本教材是結合近年來《金屬工藝學》課程體系、課程內容教學改革的成果，根據教育部頒布的“金屬工藝學教學基本要求”，按照最新國家標準編寫而成的。本教材共分十三個學習情境，包括金屬材料的性能、金屬的結構與結晶、鐵碳合金、鋼的熱處理、金屬材料、非金屬材料、鑄造成形工藝、鍛壓成形工藝、焊接成形工藝、機械加工成形工藝、機械加工工藝過程、先進制造技術簡介、材料與成形工藝選擇，并安排了部分實驗，體現了較強的理論性、系統性、先進性和廣泛應用性。
本教材是機械類、機電類、數控類、汽車類等專業的通用教材，也可作為相關技術人員的參考書。
潘愛民，高級講師，鄭州電子信息中等專業學校機電系主任；景紅芹，高級講師，鄭州電子信息中等專業學校機械系主任
緒 論 1
學習情境一 金屬材料的性能 3
單元一 金屬材料的力學性能 4
1.1.1 強度和塑性 4
1.1.2 硬度 6
1.1.3 沖擊韌性 7
1.1.4 疲勞強度 8
單元二 材料的工藝性能 9
1.2.1 鑄造性能 10
1.2.2 鍛造性能 10
1.2.3 焊接性能 10
1.2.4 切削加工性能 10
單元三 金屬材料的硬度測試實驗 10
習題 12
學習情境二 金屬材料的晶體結構與結晶 14
單元一 金屬材料的晶體結構 15
2.1.1 晶體與非晶體 15
2.1.2 晶體結構的基本概念 15
2.1.3 金屬實際晶體結構 16
2.1.4 金屬的結晶過程 17
單元二 合金的晶體結構 19
2.2.1 基本概念 20
2.2.2 合金的組織 20
單元三 二元合金相圖 21
2.3.1 二元合金相圖的建立 21
2.3.2 二元合金相圖的分析 22
習題 24
學習情境三 鐵碳合金 25
單元一 純鐵的同素異構轉變 26
單元二 鐵碳合金的基本組織 27
單元三 鐵碳合金相圖 27
3.3.1 相圖分析 29
3.3.2 典型成分鐵碳合金結晶過程分析 29
3.3.3 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響 33
單元四 鐵碳合金相圖的應用 34
3.4.1 在選材方面的應用 34
3.4.2 在鑄造方面的應用 34
3.4.3 在鍛造方面的應用 35
3.4.4 在焊接方面的應用 35
3.4.5 在熱處理方面的應用 35
單元五 鐵碳合金平衡組織觀察實驗 35
習題 37
學習情境四 鋼的熱處理 39
單元一 鋼在加熱時的組織轉變 40
4.1.1 奧氏體的形成過程 41
4.1.2 奧氏體晶粒的長大及其影響因素 42
單元二 鋼在冷卻時的組織轉變 43
4.2.1 過冷奧氏體等溫冷卻轉變 44
4.2.2 過冷奧氏體連續冷卻轉變 46
單元三 鋼的普通熱處理 47
4.3.1 鋼的退火與正火 47
4.3.2 鋼的淬火與回火 49
單元四 鋼的表面熱處理 55
4.4.1 鋼的表面淬火 55
4.4.2 鋼的化學熱處理 57
單元五 熱處理新技術簡介 59
4.5.1 可控氣體熱處理 60
4.5.2 真空熱處理 60
4.5.3 形變熱處理 61
4.5.4 流動化熱處理 62
4.5.5 循環熱處理 62
4.5.6 強韌化處理 62
4.5.7 激光熱處理 63
單元六 碳鋼的熱處理實驗 64
習題 65
學習情境五 鋼鐵金屬材料 67
單元一 雜質元素和合金元素對鋼的作用 68
5.1.1 雜質元素和合金元素在鋼中的作用 68
5.1.2 鋼的分類 71
單元二 非合金鋼 71
5.2.1 普通碳素結構鋼 71
5.2.2 優質碳素結構鋼 72
5.2.3 碳素工具鋼 74
5.2.4 鑄鋼 75
單元三 合金鋼 76
5.3.1 合金鋼的牌號 76
5.3.2 合金結構鋼 76
5.3.3 特殊性能鋼 85
單元四 鑄鐵 88
5.4.1 鑄鐵的石墨化及影響因素 89
5.4.2 常用鑄鐵 89
5.4.3 合金鑄鐵 94
單元五 非鐵金屬材料 95
5.5.1 鋁及鋁合金 95
5.5.2 銅及銅合金 100
5.5.3 滑動軸承合金 104
5.5.4 粉末冶金材料 106
習題 109
學習情境六 非金屬材料 111
單元一 高分子材料 112
6.1.1 塑料 112
6.1.2 橡膠 117
6.1.3 膠黏劑 118
單元二 陶 瓷 材 料 118
6.2.1 陶瓷的分類 118
6.2.2 陶瓷的性能 118
6.2.3 常用工業陶瓷 118
單元三 復合材料 119
6.3.1 復合強化原理 119
6.3.2 復合材料的分類 119
6.3.3 復合材料的性能 120
6.3.4 常用復合材料 120
單元四 納米材料及功能材料簡介 121
6.4.1 納米材料 121
6.4.2 超導材料 125
6.4.3 儲氫材料 126
6.4.4 形狀記憶材料 127
習題 129
學習情境七 鑄造成形工藝 130
單元一 鑄造工藝基礎 131
7.1.1 概述 131
7.1.2 合金的鑄造性能 131
單元二 砂型鑄造 134
7.2.1 型砂和芯砂 134
7.2.2 手工砂型造型 136
7.2.3 型芯制造 140
