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出版者:机械工业出版社

作者:徐灏

出品人:

页数:1654

译者:

出版时间:2000-6-1

价格:77.00

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787111017547

丛书系列:机械设计手册 第2版

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《工程材料性能与应用指南》 前言 在现代工程领域，材料是构建一切的基础。从宏观的土木建筑到微观的精密电子元件，材料的性质直接决定了最终产品的性能、可靠性乃至经济性。《工程材料性能与应用指南》旨在为工程师、设计人员、材料科学研究者以及相关专业的学生提供一本全面、深入且实用的参考书。本书聚焦于工程中常用金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的组织结构、力学行为、物理化学特性，并详细阐述其在特定工程应用场景下的选择原则与失效分析方法。 第一部分：材料科学基础与表征方法 本部分奠定了理解材料行为的理论基石。 第一章：工程材料的微观结构 本章从原子尺度深入探讨材料的构成。内容涵盖晶体结构（如体心立方、面心立方、六方最密堆积）、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）及其对材料宏观性能的影响。特别强调了晶界、位错运动在金属塑性变形中的核心作用。对于非晶态材料，则重点阐述了短程有序和长程无序的结构特征。此外，本章详细介绍了陶瓷材料中的离子键和共价键特性，以及高分子材料的链段结构、结晶度与无定形区的区分。 第二章：材料的力学性能测试与分析 力学性能是衡量材料能否胜任工作的前提。本章详细介绍了标准化的力学性能测试方法。包括： 拉伸性能： 应力-应变曲线的解读，屈服强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比的精确测定与意义。拉伸断口形貌分析在判断材料脆性或延性方面的重要性。 硬度测试： 洛氏、布氏、维氏硬度测试原理、适用范围及相互换算关系。 冲击韧性： 查比冲击试验（Charpy V-notch）在评估材料低温脆性转变温度（DBTT）中的应用。 疲劳性能： 循环载荷下的材料响应。S-N曲线的绘制、疲劳极限的确定，以及高周疲劳和低周疲劳的差异。裂纹萌生、扩展和最终断裂的机制分析。 蠕变与应力松弛： 在高温或持续载荷下的时间依赖性变形行为，高温承载部件设计必须考虑的因素。 第三章：材料的物理化学特性 材料的性能不仅仅是力学上的，其热学、电学、磁学和腐蚀行为同样关键。 热性能： 比热容、热导率、热膨胀系数的测量及其对温度敏感结构件设计的影响。 电学与磁学性能： 导电性、电阻率、介电常数（针对绝缘材料）和磁滞回线的解读（针对磁性材料）。 腐蚀与防护： 腐蚀的基本电化学原理，常见腐蚀类型（均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂SCC），以及钝化、牺牲阳极保护、涂层防护等技术。 第二部分：主要工程材料的特性与应用 本部分是本书的核心，针对不同类别的工程材料进行深入剖析。 第四章：钢铁材料 钢铁作为工业的支柱，其复杂性需要详尽的描述。 纯铁与铁碳合金相图： 奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、贝氏体的形成与转变动力学。 碳素钢： 根据含碳量分类（低碳钢、中碳钢、高碳钢）及其典型用途。 合金钢： 重点介绍合金元素（如Cr, Ni, Mo, V）对钢性能的强化作用。包括结构钢、工具钢（高速钢、模具钢）和不锈钢（奥氏体、铁素体、马氏体、双相不锈钢）的微观结构与应用匹配。 热处理工艺： 调质、淬火、回火、正火、渗碳、氮化的原理和对最终性能的精确控制。 第五章：非黑色金属材料 铝及铝合金： 优良的比强度，Duralumin（硬铝）系的热处理强化机制。重点介绍2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx系合金的焊接性与耐腐蚀性差异。 铜及铜合金： 优良的导电性和导热性，黄铜与青铜的成分与应用。 钛合金： 高比强度、耐高温和耐腐蚀性能，以及其独特的相变特性（α相、β相、α+β相）。 第六章：高分子材料 高分子材料因其轻质、易加工和可定制性强而日益重要。 结构与性能关系： 链长、分子量分布、支化度、交联密度对聚合物粘弹性和机械强度的影响。 热塑性与热固性树脂： 聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等的热塑性材料的加工特性。环氧树脂、酚醛树脂等热固性材料的固化过程。 工程塑料： 尼龙（聚酰胺）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）等在替代金属部件中的应用案例分析。 橡胶与弹性体： 硫化过程、动态力学分析（DMA）。 第七章：陶瓷与复合材料 结构陶瓷： 氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅的极高硬度、耐磨损性和耐高温性，以及其固有脆性的弥补策略。 先进复合材料： 纤维增强复合材料（FRP）。重点分析玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维的性能，以及基体材料（树脂基、金属基、陶瓷基）对整体性能的贡献。层合结构设计原则和界面问题。 第三部分：材料选择、设计与失效分析 本部分将理论与实际工程问题紧密结合。 第八章：工程材料的选择原则与方法 材料选择是一个多目标优化过程。本章提供系统的决策框架： 性能匹配： 根据载荷类型、工作温度、环境介质（腐蚀、辐射）确定关键性能指标。 经济性评估： 材料成本、加工成本、使用寿命内的维护成本的综合考量。 可制造性： 铸造性、锻造性、焊接性、机加工性的评估。 材料选择图表应用： 利用Ashby图等工具，进行快速、量化的材料筛选。 第九章：工程结构失效分析 失效分析是保障产品可靠性的最后一道防线。 断裂力学基础： 线性弹性断裂力学（LEFM）的核心概念，应力强度因子 ($K_I$)、断裂韧度 ($K_{IC}$) 的计算与应用。 断口分析的实践： 疲劳裂纹源的识别、撕裂区（Rugosity）的特征、瞬时断裂面的纹理分析。 典型失效模式： 疲劳断裂、蠕变断裂、应力腐蚀开裂、材料老化和环境侵蚀的案例研究。 第十章：先进制造对材料性能的影响 现代制造技术对材料的使用提出了新的要求。 增材制造（3D打印）： 选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中的快速凝固、残余应力、孔隙率对金属部件性能的影响。 表面工程技术： 渗碳、镀层、热喷涂等技术如何局部改善材料表面抗磨损和抗腐蚀能力。 结语 《工程材料性能与应用指南》力求内容严谨、图表丰富，旨在成为工程师案头必备的工具书。通过对材料本征属性的深刻理解，读者将能够更自信、更科学地应对日益复杂的工程挑战。

