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出版者:高等教育出版社（蓝色畅想）

作者:张伟华

出品人:

页数:164

译者:

出版时间:2005-6

价格:13.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040166040

丛书系列:

图书标签:

• 机械基础
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《工程材料基础》 第一章 绪论：材料科学的基石与工程应用 本章旨在为读者奠定理解工程材料科学的必要基础，并阐明材料在现代工程设计与制造中所扮演的核心角色。我们将从宏观视角审视材料的分类——金属、陶瓷、高分子和复合材料——及其各自的基本特性和适用范围。重点将放在材料科学的根本任务：理解材料的微观结构如何决定其宏观性能，以及这种联系如何在实际工程问题中得到体现。 我们将深入探讨晶体结构的概念，这是理解金属性能的关键。从简单的体心立方（BCC）、面心立方（FCC）到六方最密堆积（HCP），每种晶格结构都赋予材料独特的塑性变形能力和力学响应。此外，本章还将介绍晶体缺陷的理论，如点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。这些微观尺度的不完美性并非总是负面的，相反，它们是控制材料加工性能和强度提升机制（如加工硬化）的决定性因素。 第二章 晶体塑性与变形机理 本章聚焦于材料在外力作用下发生永久形变的基本物理过程。我们将详细分析位错理论，阐释滑移（Slip）是如何通过位错的运动实现的。这是理解金属材料韧性和加工性的核心机制。我们将引入临界分剪应力（CRSS）的概念，并探讨如何通过控制晶体取向来预测和优化材料在单晶或多晶体中的变形行为。 对于多晶体材料，晶粒间的相互作用至关重要。本章将介绍晶界对位错运动的阻碍作用，以及诸如加工硬化（Work Hardening）和拉伸变形过程中的“颈缩”（Necking）现象。此外，还将初步涉及高温下的蠕变（Creep）变形，即材料在长期恒定应力作用下发生的缓慢塑性变形，这是评估高温结构件可靠性的基础。 第三章 相图与材料的热力学基础 相图是材料科学的“地图”，它揭示了在不同温度、压力和成分条件下，材料体系中存在的稳定相及其相互转化规律。本章将以二元合金相图（如Fe-C系、Cu-Ni系）为主要案例进行深入剖析。我们将讲解勒沙特列原理在相变中的应用，并重点分析共晶（Eutectic）、共析（Eutectoid）反应的意义。 热力学基础在本章中占据重要地位，我们将引入吉布斯相律来定量描述相平衡状态。理解相图不仅是确定材料的微观组织结构的前提，也是指导热处理工艺设计的基础。例如，通过分析Fe-C相图，读者将能理解铸铁和钢材的本质区别及其性能差异。 第四章 铁基合金的微观组织与热处理 钢铁材料因其优异的性价比和广泛的适用性，占据了工程材料的主导地位。本章将聚焦于碳钢和低合金钢的微观结构演变。我们将详细研究奥氏体（Austenite）、铁素体（Ferrite）、渗碳体（Cementite）、珠光体（Pearlite）和贝氏体（Bainite）的结构特征和力学性能。 热处理是控制钢铁性能的关键手段。