应用

4.2 聚合物材料的改性强化

4.3 工程材料的表面处理方法

4.3.1 气相沉积

4.3.2 化学转化膜技术

4.3.3 电镀和化学镀

4.3.4 涂料和涂装工艺

思考题与习题

第5章 金属材料

5.1 概述

5.1.1 金属材料的分类

5.1.2 合金元素在钢中的作用

5.2 非合金钢

5.2.1 碳素结构钢

5.2.2 优质碳素结构钢

5.2.3 碳素工具钢

5.2.4 易切削结构钢

5.2.5 碳素铸钢

5.3 合金钢

5.3.1 低合金钢

5.3.2 机械结构用合金钢

5.3.3 合金工具钢和高速工具钢

5.3.4 特殊性能钢

5.4 铸铁

5.4.1 铸铁的石墨化

5.4.2 常用铸铁

5.4.3 特殊性能铸铁

5.5 非铁金属材料

5.5.1 铝及其合金

5.5.2 铜及其合金

5.5.3 滑动轴承合金

5.5.4 粉末冶金材料

思考题与习题

第6章 非金属材料与新型材料

6.1 高分子材料

6.1.1 高聚物的人工合成

6.1.2 有机高分子材料的组成及性能特点

6.1.3 工程塑料

6.1.4 合成橡胶

6.1.5 胶粘剂

6.2 陶瓷材料

6.2.1 陶瓷的分类

6.2.2 陶瓷材料的性能特点

6.2.3 常用工程结构陶瓷的种类、性能和用途

6.3 复合材料

6.3.1 复合材料的种类

6.3.2 复合材料的性能特点

6.3.3 复合材料的应用

6.4 其它新型材料

6.4.1 高温材料

6.4.2 形状记忆材料

6.4.3 非晶态材料

6.4.4 超导材料

6.4.5 纳米材料

思考题与习题

第7章 铸造成形工艺

7.1 铸造工艺基础

7.1.1 概述

7.1.2 合金的铸造性能

7.2 砂型铸造

7.2.1 型砂与芯砂

7.2.2 手工砂型造型

7.2.3 机器造型

7.2.4 型芯制造

7.2.5 合型

7.2.6 浇注

7.2.7 落砂和清理

7.3 铸造工艺

7.3.1 浇注位置与分型面的选择

7.3.2 工艺参数的选择

7.3.3 浇注系统

7.3.4 冒口

7.3.5 铸造工艺图

7.4 铸件的结构工艺性

7.4.1 铸件质量对铸件结构的要求

7.4.2 铸造工艺对零件结构的要求

7.4.3 不同铸造合金对铸件结构的要求

7.5 铸件质量与成本分析

7.5.1 铸件的主要缺陷及其产生原因

7.5.2 铸件成本分析

7.6 特种铸造与铸造新技术简介

7.6.1 熔模铸造

7.6.2 金属型铸造

7.6.3 压力铸造

7.6.4 低压铸造

7.6.5 离心铸造

7.6.6 铸造过程计算机数值模拟技术

7.6.7 快速成形技术

7.6.8 铸造清洁生产

思考题与习题

第8章 锻压成形工艺

8.1 锻压工艺基础

8.1.1 锻压的基本生产方式

8.1.2 金属的锻造性能

8.1.3 坯料的加热和锻件的冷却

8.2 自由锻

8.2.1 自由锻设备

8.2.2 自由锻的基本工序

8.2.3 自由锻工艺规程的制订

8.2.4 自由锻锻件结构工艺性

8.3 模锻

8.3.1 锤上模锻

8.3.2 胎模锻

8.3.3 压力机上的模锻

8.4 板料冲压

8.4.1 冲压设备

8.4.2 冲压模具

8.4.3 板料冲压的基本工序

8.5 锻压件质量与成本分析

8.5.1 锻件质量分析

8.5.2 锻件成本分析

8.6 锻压新技术简介

8.6.1 葛速高能成形

8.6.2 液态成形

8.6.3 超塑性成形

思考题与习题

第9章 焊接及胶接成形工艺

9.1 焊接工艺基础

9.1.1 概述

9.1.2 焊接接头的组织和性能

9.2 常用焊接方法

9.2.1 焊条电弧焊

9.2.2 气焊与气割

9.2.3 埋弧自动焊

9.2.4 气体保护焊

9.2.5 电渣焊

9.2.6 电阻焊

9.2.7 钎焊

9.3 常用金属材料的焊接

9.3.1 金属焊接性

9.3.2 钢铁材料的焊接

9.3.3 非铁金属材料的焊接

9.4 焊接结构工艺性