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这本厚重的工具书，拿到手里就感觉沉甸甸的，散发着一种老派工程师特有的、踏实可靠的气息。初翻阅时，我原本是抱着“查阅特定公式”的目的来的，没想到它像一个沉默的导师，默默地引导我进入了一个严谨而庞大 T 的世界。我特别欣赏它对基本原理的阐述，那种不急不躁、层层递进的逻辑性，简直是教科书级别的示范。比如讲到疲劳强度校核时，它不像有些现代资料那样直接抛出复杂的迭代算法，而是先从最基础的应力集中系数和材料的S-N曲线讲起，用大量的图表和清晰的数学推导，让我这个自学出身的人也能一下子抓住问题的本质。我记得有一次，我在设计一个关键传动轴时，卡在了动载荷与静载荷的转换系数取值上，翻遍了手头的其他资料都觉得过于笼统，但翻到它关于冲击系数的那一章，它根据工作机的类型、启动方式、甚至操作的平稳性给出了一个详细的矩阵参考表，并附带了相应的修正因子计算方法。那一瞬间的感觉，就像在迷雾中找到了灯塔，不仅解决了手头的问题，更重要的是，它让我对“为什么这么设计”有了更深层次的理解，而不是仅仅记住了一个结论。这本书的排版虽然传统，但信息密度极高，需要静下心来慢慢啃，但只要你投入了时间，它给你的回报绝对是物超所值的，它更像是一部需要反复参阅的“工程圣经”。

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我收藏这本工具书，更多的是出于一种敬意和对工程历史的尊重。它就像是记录了上个世纪工业界集体智慧的结晶，承载着几代工程师在实践中摸爬滚打的经验教训。虽然现在的设计工作越来越依赖于高精度的仿真软件，但这些软件的算法基础，归根结底还是来源于手册中那些经过无数次试验验证的经验公式和修正系数。我个人尤其喜欢它对于“公差与配合”那一块的详尽介绍。在三维建模时代，公差和配合的标注似乎成了一种例行公事，但这本书细致地解释了不同配合（如过渡配合、间隙配合、过盈配合）在实际装配、运动和寿命中的微妙影响。它会用非常直观的方式告诉你，为什么在某些高速旋转的轴承座孔上，哪怕是微小的公差变化，都会导致热膨胀系数的差异而引发卡死。这种对“微观尺度对宏观性能的影响”的深刻洞察，是那些只看结果不看过程的现代工具软件无法提供的。这本书的阅读体验，就像是和一位经验丰富的老工匠对话，他不会给你花哨的理论，只会告诉你如何用最可靠、最经济的方式，把图纸上的二维图形变成能够稳定运转的实体机器。

