材料選用手冊

第一篇材料選用的定量方法
第1章材料選用的定量方法3
11概述3
12材料的初步篩選4
121材料性能要求分析4
122初步篩選的定量方法5
13選材方案的比較7
131性能權(quán)重法7
14優(yōu)化方案的選擇9
15材料選擇典型事例分析9
151材料使用性能要求9
152材料的初步篩選9
153材料方案的比較9
154選擇優(yōu)化方案10
16材料替代12
161pugh法12
162成本效益分析12
17材料替代典型事例分析13
18信息來源計算機輔助選材13
181計算機材料數(shù)據(jù)庫13
182計算機輔助最終選材14
183專家系統(tǒng)14
參考文獻15第二篇結(jié) 構(gòu) 材 料
第2章碳鋼和合金鋼19
21概述19
22鋼的生產(chǎn)19
221煉鐵19
222煉鋼20
223連鑄20
224軋制/鍛造20
23鋼的性能發(fā)展20
231鐵碳平衡相圖21
232等溫轉(zhuǎn)變曲線26
233連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線28
234淬透性概念28
24合金元素在鋼中的作用30
25鋼的熱處理34
26鋼的分類和材料規(guī)范35
261碳鋼36
262合金鋼37
27總結(jié)43
參考文獻43
第3章不銹鋼45
31合金元素的作用45
32若干腐蝕形式48
321一般腐蝕48
322應(yīng)力腐蝕開裂48
323點腐蝕49
324縫隙腐蝕50
325晶間腐蝕50
326接觸腐蝕51
33氬氧脫碳（aod）、雙重質(zhì)量證明和
化學(xué)成分控制51
34可獲得性53
35鐵素體不銹鋼53
36馬氏體不銹鋼53
37時效硬化馬氏體不銹鋼54
38雙相不銹鋼54
39奧氏體不銹鋼和鎳合金55
310焊接56
3101碳鋼與不銹鋼56
3102奧氏體合金58
3103雙相不銹鋼59
3104高鉬合金59
網(wǎng)址59
參考文獻60
商標60
第4章鋁合金61
41鋁合金的特性61
411變形鋁合金的優(yōu)點61
412鑄造鋁合金的優(yōu)點62
413變形和鑄造鋁合金的局限性62
42標識系統(tǒng)63
421變形鋁合金標識系統(tǒng)63
422鑄造鋁合金的標識系統(tǒng)66
423鋁合金狀態(tài)標識系統(tǒng)68
43鋁合金的性能68
44鋁合金的應(yīng)用80
441按合金分類的應(yīng)用80
442按市場范圍的應(yīng)用91
參考文獻93
第5章銅及銅合金95
51概述95
52銅工業(yè)的結(jié)構(gòu)95
53銅合金設(shè)計96
54產(chǎn)品形狀99
55電氣和電子線材產(chǎn)品100
56箔、帶、板材產(chǎn)品107
561建筑107
562電氣和電子合金107
563工業(yè)產(chǎn)品138
57管材產(chǎn)品138
571水管138
572商業(yè)管和配件141
573合金管141
58棒、條和機械線材141
581機加工產(chǎn)品141
582鍛造142
583機械線材142
59鑄造143
591鑄造方法143
592應(yīng)用143
593套筒軸承152
510銅對人類健康和環(huán)境的影響152
第6章鈦合金的設(shè)計選材154
61概述154
611目的154
612鈦合金簡介154
613鈦合金的耐高溫性能154
614鈦及其合金的強度和耐腐蝕
性能154
615鈦合金的信息155
62鈦合金的金屬學(xué)156
621結(jié)構(gòu)156
622合金中的晶體結(jié)構(gòu)行為156
63高溫環(huán)境應(yīng)用的鈦合金156
631概述156
632力學(xué)行為156
64鈦及其合金的顯微組織和性能158
641合金成分和力學(xué)行為158
642鈦合金的強化159
65合金元素的作用159
651金屬間化合物和其他第二相160
652力學(xué)和物理性能160
653工藝影響161
654氫（在工業(yè)純的鈦中）161
655氧和氮（在工業(yè)純的鈦中）161
656鈦合金的力學(xué)性能161
66生產(chǎn)工藝過程167
661鈦合金制件生產(chǎn)概況167
662鈦的真空熔煉168
663鍛造鈦合金168
664精密熔模鑄造169
665加工和殘余應(yīng)力169
666連接169
67選擇鈦合金的其他考慮方面170
671腐蝕170
672生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用170
673低溫方面的應(yīng)用170
68評述170
參考文獻171
第7章鎳及鎳基合金172
71概述172
72鎳基合金172
721合金分類172
722討論和應(yīng)用174
73腐蝕180
74制造184
741變形抗力184
742應(yīng)變硬化184
75熱處理185
751還原性氣氛185
752可控氣氛185
76焊接186
77機加工186
78結(jié)論187
參考文獻187
第8章鎂及鎂合金188
81概述188
82應(yīng)用188
821作為非結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用188
822作為結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用188
83合金與性能189
831鑄件的力學(xué)性能190
832變形產(chǎn)品的力學(xué)性能190
833物理性能191
84加工制造191
841機加工191
842連接192
843成形192
85腐蝕與表面處理192
