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isbn号码:9787502447526

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• 机械工程
• 材料科学
• 工程材料
• 金属材料
• 非金属材料
• 材料性能
• 材料选择
• 机械设计
• 高等教育
• 教材

机械工程材料选型与应用指南 本书旨在为机械工程师、材料工程师以及相关领域的研究人员提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的材料科学与工程参考手册。全书聚焦于现代机械制造业对高性能、轻量化、高可靠性材料的迫切需求，系统梳理了工程材料的分类、性能表征、微观结构与宏观性能之间的内在联系，并详细阐述了各类经典及前沿材料在复杂工程环境下的选型原则与应用策略。 第一部分：材料科学基础与性能表征 本部分是理解后续专业章节的基础。我们摒弃了过于抽象的物理化学原理的冗长论述，转而侧重于工程应用中最关键的材料性能参数及其测试方法。 第一章：工程材料的本质分类与选择逻辑 本章首先确立了工程材料的四大基本范畴：金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料。重点剖析了材料选择过程中必须遵循的“多目标优化”原则，即如何平衡强度、刚度、韧性、耐蚀性、导电性、成本与可加工性之间的矛盾。引入了Ashby材料选择图谱的概念框架，指导读者如何快速锁定满足特定性能组合要求的材料族群。详细介绍了军工、航空航天、能源装备等高标准行业对材料的特殊认证要求和失效模式分析的初步方法。 第二章：机械性能的精密测试与寿命预测 本章深入探讨了工程中衡量材料可靠性的核心指标。除了传统的拉伸、压缩、弯曲测试外，重点讲解了疲劳性能的评估，包括S-N曲线的构建、高周疲劳与低周疲劳的差异化测试，以及断裂韧性（$K_{IC}$）在结构完整性分析中的应用。对蠕变和应力松弛现象在高温高压设备中的影响进行了详细的案例分析，并介绍了无损检测（NDT）技术，如超声波、射线检测，如何用于验证材料的内部质量和使用寿命的预测。 第三章：材料的微观结构与热处理基础 理解材料的微观结构是控制其宏观性能的关键。本章着重分析晶体结构、晶界、位错等缺陷如何直接影响材料的塑性、强度和硬度。详细阐述了金属材料中热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）对相变、晶粒尺寸和残余应力的调控作用，并结合实例说明了优化热处理曲线在提升关键零部件性能中的决定性作用。对于非金属材料，则着重于高分子材料的链结构规整度对力学性能的影响。 第二部分：核心工程金属材料的深入研究 金属材料仍是机械工程的主力军。本部分聚焦于结构钢、不锈钢、铝及钛合金等关键材料，强调其冶金特性与现代制造工艺的结合。 第四章：高性能结构钢与低合金钢的应用深化 本章详细剖析了碳钢、高强度低合金钢（HSLA）在压力容器、桥梁结构和通用机械中的应用谱系。重点讨论了钢中微量合金元素（如Mn, Cr, Mo, V, Nb）对淬透性、时效硬化和低温韧性的影响机制。对特种工具钢（如高速钢、冷作模具钢）在模具制造中的选材标准，尤其是耐磨性与抗冷热疲劳性能的平衡进行了深入探讨。 第五章：耐蚀性与极端环境材料——不锈钢与特种合金 本章专注于在腐蚀、高温氧化或高盐环境下工作的部件。系统梳理了奥氏体、铁素体、马氏体及双相不锈钢的微观组织特性及对应的耐腐蚀机理（点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂）。对于高温应用，则详细介绍了镍基高温合金（如Inconel系列）在燃气轮机叶片、热交换器中的选材依据，包括其在高温下的抗蠕变性能与热稳定性的提升策略。 第六章：轻量化金属材料——铝合金与钛合金的先进制造 随着能源效率要求的提高，轻量化材料的应用日益广泛。本章集中于航空航天和汽车工业中的两大明星材料。对不同系别（2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx）铝合金的时效强化机制、焊接性能及表面处理技术进行了详尽的对比分析。对于钛合金，重点阐述了其优异的比强度和生物相容性，以及对加工硬化敏感的特点和在增材制造中的应用潜力。 第三部分：非金属材料与前沿复合技术 现代工程已离不开高性能高分子材料和先进复合材料。本部分侧重于这些材料如何突破传统金属的性能限制。 第七章：工程高分子材料的性能解析与选型 本章涵盖了热塑性塑料（如尼龙、聚碳酸酯、PTFE）和热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）在机械摩擦、密封、绝缘等方面的应用。重点讲解了填充剂（如玻璃纤维、碳纤维）对高分子材料力学性能、热膨胀系数和尺寸稳定性的显著影响，以及如何通过共混改性来优化材料的综合性能。 第八章：高性能纤维增强复合材料的结构设计 复合材料是实现高比强度、高比模量的关键。本章深入探讨了碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的铺层设计理论（经典层合板理论的工程应用），以及纤维/基体界面对整体性能传递的决定性作用。详细分析了复合材料的各向异性力学特性、损伤模式（如脱层、基体开裂）及疲劳寿命评估方法，为复合材料在承受复杂载荷结构中的应用提供指导。 第九章：先进材料与表面工程技术 本章展望了面向未来需求的材料技术。包括了增材制造（3D打印）金属粉末的冶金学特性、烧结过程中的致密度控制。同时，详细介绍了表面改性技术在提升零部件服役寿命中的作用，如渗碳、渗氮、热喷涂、PVD/CVD涂层技术，它们如何有效改善材料表面的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，从而实现“核心材料高性能化+表面强化”的集成解决方案。 本书力求以严谨的科学态度和贴近工程实践的案例，为读者提供一套清晰的材料选择与应用决策框架。全书结构紧凑，内容详实，是机械、航空、能源、材料等领域工程师案头必备的实用工具书。

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