7.2.4 合箱與澆注 141
7.2.5 落砂和清理 141
7.2.6 鑄件的質量檢驗 141
單元三 鑄 造 工 藝 143
7.3.1 澆注位置和分型面的選擇 143
7.3.2 鑄造工藝參數的選擇 145
7.3.3 澆注系統和冒口 146
7.3.4 鑄造工藝圖 148
單元四 特種鑄造工藝 149
7.4.1 熔模鑄造 149
7.4.2 金屬型鑄造 150
7.4.3 壓力鑄造 151
7.4.4 離心鑄造 152
單元五 鑄件的結構設計 153
7.5.1 鑄造工藝對結構的要求 153
7.5.2 鑄件質量對結構的要求 154
單元六 鑄造成形技術發展簡介 157
習題 159
學習情境八 鍛壓成形 161
單元一 金屬的塑性變形 162
8.1.1 金屬塑性變形的實質 162
8.1.2 金屬的鍛造性 165
單元二 鍛造 167
8.2.1 自由鍛造 167
8.2.2 模鍛 172
8.2.3 鍛件結構工藝性 175
單元三 板料沖壓 177
8.3.1 沖壓設備 177
8.3.2 板料沖壓的基本工序 178
8.3.3 沖壓模具 181
8.3.4 板料沖壓件結構工藝性 183
單元四 其他鍛壓成形方法 184
8.4.1 擠壓 184
8.4.2 拉拔 185
8.4.3 輥軋 185
8.4.4 鍛壓成形新工藝、新技術簡介 187
習題 188
學習情境九 焊接成形工藝 190
單元一 焊接工藝基礎 191
9.1.1 概述 191
9.1.2 金屬熔焊原理 192
單元二 常用焊接方法 192
9.2.1 焊條電弧焊 192
9.2.2 埋弧自動焊 195
9.2.3 氣焊和氣割 197
9.2.4 氣體保護焊 199
9.2.5 電阻焊 200
9.2.6 電渣焊 202
9.2.7 釬焊 203
單元三 焊接質量及其控制 203
9.3.1 焊接接頭的組織與性能 203
9.3.2 焊接應力與變形 205
9.3.3 焊接接頭的主要缺陷及檢驗 208
單元四 常用金屬材料的焊接 211
9.4.1 金屬材料的可焊性 211
9.4.2 碳鋼的焊接 212
9.4.3 低合金結構鋼的焊接 212
9.4.4 鑄鐵的焊補 212
9.4.5 有色金屬的焊接 213
單元五 焊接結構設計 214
9.5.1 焊接結構件材料的選擇 215
9.5.2 焊縫的布置 215
9.5.3 焊接方法的選擇 217
9.5.4 焊接接頭型式的選擇與設計 217
習題 220
學習情境十 機械加工成形工藝 222
單元一 金屬切削加工基本知識 223
10.1.1 切削運動與切削要素 223
10.1.2 金屬切削刀具 224
10.1.3 切削液 226
10.1.4 金屬切削過程中的物理現象 226
單元二 常用金屬切削加工方法 229
10.2.1 車削加工 229
10.2.2 其他常用機床及其加工 231
習題 236
學習情境十一 機械加工工藝過程 238
單元一 機械加工工藝基本知識 239
11.1.1 機械加工工藝過程 239
11.1.2 工件的裝夾 241
11.1.3 工件的定位 245
11.1.4 夾具簡介 246
單元二 零件機械加工工藝規程的制定 247
11.2.1 技術要求分析 247
11.2.2 毛坯的選擇 247
11.2.3 工藝分析 247
11.2.4 擬定工藝路線 248
11.2.5 機床與工藝裝備的選擇 249
11.2.6 確定各工序加工余量、切削用量和時間定額 249
11.2.7 填寫工藝文件 249
單元三 典型零件的機械加工工藝方案 249
11.3.1 軸類零件 249
11.3.2 套類零件 250
習題 252
學習情境十二 先進制造技術簡介 253
單元一 精密加工技術 254
12.1.1 研磨 254
12.1.2 珩磨 254
12.1.3 拋光 254
12.1.4 超精密加工 255
單元二 特種加工技術 255
12.2.1 電火花加工 256
12.2.2 電解加工 257
12.2.3 超聲波加工 258
12.2.4 激光加工 258
12.2.5 水射流加工 258
單元三 數控機床加工技術 259
單元四 快速原型制造技術 260
12.4.1 快速原型的概念 260
12.4.2 快速原型制造技術的特征 260
12.4.3 快速原型工藝 261
習題 263
學習情境十三 材料與成形工藝選擇 264
單元一 機械零件的失效形式 265
13.1.1 零件失效原因 265
13.1.2 零件失效形式 265
單元二 材料及成形工藝選擇 266
13.2.1 材料及成形工藝選擇的原則典型零件的選材 266
13.2.2 材料及成形工藝選擇的方法 268
單元三 典型零件的選材實例分析 270
13.3.1 軸類零件的選材 270
13.3.2 齒輪類零件的選材 273
13.3.3 機架和箱體類零件的選材 277
習題 277
參考文獻 279
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