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出版者:江西科学技术出版社

作者:范厚军

出品人:

页数:1048

译者:

出版时间:2004-1

价格:50.00元

装帧:精裝本

isbn号码:9787539024042

丛书系列:

图书标签:

• 紧固件
• 螺栓
• 螺母
• 垫圈
• 连接件
• 机械设计
• 工程技术
• 工业标准
• 五金
• 装配

《机械设计中的材料科学与工程》 一、书籍概述 《机械设计中的材料科学与工程》是一部深度聚焦于机械设计领域所需材料基础理论、性能分析、选择应用以及失效预防的专业著作。本书旨在为机械工程师、材料科学家以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一个全面、系统且与工程实践紧密结合的知识框架。全书摒弃了传统材料学教材中过于侧重基础物理和化学原理的冗长叙述，而是将重点放在材料结构、性能、加工工艺与最终机械性能之间的内在联系上，突出其在现代工程设计中的决策支持作用。 二、核心内容结构 本书共分为七大部分，层层递进，构建起从微观结构到宏观应用的完整知识链条。 第一部分：材料科学基础与工程需求 本部分首先确立了材料在现代机械设计中的核心地位。详细阐述了材料的分类体系（金属、高分子、陶瓷及复合材料），并引入了“性能-结构-工艺-成本”的工程决策模型。重点剖析了应力、应变、弹性模量、屈服强度、极限拉伸强度、硬度等关键力学性能指标的精确工程定义及其测试方法。同时，探讨了温度、环境腐蚀速率如何对设计许用值产生制约。 第二部分：金属材料的结构、性能与优化 这是全书篇幅最重的部分，专注于机械设计中最常用的金属材料。 1. 晶体结构与缺陷工程： 深入解析体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、密排六方（HCP）结构对延展性和加工性的影响。重点讨论位错、晶界、空位等微观缺陷如何控制材料的塑性变形和强化机制（如固溶强化、加工硬化、晶界细化）。 2. 铁碳合金的奥秘： 对钢和铸铁进行详尽的分析。不仅涵盖了传统的铁碳相图解读，更侧重于热处理对微观组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）的精确调控，以及如何利用淬火、回火、正火等工艺来优化其承载能力和韧性。详细介绍了低合金钢、高强度低合金钢（HSLA）和工具钢在特定工况下的选择依据。 3. 非铁金属的应用挑战： 铝合金、镁合金、钛合金和高温镍基合金的特性对比分析。重点讨论了轻质合金的固溶强化与时效析出机制，以及钛合金和高温合金在航空航天、燃气轮机等极端环境下的蠕变和疲劳行为。 第三部分：高分子材料与复合材料在承载结构中的应用 随着轻量化和功能集成化需求的增加，高分子和复合材料的应用日益广泛。 1. 高分子材料的粘弹性行为： 阐述了聚合物的分子链结构如何导致其独特的粘弹性、时间-温度依赖性。探讨了工程塑料（如PA, PEEK, PTFE）在摩擦、密封和绝缘应用中的选择标准。 2. 先进复合材料的力学建模： 详细介绍了纤维增强复合材料（FRC）的层合理论基础，包括拉米纳（Lamina）和叠层板（Laminate）的应力分析。重点分析了碳纤维增强环氧树脂（CFRP）和玻璃纤维增强材料（GFRP）在承受复杂载荷时的各向异性失效模式。 第四部分：材料的本构关系与本构模型 本部分是连接理论与有限元分析（FEA）的关键桥梁。 1. 塑性理论基础： 引入了Tresca和Von Mises屈服准则，并解释了它们在预测金属塑性变形起始点上的应用。 2. 先进本构模型的应用： 介绍了Ramberg-Osgood模型用于描述应变硬化，以及粘塑性模型在模拟高速冲击和高低温蠕变中的必要性。讨论了材料在疲劳设计中应力-寿命（S-N）曲线的工程化处理。 第五部分：机械零件的失效分析与预防 本部分侧重于工程经验的积累和风险规避。 1. 疲劳与断裂力学： 详细讲解了疲劳的萌生、扩展和最终断裂过程。引入了断裂韧性 $K_{IC}$ 的概念，并解释了如何利用裂纹扩展速率方程（Paris Law）预测结构寿命。特别分析了表面处理（如喷丸、渗碳）对提高抗疲劳性能的作用。 2. 腐蚀与磨损机理： 区分了电化学腐蚀（点蚀、应力腐蚀开裂SCC）和物理磨损（粘着磨损、磨粒磨损）。提供了针对不同腐蚀环境下的材料钝化、牺牲阳极保护和表面涂层选择的工程指南。 第六部分：增材制造（AM）材料的特性与挑战 针对工业4.0和快速原型制造的趋势，本部分探讨了增材制造材料的独特性。 1. 增材制造工艺对微观结构的影响： 分析了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中快速凝固导致的细小晶粒、高缺陷密度和残余应力问题。 2. 面向AM的设计（DfAM）： 讨论了如何选择具有良好成形性的金属粉末（如Inconel 718），以及如何通过后处理（如热等静压HIP）来消除孔隙和改善各向异性性能，以满足高承载要求。 第七部分：工程实践中的材料选择策略 本部分将理论知识转化为实际决策工具。通过多个案例研究（如压力容器设计、高速轴承选型、极端温度下的连接件设计），演示如何综合考虑载荷类型、使用环境、制造成本和可维护性，利用材料性能数据库和决策树方法，实现最优化的材料选型方案。 三、本书特色 强调工程关联性： 每一章节的理论推导都紧密衔接于实际的机械设计标准和规范。 丰富的案例分析： 包含大量真实工程失败案例的材料学剖析，帮助读者理解“为什么会坏”。 跨学科融合： 有效融合了材料科学、固体力学、热力学和腐蚀科学的知识体系，避免了知识的碎片化。 前沿技术覆盖： 专门设立章节讨论增材制造材料的性能控制，体现了对未来制造趋势的把握。 四、适用读者 本书适合于从事航空、汽车、能源装备、模具和精密机械行业的工程师，以及材料科学、机械工程、结构力学等专业的研究生和教师。它不仅是工具书，更是提升工程师材料认知深度和决策质量的必备参考。

