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出版者:机械工业出版社

作者:吴海宏

出品人:

页数:82

译者:

出版时间:2005-9

价格:7.5

装帧:平装

isbn号码:9787111086277

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• 工程材料
• 材料科学
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工程材料及其应用：原理与实践 前言 在现代工业生产和社会发展的宏大图景中，工程材料扮演着不可或缺的基石角色。从宏伟的建筑、精密复杂的机械，到日新月异的电子产品和日益普及的航空航天器，无不依赖于性能卓越、适应性强的工程材料。理解材料的内在本质、掌握其发展趋势，并能根据具体需求选择和应用最合适的材料，是每一位工程师和技术人员必须具备的核心素养。 本书《工程材料及其应用：原理与实践》旨在为读者提供一个系统、深入的学习框架，以期帮助大家全面认识工程材料的科学原理，并将其转化为解决实际工程问题的能力。我们不侧重于对某一特定领域材料的详尽阐述，而是力求构建一个贯穿材料宏观性能、微观结构、加工成形以及应用拓展的知识体系。通过阅读本书，读者将能够建立起对材料科学与工程的整体认知，为未来在具体工程领域深入钻研打下坚实基础。 第一章 工程材料概览与分类 本章将从宏观层面出发，勾勒出工程材料的广阔天地。我们将首先探讨工程材料在国民经济和科技发展中的重要地位，理解其作为现代工业“三要素”（材料、能源、信息）之一的深刻含义。接着，本书将对浩瀚的工程材料家族进行系统性的分类。 金属材料： 这是工程应用最为广泛的一类材料。我们将介绍其基本分类，包括黑色金属（如钢铁及其合金）和有色金属（如铝、铜、钛、镁、镍及其合金）。重点在于阐述金属材料的共性特点，如优良的强度、塑性、导电导热性，以及其内在的晶体结构对宏观性能的影响。针对不同应用场景，如结构件、耐磨件、耐腐蚀件等，我们将探讨不同金属合金的设计理念和性能优势。 高分子材料： 随着高分子科学的飞速发展，这类材料在国民经济中的比重日益增加。我们将详细介绍有机高分子材料，包括热塑性塑料、热固性塑料和橡胶。理解单体结构、聚合方式、分子链排列以及添加剂对高分子材料性能（如强度、韧性、耐化学腐蚀性、电绝缘性、光学性能等）的决定性作用。本书将重点关注通用塑料、工程塑料以及高性能高分子材料的应用范畴。 无机非金属材料： 这一大家族包含了许多历史悠久且性能独特的材料。我们将深入探讨陶瓷材料（如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷）、玻璃材料以及水泥等。重点解析它们的化学组成、微观结构（如晶体、非晶态）与宏观性能（如高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘性、脆性等）之间的关联。我们将着重介绍它们在高温工程、建筑、电子、光学等领域的广泛应用。 复合材料： 作为现代工程材料发展的必然趋势，复合材料凭借其“1+1>2”的优异性能，在航空航天、汽车、体育器材等领域占据越来越重要的地位。