工程设计中的材料选择与应用

第1篇工程材料与加工概述

第1章工程材料特征1

11材料科学和工程材料1

111材料科学、材料工程与工程材料1

112工程材料的分类2

113结构材料和功能材料2

114传统材料和新型材料4

12工程材料的内部构成与集合状态特征5

121构成工程材料的结构层次5

122工程材料的键合特征6

123工程材料的集合状态7

124相图、 相变和动力学曲线11

125单相与多相组织形貌及对材料性能的影响17

13工程材料的性能特征19

131金属材料的特征19

132陶瓷材料的特性20

133高分子材料的特性21

14工程材料主要性能的比较22

第2章常用工程材料品种与应用24

21常用钢铁材料24

211碳钢24

212合金钢25

213铸铁30

22常用有色金属材料32

221铝及铝合金32

222铜及铜合金32

23常用陶瓷材料33

231普通陶瓷33

232氧化物陶瓷34

233非氧化物陶瓷34

234金属陶瓷34

24常用高分子材料35

241塑料36

242其他常用高分子材料41

第3章工程材料制备与零件加工成形42

31工程材料制备方法42

311金属材料制备42

312非金属材料制备48

32零件(制品)的成形49

321金属零件铸造、 压力加工、 焊接成形和粉末冶金成形49

322非金属材料零件(制品)成形56

323切削加工和特种加工成形61

33零件（制品）的热处理和表面处理61

331金属材料零件热处理61

332非金属材料零件（制品）的热处理63

333零件的表面处理64

34现代材料制备工艺与技术66

341纳米材料的制备66

342自蔓延合成技术66

343物理气相沉积67

344金属雾化喷射沉积67

345金属半固态加工制备67

346氧化物弥散强化与机械合金化67

35零件（制品）的加工工艺性68

351金属零件的加工工艺性68

352塑料制品成形工艺性70

353陶瓷零件的工艺性71

第2篇设计制造与选材因素

第4章工程构件工作负荷特点72

41力学负荷72

411简单负荷与复合负荷73

412静负荷与动负荷74

413应力集中与复杂应力状态76

414非均匀负荷80

42热负荷80

421高温和低温的影响80

422热应力和热疲劳81

423热冲击82

43环境介质及其他表面作用83

431环境介质作用83

432表面摩擦作用和其他表面作用84

第5章工程设计与制造的选材基础86

51选材背景、原则和选材的一般过程86

511新产品开发86

512选材原则与制约因素90

513选材的一般过程93

52材料性能与设计指标96

521工程设计与材料设计96

522材料性能、零件使用性能与机器设计特征97

523设计性指标与安全性指标98

524结构零件硬度指标及适用性102

53材料和零件性能的影响因素105

531冶金因素105

532组织状态107

533尺寸等因素107

534残余应力108

535材料的环境劣化109

54材料选择的经济性考虑110

541材料成本的追求110

542材料成本的影响因素111

55零件制造工艺与设计选材112

551零件制造工艺的目标112

552设计、选材和制造的工艺背景112

553各种工艺过程的工艺特性和局限性114

554工艺方案实例116

555制造工艺的成本117

56材料资源、能源与环保119

561资源、能源与环保119

562机械工程材料节材、节能途径121

第6章工程材料在设计选用中的基本适应性123

61工程材料的使用概况123

62金属材料选用的适应性124

621选择金属材料的一般原则和考虑125

622选用金属材料的限制126

63高分子材料选用的适应性127

631高分子材料工程应用的基本要求127

632塑料材料的选用原则127

633不宜选用塑料的场合129

634选用塑料的适宜条件130

635塑料材料的应用情况和选材131

636塑料代用其他工程材料133

64陶瓷材料选用的适应性135

641陶瓷材料应用的工程特征135

642陶瓷材料工程应用的限制和应注意的问题136

643陶瓷产品的结构和强度设计138

644陶瓷材料应用情况和选材139

第3篇材料选择方法与应用

第7章工程设计中常用选材方法143

71经验和传统选材143

711经验选材143

712行业传统选材144

713试行错误法选材145

72半经验选材147

721类比法选材148

722筛选法选材148

723按使用性能的设计选材150