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从出版质量和编辑团队的专业度来看，这本书无疑是行业内的标杆之作。我注意到书中引用的所有国际和国家标准（如ISO、ANSI、GB等）的版本号都标注得异常清晰和准确，这对于需要进行合规性审计或跨国项目合作的工程师来说，是至关重要的细节。更值得称赞的是，书中对一些新兴材料和表面工程技术的介绍并没有滞后，比如关于陶瓷基复合材料的连接件，以及最新的自修复涂层技术，都有专门的小节进行介绍和前景展望，显示出编纂团队对行业未来趋势的敏锐洞察力。校对工作也做得极其严谨，我在通读过程中，没有发现任何一个技术术语拼写错误或者公式符号的混淆。这种对细节的极致追求，反映了出版方对知识传播的严肃态度，让读者对其中包含的所有技术信息都抱有绝对的信任感，这在众多鱼龙混杂的技术资料中，是极其难能可贵的品质。

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我最近一直在尝试将理论知识转化为实际操作，这本书的内容深度简直超乎我的预期。它不仅仅罗列了各种标准件的尺寸和公差，更深入探讨了造成紧固件失效的根本性物理和化学机制。比如，关于应力腐蚀开裂的那一节，作者引用了大量的微观结构分析照片和实验数据，详细解释了氢脆现象是如何在特定载荷条件下被诱发的，这种深度是我在其他同类参考书中从未见过的。读完后，我立刻意识到了过去在选材和预紧力计算上的几个关键盲区。它提供了一套完整的、基于概率统计的寿命预测模型，这个模型虽然复杂，但作者通过大量的图表和简化说明，让非专业人员也能理解其核心逻辑。这种将前沿研究成果融入日常工程实践的能力，是这本书最宝贵的地方。它不是一本教你“怎么做”的书，而是一本教你“为什么这么做”的书，对于提升个人技术深度来说，价值无法估量。

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这本书的实用性简直到了令人发指的地步，简直就是为一线技术人员量身定做的。它里面包含了一套非常详尽的“故障诊断流程图”。如果一个设备出现连接松动或渗漏问题，你可以根据图示，从最简单的外观检查，到复杂的无损检测方法，一步步排除故障，直到定位到根本原因——是材料疲劳、安装扭矩不足还是表面处理不当。最棒的是，它提供了一系列针对不同行业（如石油化工、汽车制造、风力发电）的定制化维护建议和快速参考表格，这些表格的制作极其精良，甚至可以单独拿出来装裱在工作台上。很多参数的对比度非常高，即便是光线不好的车间环境下，也能迅速捕捉到关键数值。这种对实际工作场景的深度理解和照顾，是那些只关注理论研究的出版物所无法比拟的，它真正做到了“拿来即用，事半功倍”。

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说实话，我原本对这种技术手册抱有“枯燥乏味”的刻板印象，但这本书彻底颠覆了我的看法。它在保持技术严谨性的同时，融入了大量引人入胜的历史背景和行业轶事。在介绍标准件发展历程时，作者穿插讲述了早期铁路建设中因螺栓松动导致的灾难性事故，正是这些教训才催生了后来的高强度螺栓标准。这种叙事手法让冰冷的参数变得有血有肉，让人对每一个标准背后的故事产生敬意。此外，书中关于“特殊环境应用”的案例分析也非常精彩，比如在深海潜水器和航空航天领域，面对极端的温度和压力变化，工程师们是如何“重新发明”紧固件的。这些故事不仅是知识点，更是一种解决问题的思维模式的启发。阅读体验非常积极，感觉自己像是在一位经验丰富的老专家身边，听他娓娓道来，而不是被动地接受信息灌输。

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这本书的排版真是让人耳目一新，那种厚重感和纸张的质感，一看就知道是下了真功夫的。内页的印刷清晰度极高，即便是那些复杂的机械图纸和流程图，也能看得一清二楚，丝毫没有那种廉价印刷品常见的模糊和油墨溢出问题。更让我惊喜的是，它在章节之间的过渡设计得非常流畅，不像有些技术手册那样生硬地堆砌知识点，而是像在讲述一个完整的故事。比如，在介绍材料性能的章节后，紧接着就用实际案例说明了在不同应力环境下的选择考量，这种学用结合的方式，极大地提高了阅读的连贯性和理解效率。装帧设计上，那种经典的深蓝色搭配烫金的字体，摆在书架上自带一种专业和沉稳的气场，让人忍不住想去翻阅。而且，它的索引系统做得极其细致，即便是要查找一个非常具体的螺母规格或者扭矩标准，也能迅速定位到准确的页码，这一点对于需要快速查阅资料的工程师来说，简直是福音。整体感觉，这是一本经得起时间考验，并且在物理形态和内容组织上都做到了极致的工具书。

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