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本书叙述了钳工的基本操作知识：介绍了各种固定连接件、传动机构和轴承等基本部件的装配修理工艺，以及机器运行和故障分析的基础知识。全书共分十二章。
本书注重于钳工必须掌握的加工装配和修理的工艺知识，可为分析和解决一般的钳工工艺问题打下一定的基础。
本书由上海汽轮机厂李惠昌、上海重型机器厂技工学校曹世根编写；由上海汽轮机厂王荣华、上海拖拉机厂技工学校李增安审稿。
图书简介： 《现代材料科学基础与应用》 第一章 引言：材料的地位与分类 本章旨在为读者构建一个宏观的材料学认知框架。材料是人类社会进步的基石，从石器时代的燧石到现代航天器的复合材料，材料的演进史就是人类文明的发展史。本章首先阐述了材料在现代工程、能源、信息技术和生物医学等领域不可替代的核心地位。 1.1 材料在现代工业中的角色： 详细分析了材料科学在推动技术革命中的关键作用，例如半导体材料对信息时代的奠基，高强度钢对基础设施的支撑，以及新型储能材料对可持续发展的驱动力。 1.2 材料的四大基本分类及其特性： 系统梳理了金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料这四大类材料的结构、性能特点及典型应用场景。着重探讨了金属合金的晶体结构、陶瓷的离子共价键特性、高分子链段运动机制，以及复合材料的界面效应。 1.3 材料科学的研究范畴与挑战： 概述了材料科学研究的基本思路——从原子结构到宏观性能的关联性研究，并前瞻性地探讨了当前材料领域面临的重大科学问题，如极端环境下的材料失效、低维材料的量子效应调控等。 第二章 晶体结构与缺陷理论 理解材料的微观结构是预测和调控其宏观性能的出发点。本章深入探讨了固体材料的周期性排列——晶体结构，及其固有的非完美性——晶体缺陷。 2.1 晶体结构基础： 详细介绍布拉维点阵、晶系、晶胞概念。以面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP）为例，计算其原子堆积密度和配位数。引入短程有序与长程有序的概念，区分晶体与非晶态物质的结构差异。 2.2 晶体衍射分析： 重点阐述X射线衍射（XRD）的基本原理，如何利用布拉格定律确定晶体结构、晶格常数和织构。并简要介绍电子衍射和中子衍射在材料分析中的应用。 2.3 晶体缺陷的分类与影响： 晶体中的缺陷是决定材料许多重要性能（如塑性、导电性、扩散）的关键因素。本章细致分类讨论点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。 2.4 位错理论与塑性变形： 深入分析边缘位错和螺型位错的 Burgers 矢量和应力场分布。阐述位错的运动（滑移和攀移）如何导致金属的宏观塑性变形，并介绍位错的交割、缠结机制在加工硬化中的作用。 第三章 材料的热力学与相图 热力学是理解材料行为的基础，它决定了材料在特定温度和压力下可能存在的稳定状态。 3.1 热力学基本定律与材料系统： 回顾吉布斯自由能、焓和熵在材料平衡态判断中的核心地位。引入化学势概念，用于描述组分在多相体系中的迁移倾向。 3.2 相律与单组元相图： 阐述相律 $F = C - P + 2$ 在材料体系中的应用。详述水的相图，并将其原理类比至单组元金属（如纯铁）的固-液相变。 3.3 二元合金相图的解读： 这是本章的重点。系统讲解了包括固溶体、共晶、包晶、中间相等多种类型的二元相图（如 Fe-C、Cu-Ni）。重点训练读者利用杠杆定律和连接线法则，计算给定温度和成分下的相含量和平均成分。 3.4 非平衡相变与热处理基础： 讨论在快速冷却或加热过程中出现的非平衡相，如奥氏体向珠光体/贝氏体转变的动力学过程。引入冷却曲线和时间-温度-转变（TTT）图的基本概念。 第四章 材料的机械性能 机械性能是衡量材料承载能力和可靠性的关键指标。本章侧重于材料在受力作用下的响应机制。 4.1 弹性与粘弹性行为： 区分线弹性与非线性弹性。详细介绍杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，以及它们与晶体结构和键合强度的关系。针对聚合物材料，引入粘弹性概念及蠕变、应力松弛现象。 