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出版者:

作者:机械设计实用手册编委员 编

出品人:

页数:1561

译者:

出版时间:2008-4

价格:210.00元

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isbn号码:9787111222668

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
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• 工程技术
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• 工业设计

《现代工程材料学》 面向实践的材料科学与工程深度指南 图书简介 《现代工程材料学》是一本全面、深入、注重工程实践的教科书和参考手册，旨在为机械、土木、航空航天、电子以及材料科学等领域的工程师、研发人员和高年级学生提供关于当代工程材料的系统性知识体系。本书不仅涵盖了传统材料的经典理论，更紧密结合了21世纪以来新材料的快速发展与应用前沿，强调材料的微观结构、性能、加工工艺与服役行为之间的内在联系。 本书结构严谨，内容详实，共分为五大部分，二十个章节，旨在构建一个从基础理论到前沿应用的完整知识链条。 --- 第一部分：材料科学基础与结构 本部分奠定了理解所有工程材料的基础，深入剖析了原子尺度上的相互作用如何宏观地决定材料的宏观性能。 第一章：工程材料概论与分类 系统介绍工程材料的范畴、重要性及其在现代工业中的地位。详细阐述金属、陶瓷、高分子、复合材料的宏观分类标准、基本特点和相互区别。引入材料性能与应用相匹配的设计哲学。 第二章：晶体结构与晶格缺陷 深入探讨金属和陶瓷的晶体结构，包括晶格常数、晶系、密堆积与非密堆积结构。详细分析点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的存在形式、对材料塑性和强度的影响机制。这是理解金属塑性变形与强化原理的基石。 第三章：扩散与相变动力学 解析固态扩散的基本定律（菲克定律），扩散系数的影响因素（温度、晶体结构）。重点阐述热力学驱动下的相变过程，包括形核与长大理论，以及冷却速率对微观组织演化的关键作用。内容涵盖时-温-转化（TTT）图和C曲线的精确解读与应用。 第四章：电子结构与材料性能 从量子力学角度阐释材料的导电性、导热性和光学性能的本质。讨论能带理论在半导体分类（本征、外质半导体）中的应用，以及材料电学性能对掺杂和温度的敏感性。 --- 第二部分：金属材料的强化、断裂与服役行为 本部分聚焦于应用最为广泛的金属材料，深入探讨其力学行为的规律及其在复杂载荷条件下的可靠性。 第五章：金属的塑性变形与强化机制 详细阐述位错运动是金属塑性变形的微观基础。系统介绍多种强化方法：晶粒细化强化（Hall-Petch关系）、固溶强化、加工硬化（形变孪晶与多晶体交互作用）以及沉淀强化（第二相粒子钉扎）。 第六章：金属材料的热处理工艺 详述退火、正火、淬火、回火等基础热处理工艺的目的、过程控制和对组织性能的影响。特别关注调质处理在兼顾强度与韧性方面的重要性。引入相变与扩散在热处理中的耦合作用。 第七章：断裂力学基础与韧性评估 系统介绍经典韧性断裂力学理论，包括应力集中、裂纹尖端塑性区模型。详细阐述线弹性断裂力学（LEFM）的核心参数：应力强度因子 ($K_I$)、断裂韧度 ($K_{IC}$)。讲解与韧性相关的测试方法，如Charpy冲击试验和显微硬度法。 第八章：疲劳与蠕变 疲劳：深入分析低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的机理差异，S-N曲线的建立与应用，疲劳裂纹的萌生、扩展与最终断裂。蠕变：介绍高温下材料的粘塑性变形机制，蠕变本构方程（如Norton定律），以及保证结构寿命所需的设计极限。 