本章将系统介绍几种核心热处理工艺： 1. 退火（Annealing）： 用于消除内应力、软化工件，细化晶粒。 2. 正火（Normalizing）： 获得均匀的细晶粒组织，改善强度和韧性。 3. 淬火（Quenching）： 快速冷却导致形成高硬度的马氏体（Martensite）。 4. 回火（Tempering）： 马氏体转变后的再热处理，用于降低脆性，提高韧性。 通过分析冷却速率图（TTT图和CCT图），读者将能够精确预测不同冷却路径下钢铁的最终组织形态，从而实现对材料硬度、强度和韧性的精确调控。 第五章 非铁金属合金与结构材料 本章将拓展到铝合金、铜合金、钛合金和镍基高温合金等重要非铁金属材料。 铝合金： 重点讨论其固溶强化和时效强化（析出强化）机制。我们将分析2系、6系和7系铝合金在航空航天和汽车制造中的应用优势。 铜合金： 探讨黄铜（Brass）和青铜（Bronze）的成分对性能的影响，以及其优良的导电性和抗腐蚀性。 钛合金： 深入研究α、β和α+β钛合金的晶体结构特点，及其在苛刻环境（如航空发动机和生物医学植入物）中的应用。 本章还会涉及复合材料的基础知识，介绍金属基复合材料的制备方法（如粉末冶金）及其增强机制。 第六章 材料的力学性能测试与评估 要有效地使用材料，必须量化其性能。本章详细介绍工程实践中常用的材料性能测试方法。 拉伸试验： 确定弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率。重点讲解应力-应变曲线的解读，包括工程应力和真实应力的区别。 硬度试验： 介绍布氏（HB）、洛氏（HR）和维氏（HV）硬度测试的原理和适用范围，以及硬度与强度的经验关系。 冲击韧性试验： 使用夏比V型缺口冲击试验评估材料的脆性倾向和韧性转变温度（DBTT），这对寒区工程至关重要。 疲劳（Fatigue）： 介绍材料在交变载荷下的破坏规律。我们将分析S-N曲线（Wöhler曲线）的构建，并解释疲劳极限、疲劳强度和低周疲劳（LCF）与高周疲劳（HCF）的概念。 蠕变与断裂韧性： 介绍蠕变寿命的评估方法，并引入断裂韧性（$K_{IC}$）的概念，用于量化材料抵抗裂纹扩展的能力。 第七章 材料的腐蚀与防护 材料在服役环境中发生的退化是工程失效的主要原因之一。本章从电化学角度深入分析金属的腐蚀机理。 腐蚀类型： 详细区分均匀腐蚀、点蚀（Pitting）、缝隙腐蚀（Crevice Corrosion）和应力腐蚀开裂（SCC）。 腐蚀动力学： 利用极化曲线分析腐蚀电位和腐蚀速率。 防护措施： 系统介绍物理防护（涂层、衬里）、电化学防护（牺牲阳极法、外加电流法）以及材料选择和环境控制等主动和被动防护策略。 第八章 功能材料概述 本章将超越传统的结构材料，简要介绍几类具有特殊功能的工程材料： 电学性能： 导体、半导体和绝缘体的能带理论基础。 磁学性能： 介绍软磁材料（如硅钢片）和硬磁材料（如永磁体）的磁滞回线特性及其应用。 热学性能： 介绍热膨胀系数、导热性对材料设计的影响，以及智能材料如形状记忆合金（SMA）的基本工作原理。 通过对这些基础理论和实际应用的全面覆盖，《工程材料基础》旨在为读者构建一个系统、深入且具有工程实践指导意义的材料科学知识体系，使其能够基于材料的微观结构和热力学行为，做出科学的材料选择和处理决策。