851化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍膜192
852陽極鍍膜192
853涂漆192
854電鍍192
參考文獻192
參考書目193
第9章鎂合金的腐蝕與氧化194
91概述194
92鎂合金的氧化195
921室溫氧化195
922高溫氧化196
93鎂合金的腐蝕198
931電化學(xué)特性198
932腐蝕的類型199
933環(huán)境與表面膜200
934提高耐蝕性的方法201
94總結(jié)與展望207
參考文獻208
第10章高溫合金的設(shè)計選材211
101概述211
1011目的211
1012什么是高溫合金211
1013高溫合金怎樣強化211
1014高溫合金制品的制備212
1015高溫合金信息222
102高溫金屬224
1021概論224
1022力學(xué)行為224
103高溫合金性能226
1031物理/環(huán)境性能226
1032力學(xué)性能227
104高溫合金的發(fā)展228
1041通過控制化學(xué)成分改善高溫
合金228
105熔煉和鑄造方法229
1051概論229
1052高溫合金的熔煉和精煉229
1053合金錠重熔工藝的優(yōu)、缺點230
106零件生產(chǎn)231
1061生產(chǎn)部件的鑄造方法231
1062鍛造和粉末高溫合金232
1063連接232
1064制造工藝小結(jié)234
107高溫合金選材的其他方面235
1071腐蝕和保護涂層235
1072抗熱腐蝕的特殊合金236
1073熱障涂層236
108合金選擇總結(jié)236
1081中溫應(yīng)用236
1082高溫應(yīng)用237
109總評238
參考文獻238
第11章塑料：熱塑性塑料，熱固性塑
料和彈性體240
111通用熱塑性塑料240
1111聚乙烯240
1112聚丙烯241
1113聚苯乙烯241
1114抗沖擊型聚苯乙烯241
1115san（苯乙烯/丙烯腈共聚物）241
1116abs242
1117聚氯乙烯242
1118聚偏二氯乙烯243
1119聚甲基丙烯酸甲酯243
11110聚對苯二甲酸乙二醇酯243
112熱塑性工程塑料243
1121聚酯（熱塑性塑料）244
1122聚酰胺（尼龍）244
1123聚縮醛245
1124聚苯硫醚245
1125聚碳酸酯245
1126聚砜246
1127改性聚苯醚246
1128聚酰亞胺246
113含氟熱塑性塑料247
1131聚四氟乙烯247
1132聚偏氟氯乙烯247
1133聚全氟乙丙烯248
1134聚偏二氟乙烯248
1135聚（三氟氯乙烯與乙烯共
聚物）248
1136聚氟乙烯248
114熱固性樹脂248
1141酚醛樹脂248
1142環(huán)氧樹脂249
1143不飽和聚酯249
1144醇酸樹脂249
1145鄰苯二甲酸丙酯249
1146氨基樹脂249
115通用彈性體250
116特殊彈性體250
參考文獻251
第12章復(fù)合材料253
121概述253
1211復(fù)合材料的分類的特點253
1212復(fù)合材料可比較的性質(zhì)254
1213制造中需要考慮的事項257
122增強體和基體材料257
1221增強體257
1222基體材料259
123復(fù)合材料的性能261
1231復(fù)合材料的力學(xué)性能263
1232復(fù)合材料的物理性能268
參考文獻273
參考書目273
第13章智能材料276
131概述276
132壓電材料277
133電致伸縮材料279
134磁致伸縮材料280
135抗彈性材料280
136電流變材料281
137磁流變材料281
138熱感應(yīng)材料281
139ph值敏感材料282
1310光敏感材料282
1311智能聚合物282
1312智能凝膠（智能水凝膠）283
1313智能催化劑283
1314形狀記憶合金283
1315材料不尋常的特性284
1316評論、關(guān)注和結(jié)論284
1317未來285
參考文獻285
第14章陶瓷材料及其設(shè)計、應(yīng)用
概覽287
141概述287
142先進陶瓷工藝287
143脆性和脆性材料設(shè)計288
144應(yīng)用289
1441陶瓷作為耐磨材料的應(yīng)用289
1442熱結(jié)構(gòu)應(yīng)用291
1443耐腐蝕性293
1444無源電子293
1445壓電陶瓷293
1446透明陶瓷294
145信息來源295
1451生產(chǎn)商和供應(yīng)商295
1452資料295
1453標準和試驗方法295
1454設(shè)計手冊296
146將來的趨勢296
參考文獻297第三篇材料數(shù)據(jù)的獲得與管理
第15章如何獲得材料性能數(shù)據(jù)301
151概述301
152過程302
1521確定問題302
1522查找所需信息304
1523首先使用最有名的資源305
1524超出桌面306
1525評估數(shù)據(jù)/信息資源308
1526使用新的信息時重新確定的
問題308
1527知道何時所收集的信息已經(jīng)
足夠了308
153數(shù)據(jù)庫308
15315個大型文獻數(shù)據(jù)庫308
1532其他數(shù)據(jù)庫309
參考文獻310
第16章材料數(shù)據(jù)的來源311
161概述311
162對于數(shù)據(jù)的期望使用311
1621建立材料或產(chǎn)品性能模型311
1622材料選擇312
1623分析比較312
1624初步設(shè)計312
1625最終設(shè)計313
1626材料規(guī)范313
1627加工313
1628質(zhì)量保證314
1629維護314
16210失效分析314
163數(shù)據(jù)類型314