9.4.1 焊接结构材料的选择

9.4.2 焊缝布置

9.5 焊接质量与成本分析

9.5.1 焊接质量分析

9.5.2 焊接质量检验过程

9.5.3 焊接生产成本分析

9.6 胶接成形

9.6.1 胶接的特点与应用

9.6.2 胶接工艺

9.7 焊接与胶接新技术简介

9.7.1 等离子弧焊接和切割

9.7.2 真空电子束焊接

9.7.3 激光焊接与切割

9.7.4 焊接自动化技术

9.7.5 胶接新技术

思考题与习题

第10章 钳工成形工艺

10.1 划线

10.1.1 划线工具

10.1.2 划线基准

10.1.3 划线操作注意事项

10.2 锯切

10.2.1 锯条

10.2.2 锯切方法

10.3 锉削

10.3.1 锉刀

10.3.2 锉削方法

10.3.3 锉削操作注意事项

10.4 钻孔

10.4.1 钻床

10.4.2 钻头

10.4.3 钻孔方法

10.4.4 钻孔操作注意事项

10.5 攻螺纹与套螺纹

10.5.1 攻螺纹

10.5.2 套螺纹

10.6 刮削

10.6.1 刮刀及其用法

10.6.2 刮削质量检验

10.6.3 平面刮削

10.7 装配工艺

10.7.1 典型零件的装配

10.7.2 拆装工艺方法

思考题与习题

第11章 机械加工成形工艺

11.1 切削加工基本知识

11.1.1 切削加工运动

11.1.2 金属切削刀具

11.1.3 切削液

11.1.4 工件材料的切削加工性

11.1.5 零件的加工质量

11.2 车削加工

11.2.1 车床

11.2.2 车刀

11.2.3 工件的安装方法及附件

11.2.4 基本车削工艺

11.2.5 典型零件加工

11.2.6 机械加工安全技术

11.3 铣削、刨削与磨削加工

11.3.1 铣削加工

11.3.2 刨削加工

11.3.3 磨削加工

11.4 数控加工与特种加工

11.4.1 数控加工

11.4.2 特种加工

思考题与习题

第12章 非金属材料成形工艺

12.1 塑料成形

12.1.1 挤出成形

12.1.2 注射成形

12.1.3 压制成形

12.1.4 浇铸成形

12.1.5 吹塑成形

12.1.6 回转成形

12.2 橡胶成形

12.3 陶瓷成形

12.3.1 压制成形

12.3.2 注浆成形

12.3.3 注射成形

12.4 复合材料成形

12.4.1 手糊成形

12.4.2 层压成形

12.4.3 喷射成形

12.4.4 缠绕成形

思考题与习题

第13章 材料与成形工艺选择及产品质量控制

13.1 机械零件的失效形式

13.1.1 零件失效原因

13.1.2 零件失效形式

13.2 材料及成形工艺选择原则

13.2.1 使用性原则

13.2.2 工艺性原则

13.2.3 经济性原则

13.3 材料及成形工艺选择的方法

13.3.1 材料及其成形工艺选择的步骤

13.3.2 材料及成形工艺选择方法及依据

13.4 典型零件的选材实例分析

13.4.1 轴类零件的选材

13.4.2 齿轮类零件的选材

13.4.3 手用丝锥的选材

13.4.4 机架、箱体类零件的选材

13.5 材料的质量检验

13.5.1 成分分析

13.5.2 组织分析

13.5.3 无损探伤

思考题与习题

附录综合性实验指导

参考文献

本书是“十二五”职业教育国家规划教材。

本书是在普通高等教育“十一五”国家级规划教材《工程材料与成形工艺基础》（第3版）的基础上，结合当前高等职业教育课程改革的要求修订而成的。

本作业集是依据最新出版的《工程材料与成形工艺基础》(徐晓峰主编，机械工业出版社出版)的教学内容编写的配套教材，是在总结多年来教学改革成果和实践经验的基础上编写而成的。本作业集分为6大部分：第1部分，工程材料；第2部分，金属的液态成形；第3部分，金属的塑性成形；第4部分，材料的焊接成形；第5、6部分，切削加工成形。另附有各部分自测题及答案。本作业集可供高等工科院校机械类、机电类及近机类各专业本、专科学生使用。