本书将介绍复合材料的基本概念，即由两种或两种以上不同性质的材料（基体和增强体）通过复合工艺制备而成。我们将分类介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料）、颗粒增强复合材料以及层状复合材料，并分析其设计原则和性能优势。 新型功能材料： 随着科学技术的进步，涌现出大量具有特殊功能的材料。本章也将简要介绍一些前沿的材料类型，如半导体材料、磁性材料、压电材料、形状记忆合金、智能材料等，并初步介绍它们在信息技术、能源、生物医学等领域的应用前景。 第二章 材料的微观结构与宏观性能 理解材料的宏观性能，必须深入到其微观世界。本章将揭示材料的微观结构是如何决定其宏观表现的。 原子键合与晶体结构： 我们将从原子尺度出发，阐述不同类型的原子间键合（如离子键、共价键、金属键、范德华键）如何影响材料的性质。在此基础上，我们将深入研究金属和陶瓷等晶体材料的晶体结构（如面心立方、体心立方、六方密排），以及非晶态材料（如玻璃）的结构特点。晶格常数、晶面、晶向等概念将帮助我们理解材料的各向异性。 缺陷与性能： 实际材料并非完美的晶体，各种点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的存在，对材料的力学性能、导电导热性能等有着至关重要的影响。我们将探讨这些缺陷的类型、形成机制，以及它们如何影响材料的强度、塑性、韧性等。例如，位错滑移是金属材料塑性变形的微观基础，而晶界则可能成为应力集中的源头。 相变与组织： 材料的性能与其内部存在的相以及相的组织形态密切相关。我们将介绍固相相变的基本原理，例如合金的相图（如Fe-C相图）如何指示不同温度和成分下的物相组成。理解相变过程（如奥氏体化、贝氏体转变、马氏体转变）及其产物的微观结构，对于调控材料性能至关重要。 第三章 材料的力学性能与测试 力学性能是衡量工程材料能否满足结构设计要求的最基本指标。本章将详细介绍各种重要的力学性能及其测试方法。 强度与刚度： 我们将定义和解释拉伸强度、屈服强度、极限强度、抗压强度、抗剪强度等概念。理解应力-应变曲线，并从中提取弹性模量（刚度）等关键参数。 塑性与韧性： 塑性是材料在应力作用下发生永久变形而不发生断裂的能力，用伸长率、断面收缩率等指标衡量。韧性则是材料抵抗断裂的能力，尤其是在冲击载荷下。我们将介绍冲击韧性测试（如夏比冲击试验），并探讨脆性断裂与韧性断裂的区别。 硬度： 硬度是材料抵抗表面压痕或划伤能力的度量。我们将介绍洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等常见的硬度测试方法，并阐述其与材料其他力学性能的关系。 疲劳与蠕变： 在反复载荷作用下，材料可能发生疲劳断裂，即使应力低于屈服强度。我们将介绍疲劳极限、S-N曲线等概念。蠕变则是在恒定载荷和高温下材料发生的缓慢变形。理解蠕变行为对于设计承受长期高温应力的结构至关重要。 材料测试技术： 本章还将介绍各种常用的材料力学性能测试设备和方法，包括万能试验机、硬度计、冲击试验机、疲劳试验机等，以及样品制备和试验数据分析的基本要求。 第四章 材料的物理性能与化学性能 除了力学性能，材料的物理和化学性能在特定应用场景下同样至关重要。 