第九章：工程金属材料的应用实例 聚焦于重要的结构钢（如低合金高强度钢、不锈钢）、铝合金（7xxx、6xxx系）、钛合金及高温镍基合金。分析不同合金体系的冶金特性、典型热处理状态及其在航空航天、汽车制造中的选型依据。 --- 第三部分：陶瓷、高分子与复合材料 本部分拓宽了材料视野，涵盖了非金属功能和结构材料的特性与应用。 第十章：结构陶瓷的特性与制备 讨论氧化物、非氧化物陶瓷的离子与共价键结构特点，解释其高硬度、耐高温性、但脆性的根本原因。重点介绍粉末冶金、烧结技术，以及先进的增材制造技术在陶瓷成型中的应用。 第十一章：功能陶瓷与电子陶瓷 阐述铁电、压电、半导体陶瓷的基本原理。深入分析陶瓷材料在传感器、电容器、热敏电阻等电子器件中的具体功能和性能要求。 第十二章：高分子材料的结构与力学行为 详解聚合物的分子链结构（线型、支化、交联）、结晶度与非晶区对宏观性能的影响。深入探讨粘弹性理论，包括蠕变、应力松弛现象，以及不同温度对高分子材料力学性能的显著影响。 第十三章：复合材料的设计与界面科学 系统介绍纤维增强复合材料（FRP）和颗粒增强复合材料的力学性能预测模型，特别是混合律（Rule of Mixtures）的局限性与修正。强调增强相与基体之间的界面粘结强度对整体性能的决定性作用。 --- 第四部分：材料加工与表面工程 本部分侧重于如何将原材料转化为具有特定形状和性能的工程部件，以及如何通过表面技术提升服役性能。 第十四章：材料的成形与连接技术 介绍金属材料的塑性加工方法：轧制、锻造、挤压和深冲。探讨焊接过程中的热影响区（HAZ）的组织演变与残余应力问题。简述增材制造（3D打印）中金属粉末的熔化与凝固过程。 第十五章：材料的切削与磨损 分析切削过程中的力学、热学和摩擦学行为。详细分类和阐述磨损机制（磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损），并介绍减少磨损的工程措施。 第十六章：材料的腐蚀与防护 深入分析电化学腐蚀的机理，包括析氧反应和析氢反应。详述常见腐蚀类型：均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。重点介绍防腐蚀的工程手段：牺牲阳极保护、外加电流保护、缓蚀剂和涂层技术。 第十七章：先进表面改性技术 介绍通过热处理、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等方法，在工件表面形成耐磨、抗氧化或具有特殊光学/电学性能的薄膜。深入分析渗碳、渗氮等热化学扩散层的强化机理。 --- 第五部分：材料的计算与前沿应用 本部分引导读者将理论知识应用于实际工程问题，并展望未来材料科学的发展方向。 第十八章：有限元分析（FEA）在材料力学中的应用 介绍如何利用数值方法（有限元法）模拟材料在复杂载荷下的应力分布、塑性变形和裂纹扩展路径。侧重于将材料本构模型（如弹塑性模型）准确输入FEA软件进行结构安全评估。 第十九章：生物材料与能源材料概述 简要介绍医用植入材料（如生物相容性、可降解性要求）和用于能量存储与转换的材料（如锂离子电池电极材料、燃料电池催化剂）的基本性能要求和设计挑战。 第二十章：智能材料与自修复系统 探讨形状记忆合金（SMA）、压电材料等智能材料的工作原理和工程响应。展望材料自修复技术（如微胶囊技术）在延长结构寿命和提高可靠性方面的潜力。 --- 本书特色： 结构与性能的深度关联： 每章均以微观结构解释宏观性能，强调“为什么”材料表现如此。 丰富的工程案例： 穿插大量真实工业故障分析和设计优化案例，增强理论的实用性。 定量分析工具： 提供必要的数学模型和计算方法，方便工程师进行性能预测和验证。 面向未来的视野： 兼顾传统材料的优化与新材料的引入，满足未来工程对轻量化、高性能和可持续性的要求。 《现代工程材料学》是每一位致力于从事产品设计、质量控制和材料研发工作的专业人士不可或缺的工具书。