73产品与制造信息反馈选材157

731原材料与制造信息158

732使用和失效情况反馈158

733市场信息与备件消耗159

74现代选材方法介绍160

741选材的成本效益因素161

742价值分析法168

743目标函数法及其他方法169

744计算机辅助选材170

第8章根据力学性能选材172

81按刚度选材172

811零件的刚度因素172

812刚度选材实例175

82按强度选材177

821零件强度的因素177

822提高材料强度的工程途径178

823强度选材的其他考虑179

824按强度选材实例180

83按韧性选材181

831零件韧性的因素182

832提高材料韧性的工程途径183

833韧性选材的考虑184

834韧性选材实例187

84按疲劳强度选材189

841零件疲劳寿命的因素189

842提高材料疲劳抗力的工程途径191

843疲劳强度选材的考虑193

844实例:铁素体珠光体冷轧板材的剩余疲劳寿命194

85按综合力学性能选材195

851综合力学性能选材的考虑195

852轴类零件综合力学性能选材实例197

第9章现代定量选材与应用201

91星形轮廓模型法和统计数量化综合法选材201

911星形轮廓模型法201

912统计数量化综合法203

92选材的成本分析204

921单位成本分析204

922材料的理论价值评价法205

923最低成本分析法205

924应用207

93按价值工程法选材208

931价值工程的产生和发展208

932价值工程的基本原理209

933单一零件的价值工程分析方法与应用212

934产品或部件的综合分析法217

935全过程（总价值）评定220

936应用价值工程选定材料的工艺方案221

94选材的综合技术经济评价224

941选材的综合技术经济评价的方法224

942示例224

95按目标函数法选材225

951基本概念及原理225

952目标函数的基本分析方法226

953实例分析227

96可靠性方法在材料和工艺选择中的应用231

961产品的可靠性231

962可靠性分析的原理和方法231

963可靠性在材料选择中的应用232

第10章材料数据库在选材中的应用234

101材料数据库234

1011材料数据库的特点234

1012材料数据库的兴起与发展235

1013材料数据库的结构与内容237

1014材料数据库在选材中的应用239

102耐磨料磨损材料数据库介绍240

1021现状与需求240

1022数据库系统预定功能及数据分析240

1023建立耐磨料磨损工作系统242

1024耐磨料磨损材料数据库的特点242

1025耐磨料磨损材料数据库的框架与内容242

1026耐磨料磨损材料数据库的选材功能简介249

第4篇几种特殊环境工况的选材及应用

第11章摩擦磨损条件下工作零件的选材254

111摩擦、磨损、润滑与磨损类型254

1111固体材料间的摩擦、磨损与润滑254

1112常见磨损类型256

112摩擦磨损条件下的选材对策257

1121对耐磨材料的一般要求257

1122磨料磨损、黏着磨损和疲劳磨损的选材考虑258

1123几种典型磨损工况下的推荐用材259

113减摩材料与轴承合金的选择与应用261

1131减摩材料的性能及使用要求261

1132减摩材料与减摩表面处理262

1133滑动轴承合金263

1134减摩材料的选择因素263

114摩阻材料的选择与应用265

1141摩阻材料的性能要求265

1142常见摩阻材料265

1143摩阻材料的选择与应用266

115耐磨材料及应用267

1151常用金属耐磨材料267

1152非金属耐磨材料及应用270

1153提高材料耐磨性的表面处理技术272

1154典型耐磨件选材及实例275

第12章腐蚀环境下工作零件的选材279

12l化学腐蚀和电化学腐蚀279

121l化学腐蚀和电化学腐蚀的差异279

1212常见的腐蚀介质环境特点281

1213介质与应力联合作用下的零件失效283

122常见耐蚀材料与应用285

122l工程材料的耐蚀性285

1222不锈钢与耐蚀合金287

1223其他耐蚀工程材料292

1224合理选择耐蚀材料295

1225几个实例295

123改善金属材料抗蚀能力的工程防护措施297

123l改善介质的腐蚀条件297

1232电化学保护300

1233表面防护涂层302

124在结构设计中防止腐蚀的考虑304

1241一般原则304

1242若干具体办法305

第13章高低温下工作零件的用材选材309