导电导热性： 我们将区分导体、半导体和绝缘体，并解释材料导电导热性的微观机制（如自由电子、声子）。理解电阻率、导热系数等参数的意义，并介绍其在电气、电子和热能工程中的应用。 磁性： 介绍顺磁性、抗磁性、铁磁性等不同磁行为，以及软磁材料和硬磁材料的应用。 光学性能： 探讨材料的透光性、反射性、折射率等，及其在光学器件、显示技术等领域的应用。 耐腐蚀性： 重点分析金属材料的电化学腐蚀，以及陶瓷、高分子材料的耐化学介质性能。介绍常见的腐蚀类型（如氧化、电化学腐蚀）和防腐蚀措施。 热性能： 包括热膨胀系数、比热容、熔点等，以及这些性能对材料在高温或低温环境下的适用性。 第五章 材料的工艺性能与加工 材料能否顺利地加工成所需的形状和尺寸，并且在加工过程中不丧失或降低其原有性能，是衡量其工艺性能的关键。本章将重点关注材料的加工性能。 塑性加工性能： 针对金属材料，我们将讨论锻造、轧制、冲压、挤压等塑性成形工艺的适用性。理解材料的流动应力、成形极限等对加工的影响。 切削加工性能： 介绍材料的可切削性，包括切削力、刀具磨损、表面粗糙度等，以及影响切削性能的因素。 焊接性能： 探讨不同材料的焊接方法、焊接工艺参数以及焊接接头的性能。 铸造性能： 针对可以熔化后浇注成型的材料，如金属和某些陶瓷、高分子材料，我们将分析其流动性、收缩率、氧化倾向等对铸造的影响。 粉末冶金工艺： 介绍通过粉末压制和烧结制备零部件的方法，以及其在制造复杂形状和特殊性能材料方面的优势。 高分子材料的成形工艺： 详细介绍注塑、挤出、吹塑、压延等常见高分子材料加工方法，以及影响加工过程的因素，如熔融指数、热稳定性等。 第六章 材料的选择与应用 材料的选择是工程设计中的核心环节。本章将指导读者如何根据工程需求，系统地选择最合适的材料。 需求分析： 强调在选择材料前，必须清晰地明确工程产品的性能要求、使用环境、成本预算、加工制造的可行性以及环保法规等。 性能匹配原则： 根据性能要求，如何在材料数据库中检索和筛选具有目标性能的材料。 成本效益分析： 综合考虑材料本身的成本、加工成本、使用寿命以及维护成本，进行经济效益评估。 环境与可持续性： 探讨材料的生命周期评价，以及在材料选择中对可再生性、可回收性和环境影响的考量。 典型应用案例分析： 通过分析不同行业（如汽车、航空航天、电子、建筑、医疗）的典型产品，展示材料选择的逻辑和方法。例如，为何飞机结构件选用高强度铝合金或碳纤维复合材料，而汽车发动机活塞选用铝合金或钛合金。 第七章 材料的发展趋势与前沿 材料科学与工程是一个不断发展的领域。本章将展望材料领域的未来发展方向。 高性能材料： 纳米材料、超高分子量聚合物、先进陶瓷、高熵合金等。 功能材料： 智能材料、生物医用材料、能源材料（如电池材料、太阳能材料）、环境材料等。 绿色材料与可持续发展： 可降解材料、生物基材料、再生材料以及低能耗、低排放的制造工艺。 计算材料学与人工智能： 如何利用计算模拟和机器学习加速新材料的发现与设计。 结语 《工程材料及其应用：原理与实践》力求以清晰的逻辑、严谨的科学论述和贴近实际应用的视角，引领读者踏入工程材料的精彩世界。我们希望本书能够激发读者对材料科学的兴趣，培养其科学思维能力，并为他们在未来的工程实践中做出明智的材料选择和应用决策提供坚实的知识支撑。材料是现代文明的基石，理解和掌握材料，就是掌握了创造未来的钥匙。