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作为一名刚毕业不久的研发人员，我对理论知识的系统化和工程实践的衔接感到十分困惑。市面上的设计书籍要么过于偏重理论推导，让我感觉脱离实际；要么就是操作指南，缺乏设计背后的原理支撑。《机械设计实用手册》在这方面找到了一个绝佳的平衡点。它对每一个设计环节都做了详细的“原理-计算-案例”的递进式讲解。例如，在讨论压力容器设计时，它不仅给出了ASME或GB标准中的公式，还结合了焊缝的缺陷对疲劳寿命的实际影响进行了模拟分析，让我深刻理解了设计裕度背后的含义。书中对复杂曲面和自由曲面零件的加工性评估部分，也给了我很大的启发，让我学会了在设计之初就考虑到可制造性，避免了后期因为工艺限制导致的设计返工。我甚至发现，书中对一些特殊工况下的应力分析方法（比如冲击载荷和热应力耦合）的处理，比我研究生阶段学的都要细致和实用，这本书无疑成为了我日常工作中最常翻阅的技术参考书。

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这本《机械设计实用手册》简直是工程技术人员的福音，我最近在做一个复杂的传动系统设计，传统的设计规范和手册翻得我头昏脑涨，但这本书里对各种齿轮、轴承、联轴器的选型和计算都给出了极其详尽的步骤和丰富的实例。特别是关于动态载荷分析的那一章，它不仅罗列了公式，还深入剖析了不同工况下载荷波动的规律，配图清晰到每一个受力点都能对应上图示。我记得以前看的书，计算过程总是很抽象，需要自己脑补很多细节，但这本手册里，每一步的逻辑推导都极其严谨且易于理解，即便是初级工程师也能快速上手。而且，它并没有停留在理论层面，而是大量引用了行业内最新的标准和规范，比如关于新材料的强度校核和疲劳寿命预测，这些内容在其他工具书中往往是缺失或过时的。我感觉作者对实际工程中的“坑”了如指掌，提前给出了规避方案。光是里面关于润滑选型和密封技术那一块，就为我节省了大量的现场调试时间，直接按照推荐的粘度和等级来，效果立竿见影。这本书的索引做得也特别人性化，需要查特定参数时，能迅速定位，极大地提高了工作效率，实属案头必备的“镇山之宝”。

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我从事的是高端精密仪器的设计工作，对精度和可靠性的要求近乎苛刻。在选择零部件和确定几何公差时，任何一个微小的疏忽都可能导致整个系统的失效。《机械设计实用手册》中关于精密装配和误差补偿策略的那几章，对我帮助极大。它系统地梳理了从初始设计到最终测量过程中，误差是如何累积和传递的，并提供了一套严谨的误差树分析方法，这在其他通用手册中是很难找到的深度。书中关于特殊紧固件和自锁机构的选型指南，考虑到了极端温度和高频振动环境下的性能保持力，这些细节是决定我们产品能否进入航空航天领域的关键。我特别赞赏它对失效分析案例的收录，通过剖析真实世界的机械故障，反向指导我们进行更鲁棒的设计。这本书的排版也十分考究，图表清晰，数据准确，让我对每一次的设计决策都有了坚实的数据和理论支持，极大地提升了我的设计自信心和产品可靠性指标。

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我刚接手一个老旧设备改造升级的项目，面对的挑战是老图纸标准不统一，很多关键参数缺失，需要进行逆向工程和可靠性评估。说实话，我一开始很担心，但当我翻开《机械设计实用手册》时，那种踏实感一下子就回来了。这本书的厉害之处在于，它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这么做”，这种思维层面的引导非常重要。比如在处理结构优化那一部分，它通过有限元分析的原理阐述了如何通过改变截面形状来有效减轻重量同时保证刚度，并且给出了不同约束条件的优化路径图。我特别欣赏它对材料力学在实际应用中的解读，那种将应力集中、塑性变形与实际零件断裂情况结合分析的深度，远超一般的教科书。对于我们这些需要和老旧设计打交道的人来说，书中关于公差配合和表面粗糙度对装配和使用寿命影响的对比分析，简直是打开了一扇窗。我甚至发现了一些关于非标件设计规范的指导，这些内容在官方标准中往往散落各处，被这本书系统地整合在一起，极大地丰富了我的设计工具箱。

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坦白说，我是一个追求极致效率的工程师，时间成本是我的生命线。我对工具书的要求是：信息密度要高，冗余内容为零，查找速度要快。这本《机械设计实用手册》完美地契合了我的需求。它没有大篇幅地去解释基础概念，而是直奔主题，用图表和表格说话。我最喜欢它对常用机械零部件的性能曲线对比，例如不同材料的耐磨性与抗拉强度的折衷关系，一目了然。在进行快速方案比选时，我不再需要跑去查阅十几种不同的材料数据表，手册里已经预先整理好了关键的性能指标集。特别是它收录的关于振动与噪声控制的实用技巧，那些具体的阻尼材料选择和隔振器布局建议，都非常接地气，可以直接套用到我的生产线上，有效降低了设备的运行噪音。相比于那些学院派的厚重著作，这本书更像是经验丰富的前辈塞给你的“秘笈”，每一个章节都充满了实战智慧，简洁、精准、直击要害。

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