131材料在高温下的力学行为309

1311高温下材料性能的下降和蠕变行为309

1312工程合金高温长时运行过程中的退化311

132根据耐热性和蠕变性能选材314

1321工程材料的耐热性314

1322根据蠕变性能选择金属和陶瓷材料315

1323耐热塑料的选用316

133高温氧化及抗氧化材料319

1331材料的氧化特征319

1332抗氧化金属材料320

1333零件表面抗氧化涂层320

134材料在低温下的行为321

1341材料低温下的力学行为321

1342防止材料低温脆断的工程措施324

135低温用材及选择325

1351低温材料的选用分析与定量化比较325

1352低温合金及选用329

1353低温塑料的选用331

附录333

附录1常用塑料、复合材料编写代号 333

附录2部分国家常用钢材牌号对照334

附录3洛氏硬度HRC、HRA、HRB与其他硬度、强度换算关系336

附录4洛氏硬度HRB、HRA与其他硬度、强度换算关系336

附录5常用钢材在水、油中的临界淬透直径337

附录6常用热处理方法的相对加工费用337

附录7常用金属材料的相对价格337

附录8常用工程塑料的相对价格338

参考文献339 2100433B

工程材料性能特征和加工特征的基础上，具体分析工程设计制造中材料选择的主要因素，论述各大类工程材料（金属、陶瓷和高分子材料）对于工程设计制造的适应性，归纳和提出工程设计制造中常用的选材方法（经验选材、半经验选材和现代选材等），并具体介绍接力学性能选材、价值工程和目标函数选材、材料数据库在选材中的应用，以及几种特殊工况下的选材及应用，并强调了选材的经济成本分析。《工程设计中的材料选择与应用》是著者们多年从事材料工程应用技术的经验总结，理论分析与工程实践密切结合，实例丰富、图文并茂、内容丰富、涵盖面广、具有很强的可读性实用性。《工程设计中的材料选择与应用》既可以作为各工程领域技术人员和管理人员指导选材、用材工程的专门书籍，也可为相关科技人员提供重要参考，以及作为大专院校本科、研究生才教学用书。

课程导入

学习情境1　胶凝材料的选择与应用

学习情境2　混凝土的选择与应用

学习情境3　建筑砂浆的选择与应用

学习情境4 建筑金属材料的选择与应用

学习情境5 墙体及屋面材料的选择　与应用

学习情境6　建筑防水材料的选择与应用

学习情境7　木材及其制品的选择与应用

学习情境8　建筑装饰材料的选择与应用

学习情境9　绝热、吸声与隔声材料的选择与应用

学习情境10　建筑塑料的选择与应用

参考文献 2100433B

本书注重与建设工程现行行业规范、建材标准紧密结合.建筑材料多种多样,本书内容主要包括:课程导入；胶凝材料的选择与应用；混凝土的选择与应用；建筑砂浆的选择与应用；建筑金属材料的选择与应用；墙体及屋面材料的选择与应用；建筑防水材料的选择与应用；木材及其制品的选择与应用；建筑装饰材料的选择与应用；绝热、吸声与隔声材料的选择与应用;建筑塑料的选择与应用。本书具有较强的针对性、实用性和通用性,可作为高职高专土建类专业的教材,也可作为中专、函授、成人教育、继续教育的学习用书,也可供有关建筑工程技术人员参考。

作者：（荷兰）安珂·范·霍若普 译者：赵迎欢 宋吉鑫

安珂·范·霍若普，Anke van Gorp博士在荷兰乌特勒支应用科学大学安全研究所（The Institute for Security,University of Appllied Sciences Utrecht,The Netherlands）工作，主要研究领域是应用伦理学和技术哲学。她的博士学位项目研究聚焦工程设计过程中的伦理问题，尤其是安全和可持续问题研究。她曾经在荷兰蒂尔堡大学法律、技术和社会研究所（The Institute for Law,Technology and Society at Tilburg University,The Netherlands）任研究员；2006～2009年，在荷兰研究和技术组织创新政策组[Innovation Policy Group of TNO（Research and Technology Organisation in the Netherlands）]任研究员并开展应用伦理学研究。发表多篇学术论文，其主要成果发表在《科学与工程伦理学》（Science and Engineering Ethics）和《科学技术与人的价值》（Science Technology and Human Values）等核心学术期刊。目前，她仍然参加荷兰代尔夫特理工大学3TU伦理中心的学术研究，并且在欧盟第七框架项目组从事合成生物技术伦理学（Synth-Ethics）等项目的研究工作。