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在成形工艺这一块，我期望能看到更细致、更具操作性的指导，毕竟“工艺”二字强调的就是执行层面的具体步骤和参数控制。然而，我对书中关于塑性成形，特别是复杂曲面深冲压的描述感到非常失望。书中仅仅泛泛地提到了应力集中和回弹问题，但对于如何通过模具设计来补偿这些效应，比如滚压线的设计、润滑剂的选择对拉深系数的影响，甚至是一些数值模拟软件在预判成形极限方面的基础应用，都语焉不详。这让这本书的“参考”价值大打折扣，因为对于一个工程师来说，知道“会出问题”远不如知道“如何避免问题”来得重要。这种处理方式，让技术参考书的实用性打了折扣，它更像是对工艺流程的宏观概述，而非深入车间操作的宝典。再者，对于现代制造中日益重要的增材制造技术，比如金属3D打印的烧结过程控制、残余应力的消除技术，书中更是避而不谈，这在当前“工业4.0”的大背景下，无疑是巨大的信息缺失。它给读者的感觉是，这本书的内容可能在十年前是适用的，但放在今天来看，已经明显滞后于行业的发展步伐，缺乏与时俱进的勇气和努力。

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翻开这本《工程材料及成形工艺基础教学参考书》时，我心中充满了期待，毕竟在材料科学这个领域，基础的扎实程度决定了未来的发展高度。然而，阅读过程中，我发现这本书的内容似乎更侧重于对宏观现象的罗列，而非深层次的机理剖析。举个例子，在介绍金属的晶体结构时，书中仅仅给出了几种常见晶系的图示和基本参数，却鲜有关于这些微观结构如何影响材料宏观力学性能的深入论述。比如，为什么面心立方结构在延展性上通常优于体心立方结构，其内在的滑移机制和位错运动规律，在书中只是被轻描淡写地带过。这对于一个初学者来说，可能能勉强记住一些概念，但要真正建立起材料性能与微观结构之间的“桥梁”，显然是力有不逮的。更令人遗憾的是，对于一些前沿的材料设计理念，比如高熵合金或者智能材料的初步概念，书中几乎没有涉及，仿佛时间停滞在了几十年前。我期望的参考书，应当是能够引导读者思考“为什么”而非仅仅“是什么”的工具，但很遗憾，这本书更多地扮演了“知识清单”的角色，而非“思维激发器”。整体来看，它更像是一本老旧的课堂讲义汇编，缺乏与当代工程实践的紧密结合和前瞻性的视野。

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这本书在结构组织上存在一些令人困惑的地方，尤其是不同知识模块之间的衔接性。例如，在介绍铸造工艺时，作者花费了大量篇幅描述砂型和金属液的流动，但随后紧接着的“材料疲劳”章节，却突然转向了对循环载荷下微裂纹萌生和扩展的微观描述，两者之间的过渡显得生硬且缺乏必要的逻辑桥梁。这使得阅读体验时常被打断，读者需要自己在大脑中努力构建知识点之间的关联，才能形成一个完整的知识体系。理想的教学参考书，应当是逻辑清晰、层层递进的，让读者感觉到每前进一步都是水到渠成的。此外，书中对于标准和规范的引用也显得不够系统化，缺乏对国内外主流材料标准（如ASTM、ISO或GB）的集中梳理和对比。当需要查找特定材料的性能指标时，读者需要零散地在不同章节中寻找，这无疑增加了查找的负担，也体现了编者在系统化整理方面的不足。总而言之，这本书更像是一系列独立知识点的堆砌，而非一个有机的、整体的知识结构，这对于需要建立全面知识框架的读者来说，是一个不小的挑战。

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我个人的学习偏好是偏向于结合力学原理来理解材料性能的。我认为，只有通过严谨的数学模型和力学分析，才能真正掌握材料的内在规律。因此，我在阅读《工程材料及成形工艺基础教学参考书》时，重点关注了其理论深度。不幸的是，书中在介绍材料的断裂韧性（KIC值）时，其推导过程过于简化，甚至跳过了重要的奇异性分析和应力场近似，直接给出了一个经验公式的结论。这种“只给结果，不讲推导”的叙事方式，对于希望深究背后的物理意义的学习者来说，无疑是一种阻碍。力学之美在于其逻辑的严密性，而这本书在关键的力学章节处理上显得有些敷衍，缺乏足够的理论支撑和严密的数学论证链条。它似乎更倾向于面向非专业背景的读者，但既然定位为“工程材料”，就理应承担起对理论深度负责的义务。一个好的参考书应该能够承受得住同行和高年级学生的推敲，而这本书在核心理论的阐述上，显得过于“温柔”和“友好”，反而削弱了其作为权威参考的严肃性。

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这本书的排版和图示质量，说实话，让我感到有些吃力。作为一本技术参考书，清晰、精确的图表是至关重要的，它直接影响了读者对复杂概念的理解效率。我特别留意了关于材料热处理过程的章节，比如淬火和回火的T-T-T曲线图。这些图本应是理解相变动力学的关键窗口，但在书中，线条的粗细不均，坐标轴的标注模糊不清，甚至某些关键温度点的数值描述都显得捉襟见肘。阅读这些图表时，我不得不反复对照文字描述，试图拼凑出完整的图像，这极大地分散了我的注意力，也降低了学习的连贯性。此外，书中的案例分析部分也显得过于单薄和理想化。真实的工程问题往往充满了各种变量和约束，但书中的例子却像是教科书式的完美情境，缺乏对实际生产中可能遇到的缺陷、误差和环境影响的讨论。这使得读者在合上书本后，面对真实的工程图纸和材料报告时，会有一种强烈的“脱节感”，仿佛学到的是理论的皮毛，而非解决实际问题的筋骨。优秀的参考书应当是实践的指南，而这本书在图形语言和实例的厚度上，都未能达到工业界对“参考”应有的标准。

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