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说句实在话，如果让我这个刚毕业没多久的“新一代工程师”来评价，初次翻阅这本书，我的感觉是“有点枯燥，信息量大到让人眩晕”。它没有华丽的彩色插图，没有时髦的交互式案例，通篇都是密密麻麻的文字、公式和表格，像极了早年间的理工科教材，确实对读者的耐心是个极大的考验。我一开始试图快速地“扫视”全书，希望能找到我需要的那一小部分知识点，结果发现根本行不通。这本书的知识点之间存在着强烈的关联性，比如你研究一个齿轮的强度，就绕不开润滑和散热的讨论，而润滑和散热又反过来影响到材料的实际工作性能。它的价值，恰恰在于这种体系化的构建，它强迫你去建立一个完整的知识框架，而不是只满足于解决眼前的局部问题。后来我调整了策略，选择了一个月只攻克一个章节，比如专门花一个月时间去理解“弹性力学基础与变形分析”。通过这种慢节奏的深度学习，我才逐渐领悟到，这本书的价值不在于它能提供“答案”，而在于它教会了你如何通过严谨的工程思维去“推导出答案”。它更像是一套完整的工具箱，你需要学会每一种工具的用法，才能在面对复杂机械结构时游刃有余。

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对于一个资深的项目经理来说，这本书是用来做“底线审核”和“风险评估”的利器。在我的工作中，最怕的就是设计团队为了追求极致的轻量化或新颖的结构，而忽略了最基本的安全裕度。当我拿到一份新的设计方案时，我通常会习惯性地翻阅这本手册中对应模块的部分。比如，他们提出了一种创新的结构连接方式，我会立刻去查阅手册中关于连接件的疲劳寿命和失效模式分析的章节。这本手册的魅力在于，它几乎覆盖了传统机械设计中所有可能出现的问题的“标准答案”和“反面教材”。它用大量的篇幅讨论了“失效分析”，告诉我们设备最容易在哪个环节失效，以及在什么工况下安全系数会急剧下降。这种前瞻性的风险提示，远比事后的补救要宝贵得多。它不会告诉你最新的有限元分析软件的最新功能，但它会告诉你，无论你的计算多么复杂，最终你必须回归到材料的真实性能和已知的失效机理上来。这本书在某种程度上，为我们的工程决策设定了一个不可逾越的“安全红线”，保证了我们无论技术如何迭代，都不会在基本的可靠性上犯低级错误。

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我是在一个时间非常紧迫的项目中邂逅这本“宝典”的。当时我们接手了一个老旧设备的升级改造，原有的设计图纸模糊不清，很多关键参数都需要我们从头推算和验证。说实话，面对堆积如山的遗留问题，我当时非常焦虑，觉得时间根本不够用。但这本手册帮我拉回了主心骨。它的优势在于其极高的实用性和全面性，它不像那些专注于前沿理论的专著，它更关注“如何把东西造出来并且让它可靠地运行”。例如，在选择标准件和常用联接件时，它的信息量简直是惊人的。我不是在找最新、最尖端的连接技术，我需要的是那些经过几十年工业实践检验、市场上随处可见、标准化程度极高的零件数据。从螺栓的预紧力计算到键槽的公差配合，从滑动轴承的赫兹接触应力到滚动轴承的寿命计算，每一个章节都提供了详尽的、可以直接套用的设计曲线和表格。最让我印象深刻的是，它对材料特性的描述非常实在，它没有过多渲染某些“新材料”的魔幻性能，而是老老实实地列出了常见钢材、铸铁在不同温度和应力条件下的蠕变和松弛数据，这些数据对于我们这种做“可靠性优先”的改造项目来说，是无法替代的基石。这本书让我体会到，工程设计中的“老办法”往往才是最经得起时间考验的智慧结晶。

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