4.2 强度、韧性与断裂： 探讨屈服强度、抗拉强度和硬度的定义与测试方法（如洛氏、维氏硬度测试）。深入分析韧性（冲击功）与脆性的区别。 4.3 断裂力学导论： 引入应力强度因子 ($K$) 和断裂韧性 ($K_{IC}$) 概念，解释裂纹扩展的能量学和应力学判据。区分线弹性断裂和弹塑性断裂（如裂纹尖端塑性区）。 4.4 疲劳与蠕变： 疲劳是导致结构失效的最主要原因之一。分析低周疲劳与高周疲劳的差异，讲解S-N曲线（Wöhler曲线）的构建与应用，以及疲劳极限的意义。蠕变（高温下的塑性变形）的机制分析及其在长期服役安全评估中的重要性。 第五章 结构材料的加工与性能调控 本章将理论与工程实践相结合，探讨如何通过加工手段优化材料性能。 5.1 金属塑性加工的原理： 探讨冷加工（如轧制、拉拔）和热加工（如锻造、热轧）对金属晶粒结构、位错密度和加工硬化的影响。解释加工硬化后需要进行的回复、再结晶过程。 5.2 扩散理论与热处理技术： 深入讲解Fick扩散定律在材料内部原子迁移过程中的应用。重点介绍钢的热处理工艺：退火、正火、淬火和回火，分析每种工艺如何通过控制冷却速度和温度，实现对马氏体、贝氏体、珠光体等微观结构的精确调控，以达到所需的力学性能。 5.3 表面工程技术： 介绍提高材料表面耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性的技术，包括渗碳、渗氮、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）的基本原理。 5.4 先进材料的制备基础： 简要介绍粉末冶金（PM）法在制备难熔材料和高精度部件中的优势；以及快速凝固技术对非平衡材料制备的贡献。 第六章 导电、导热与介电材料 本章聚焦于材料的物理性能，这些性能直接关系到电子设备和能源系统的效率。 6.1 导体与电阻率： 经典德鲁德模型与能带理论的对比。详细解释金属的导电性、电阻温度系数。区分电子导电与离子导电。 6.2 半导体物理基础： 阐述能带理论中导带、价带和禁带的概念。详细分析本征半导体与杂质半导体（n型和p型）的载流子浓度、费米能级的变化，以及PN结的形成与特性。 6.3 磁性材料： 讲解磁畴、磁化强度、矫顽力、剩磁等基本磁学参数。分类介绍抗磁、顺磁、铁磁材料，并重点分析软磁材料（如硅钢）和硬磁材料（如永磁体）的应用区别。 6.4 电介质与铁电体： 讨论电介质的极化机制（电子极化、离子极化、取向极化）。解释电介质击穿现象。介绍电容器中使用的功能陶瓷材料及其介电常数。 第七章 材料的腐蚀与防护 腐蚀是材料在环境作用下发生性能退化的重要形式，直接威胁工程结构的寿命和安全。 7.1 金属腐蚀的热力学与动力学： 从电化学角度分析腐蚀过程，介绍腐蚀电池的构成。区分阳极反应（氧化）和阴极反应（还原）。 7.2 腐蚀类型详解： 详细描述常见的腐蚀形式，包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC），并分析其发生的条件和危害。 7.3 腐蚀防护技术： 系统介绍隔离防护（涂层、油漆）、牺牲阳极保护（牺牲法）、外加电流保护（阴极保护）以及缓蚀剂的使用方法。强调材料选择在抑制腐蚀中的首要地位。 第八章 新兴功能材料概览 展望材料科学的前沿领域，探讨正在快速发展并有望在未来产生颠覆性影响的新型材料。 8.1 智能与自适应材料： 介绍形状记忆合金（SMA）和压电材料的工作原理及其在传感器、执行器中的应用。探讨自修复材料的研究进展。 8.2 生物医用材料： 概述植入材料（如钛合金、羟基磷灰石）对生物相容性和生物活性的要求，以及组织工程支架材料的开发趋势。 8.3 纳米材料的特殊性能： 讨论尺寸效应如何导致纳米材料的导电性、光学特性和催化活性发生显著变化。简要介绍碳纳米管和石墨烯的基础结构与潜力。 总结与展望： 本书旨在提供一个扎实、全面的材料科学基础框架，覆盖从原子尺度到宏观应用的全过程。通过对结构、性能、加工和应用的系统学习，读者将能够理解和预测各种工程材料的行为，为未来的材料创新和工程实践打下坚实基础。
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