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从使用的便捷性和作为参考工具的角度来看，《机械基础实验教程》也是一本极具价值的藏品。它并非那种读完一次就束之高阁的教材。它的索引系统设计得非常人性化，每一个关键术语和实验项目都有清晰的页码指向。更不用说附录部分，简直就是一个小型机械工程手册的缩影。里面集合了常用的标准公差配合表、常用材料的力学性能参数，甚至还有一些基础的几何学和三角函数对照表。这对于我们平时做作业或者课后复习查阅资料时，省去了频繁翻阅其他工具书的麻烦。我曾试着不看其他任何资料，仅凭这本书的上下文逻辑和附录信息，就独立完成了一次较为复杂的测量和报告撰写，过程异常顺畅。这本书的实用性和完整性，让它不仅仅是课堂上的工具，更是我未来工程学习道路上可以信赖的“伙伴”。

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这本书的排版和图示质量，简直是教科书级别的典范。在机械实验中，清晰的图纸是理解实验装置结构的关键。《机械基础实验教程》在这方面做得无可挑剔。所有的实验设备示意图，无论是整体结构图还是关键部件的局部放大图，都采用了高质量的工程制图标准，线条干净利落，尺寸标注规范准确。更妙的是，作者巧妙地运用了颜色编码和三维透视图来辅助理解那些复杂的运动关系。比如在讲解四连杆机构运动轨迹时，书中不仅有传统的二维平面图，还配有彩色的动态示意图（虽然是静态印刷的，但其设计感让人仿佛能感受到运动），这对于视觉学习者来说简直是福音。我过去经常对着那些黑白的、密密麻麻的结构图发愁，但读这本书时，我发现理解机构的相对位置和运动方式变得异常直观。这种对视觉传达的重视，体现了作者对现代教学方法的深刻理解，大大减少了实验预习时摸索设备结构的时间消耗。

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这本《机械基础实验教程》的封面设计实在让人眼前一亮，那种深沉的蓝色调配上齿轮和轴承的抽象线条，一下子就抓住了我的眼球。我本来对实验课总是抱有一种敬而远之的态度，总觉得那是枯燥乏味的公式推演和重复操作的代名词。但翻开这本书，我发现我的偏见完全被打破了。作者显然非常理解我们这些初学者在面对复杂机械原理时的困惑，他们的文字功底极其扎实，把原本拗口的理论知识，用非常生活化的语言和清晰的逻辑链条串联了起来。特别是关于材料力学和机构运动学的初步介绍部分，作者没有一上来就抛出复杂的数学模型，而是先通过一些形象的比喻，比如搭积木或者简单的杠杆原理，让我们对实验的目的和核心概念有个直观的认识。每一章的结构都设计得极其精巧，先是理论背景回顾，接着是实验目的阐述，然后是详细的步骤分解，最后还贴心地附上了预习思考题和实验报告的撰写指导。这种循序渐进的教学方式，极大地降低了学习门槛，让我感觉自己不再是被动接受知识的容器，而是一个主动探索的实践者。我甚至有点期待接下来的每一次实验课了。

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说实话，我对实验指导书的期望值通常不会太高，大多是图文并茂的说明书而已，但《机械基础实验教程》这次的表现完全超出了我的预期，它更像是一本结合了理论深度和工程实践智慧的“操作手册”。我最欣赏的是它对实验误差分析的重视程度。很多教材只是简单地提一句“记录误差”，但这本书里，作者花了大量的篇幅去探讨系统误差和随机误差的来源，并提供了多种处理和评估不确定性的方法，这对于培养严谨的科学态度至关重要。我记得有一次我们测试一个简单机构的传动比时，数据总是不理想，按以往的经验可能就直接取平均值算了事。但翻阅这本书的附录，我找到了关于测量工具精度等级和操作规范对结果影响的详细讨论，这立刻点醒了我——原来是我的游标卡尺读数不够稳定造成的干扰。这种对细节的关注，让实验结果不再是冷冰冰的数字，而是一系列可被追溯和优化的过程。这本书真正教会我的，是如何像一个工程师一样去思考和记录。

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我发现这本书的后半部分，尤其是关于“动态特性分析”和“振动测量”的实验章节，内容深度和广度都非常令人惊喜。通常，基础实验教程会把这些偏向动力学的实验简单带过，或者只停留于最基础的频率测量。但《机械基础实验教程》却引入了一些前沿的实验技术，比如简单的模态分析概念和傅里叶变换在信号处理中的应用基础。虽然这些内容对我们大一、大二的学生来说可能略显吃力，但作者的处理方式非常“点到为止”，既没有过度拔高，也没有完全回避难点。它像一个优秀的引路人，在你对基础概念掌握牢固之后，轻轻地推你一把，让你窥见更广阔的机械工程世界。我个人非常喜欢其中关于“临界转速”实验的讨论，它不仅仅是告诉你转速是多少，而是引导你去思考，在实际工程中如何通过改变结构刚度来避免共振。这已经超越了“实验操作”的范畴，开始触及“工程设计优化”的门槛了。

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