航空航天工程材料

　　本书主要包括工程材料的主要力学性能，各种常用工程材料的化学成分，金属热处理原理与工艺、组织结构、使用性能及实际应用等方面的基本理论和基础知识，为机械零件及工程结构等的设计、制造和正确使用提供有关合理选材、用材的必要理论指导和实际帮助。此外，为了突出本教材的航空航天特色，书中着重阐述了部分先进工程材料（包括铝锂合金、钛合金和先进复合材料）在民用飞机中的应用等方面的知识，有助于读者深入了解飞机的机体材料、发动机材料等。本书可作为材料类、机械类、航空航天类和能源动力类专业的本科生教材，也可供广大科研工作者以及航空航天、机械工程领域的技术人员参考。

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绪 论………………………………………………………………………………… 1 第1章 工程材料及主要力学性能…………………………………………………… 5 1.1 工程材料及其分类………………………………………………………… 5 1.1.1 金属材料…………………………………………………………… 6 1.1.2 陶瓷材料…………………………………………………………… 6 1.1.3 高分子材料………………………………………………………… 6 1.1.4 复合材料…………………………………………………………… 7 1.2 工程材料的主要力学性能………………………………………………… 7 1.2.1 拉伸强度与塑性…………………………………………………… 8 1.2.2 硬 度……………………………………………………………… 12 1.2.3 冲击韧性…………………………………………………………… 15 1.2.4 疲劳强度…………………………………………………………… 17 1.2.5 蠕变极限与持久强度……………………………………………… 19 第2章 材料的晶体结构与结晶…………………………………………………… 22 2.1 固体材料的原子键合机制………………………………………………… 22 2.1.1 金属键……………………………………………………………… 22 2.1.2 离子键……………………………………………………………… 23 2.1.3 共价键……………………………………………………………… 24 2.1.4 范德华键(分子键)………………………………………………… 24 2.2 材料的晶体结构…………………………………………………………… 25 2.2.1 材料内部的原子排列……………………………………………… 25 2.2.2 常见金属的晶格类型……………………………………………… 27 2.2.3 晶面指数与晶向指数的标定……………………………………… 29 2.2.4 实际金属的晶体结构……………………………………………… 31 2.3 合金的相结构……………………………………………………………… 35 2.3.1 概 述……………………………………………………………… 35 2.3.2 合金中的基本相…………………………………………………… 36 2.4 金属的结晶及铸锭组织…………………………………………………… 39 2.4.1 冷却曲线及结晶一般过程………………………………………… 39
2.4.2 铸件组织及其晶粒大小控制……………………………………… 43 2.5 同素异构转变……………………………………………………………… 44 第3章 金属的塑性变形与再结晶………………………………………………… 46 3.1 概 述……………………………………………………………………… 46 3.2 塑性变形的基本方式及本质……………………………………………… 47 3.2.1 单晶体的塑性变形………………………………………………… 47 3.2.2 多晶体的塑性变形………………………………………………… 52 3.2.3 合金的塑性变形…………………………………………………… 54 3.3 塑性变形对金属组织与性能的影响……………………………………… 55 3.3.1 塑性变形对金属显微组织结构的影响…………………………… 55 3.3.2 塑性变形对金属性能的影响……………………………………… 56 3.4 冷变形金属加热时的组织与性能变化…………………………………… 57 3.5 金属的热加工……………………………………………………………… 60 第4章 二元合金相图与铁碳相图………………………………………………… 62 4.1 二元合金相图的建立……………………………………………………… 62 4.2 二元合金相图的基本类型………………………………………………… 63 4.2.1 匀晶相图…………………………………………………………… 63 4.2.2 共晶相图…………………………………………………………… 65 4.2.3 包晶相图及其他类型相图………………………………………… 69 4.3 相图与合金性能之间的关系……………………………………………… 71 4.3.1 相图与合金力学性能之间的关系………………………………… 71 4.3.2 相图与合金工艺性能之间的关系………………………………… 72 4.4 铁碳合金相图……………………………………………………………… 73 4.4.1 Fe Fe3C相图中的基本相……………………………………… 74 4.4.2 Fe Fe3C相图分析……………………………………………… 75 4.4.3 几种典型铁碳合金的平衡结晶过程……………………………… 77 4.4.4 铁碳合金成分、组织与力学性能之间的关系…………………… 82 第5章 金属热处理原理与工艺…………………………………………………… 84 5.1 钢的热处理原理…………………………………………………………… 84 5.1.1 钢在加热时的组织转变…………………………………………… 85 5.1.2 钢在冷却时的组织转变…………………………………………… 88 5.2 钢的热处理工艺…………………………………………………………… 97 5.2.1 退火与正火………………………………………………………… 98
5.2.2 淬火与回火……………………………………………………… 100 5.3 表面热处理……………………………………………………………… 114 5.3.1 表面淬火………………………………………………………… 114 5.3.2 化学热处理……………………………………………………… 117 第6章 铁基合金与高温合金……………………………………………………… 123 6.1 铁碳合金………………………………………………………………… 123 6.1.1 碳 钢…………………………………………………………… 123 6.1.2 铸 铁…………………………………………………………… 128 6.2 合金钢…………………………………………………………………… 140 6.2.1 合金元素的类型及其在钢中的主要作用……………………… 140 6.2.2 合金钢的分类与编号…………………………………………… 145 6.2.3 合金结构钢……………………………………………………… 146 6.2.4 合金工具钢……………………………………………………… 158 6.2.5 不锈钢与高温合金……………………………………………… 169 第7章 有色金属与合金及其应用………………………………………………… 181 7.1 铝及铝合金……………………………………………………………… 181 7.1.1 概 述…………………………………………………………… 181 7.1.2 不同牌号的铝合金及其典型用途……………………………… 183 7.1.3 铝锂合金及其应用……………………………………………… 193 7.1.4 铸造铝合金……………………………………………………… 200 7.2 钛及钛合金……………………………………………………………… 203 7.2.1 概 述…………………………………………………………… 203 7.2.2 航空高性能钛合金的发展现状………………………………… 208 7.2.3 钛合金在航空领域中的应用…………………………………… 220 7.3 镁及镁合金……………………………………………………………… 224 7.3.1 概 述…………………………………………………………… 224 7.3.2 镁合金及其性能特点…………………………………………… 225 7.4 铜及铜合金……………………………………………………………… 228 7.4.1 工业纯铜及其合金化…………………………………………… 228 7.4.2 常用铜合金……………………………………………………… 229 第8章 先进复合材料及其应用…………………………………………………… 235 8.1 复合材料概述…………………………………………………………… 235 8.1.1 复合材料概念…………………………………………………… 235
8.1.2 复合材料的分类………………………………………………… 239 8.1.3 复合材料的基本性能…………………………………………… 240 8.2 复合材料成型技术及其特点…………………………………………… 243 8.2.1 手糊成型技术…………………………………………………… 244 8.2.2 热压罐成型技术………………………………………………… 245 8.2.3 模压成型技术…………………………………………………… 246 8.2.4 拉挤成型技术…………………………………………………… 246 8.2.5 纤维缠绕成型技术……………………………………………… 247 8.2.6 自动铺放技术…………………………………………………… 248 8.2.7 RTM 成型技术及其衍生技术………………………………… 254 8.2.8 复合材料低温固化技术………………………………………… 258 8.2.9 复合材料电子束固化技术……………………………………… 259 8.3 复合材料在航空领域中的应用………………………………………… 259 8.3.1 国外民机上复合材料的应用…………………………………… 259 8.3.2 国内复合材料在航空领域中的应用…………………………… 263 第9章 机械零件的失效分析及工程材料选择…………………………………… 266 9.1 机械零件的失效分析…………………………………………………… 266 9.1.1 概 述…………………………………………………………… 266 9.1.2 机械零件的失效形式…………………………………………… 266 9.1.3 失效分析的方法及零件失效的常见原因……………………… 270 9.2 工程材料的选择原则及应用实例……………………………………… 272 9.2.1 工程材料的选择原则…………………………………………… 272 9.2.2 工程材料的选择应用实例……………………………………… 276 参考文献……………………………………………………………………………… 284