1631原文數(shù)據(jù)314
1632數(shù)字數(shù)據(jù)庫315
1633元數(shù)據(jù)315
164數(shù)據(jù)資源的種類315
165數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性316
166平臺：數(shù)據(jù)資料的類型317
167特定的數(shù)據(jù)資料317
1671asm國際317
1672stn國際318
1673因特網(wǎng)319
參考文獻320
第17章材料數(shù)據(jù)管理321
171材料數(shù)據(jù)管理的歷史321
172材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實施323
1721計劃323
1722實施324
1723開展與支持326
173創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫326
1731定義項目組326
1732確定終端用戶的數(shù)據(jù)要求326
1733確認功能需求327
1734數(shù)據(jù)庫的設(shè)計327
1735原型數(shù)據(jù)庫的開發(fā)329
1736數(shù)據(jù)庫的填充329
1737建立數(shù)據(jù)庫330
1738用戶界面的定制330
1739數(shù)據(jù)庫的考核331
174商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)331
175材料數(shù)據(jù)標準333
參考文獻334
第18章材料信息的采購和處置336
181概述336
182采購信息337
183材料標準和規(guī)范的目錄與參考340
184材料處理342
185關(guān)于材料循環(huán)處理的信息資源343
186當前的問題344
參考文獻344第四篇材料性能測試
第19章金屬材料性能測試349
191力學(xué)測試實驗室349
1911試驗機350
1912傳感器和檢測裝置351
192拉伸和壓縮性能試驗351
193蠕變和應(yīng)力松弛試驗353
194硬度和沖擊試驗354
195斷裂韌度試驗356
196疲勞試驗359
197其他力學(xué)試驗361
198環(huán)境因素361
參考文獻363
第20章塑料測試364
201力學(xué)性能365
2011拉伸試驗（astm d638，
iso 5271）365
2012彎曲性能（astm d790，
iso 178）365
2013蠕變性能366
2014應(yīng)力松弛367
2015沖擊性能369
2016耐磨試驗373
2017耐疲勞性374
2018硬度測試375
202熱性能376
2021高溫性能測試376
2022脆性溫度（astm d746，
iso 974）379
203電性能379
2031介電強度（astm d149，
iec 2431）380
2032介電常數(shù)和損耗因子（astm
d150，iec 250）380
2033電阻試驗381
2034電弧電阻（astm d495）381
204大氣老化性能383
2041加速大氣老化試驗384
2042塑料的戶外大氣老化（astm
d1435）386
參考文獻387
第21章塑料的特性與識別389
211材料特性試驗389
2111熔體指數(shù)試驗(astm d1238,
iso1133)389
2112流變學(xué)391
2113黏度試驗393
2114凝膠滲透色譜393
2115熱分析技術(shù)394
2116光譜學(xué)402
212塑料的識別分析402
2121熔點的測定403
2122溶解性試驗403
2123銅線試驗404
2124密度試驗404
2125用于識別聚合物的化學(xué)及熱
分析404
參考文獻404
第22章專業(yè)的測試機構(gòu)406
221美國國家標準研究所406
222美國試驗和材料協(xié)會406
223食品藥品管理局407
224國家標準和技術(shù)研究所407
225國家電氣制造商協(xié)會407
226國家消防協(xié)會408
227國家衛(wèi)生基金會408
228塑料工程師協(xié)會408
229塑料工業(yè)協(xié)會409
2210簽約商實驗室409
2211測試服務(wù)的典型價格409
2212獨立的測試實驗室410
第23章陶瓷測試413
231概述413
232力學(xué)性能測試413
2321強度414
2322蠕變416
2323硬度417
2324斷裂韌度418
2325高應(yīng)變速率418
2326疲勞419
233熱測試421
2331熱膨脹421
2332熱傳導(dǎo)422
2333熱容量424
234無損檢測424
2341超聲波探傷425
2342射線照相425
235電測試426
2351高溫電阻426
2352電子級陶瓷的彎曲強度426
236結(jié)語426
參考文獻427
第24章無損檢測428
241概述428
2411關(guān)于檢測方法的信息429
2412其他參考資料429
2413電子參考資料429
2414未來nde的能力429
242液體滲透檢測430
2421滲透方法工藝431
2422參考標準試塊431
2423滲透檢驗的局限性432
243超聲方法432
2431聲波432
2432聲的反射和透射432
2433聲的折射434
2434檢測工藝435
244射線照相436
2441x射線的產(chǎn)生和吸收437
2442中子射線照相438
2443x射線的衰減439
2444采用膠片的x射線照相技術(shù)439
2445透度計440
2446實時射線照相技術(shù)440
2447計算機層析照相技術(shù)441
245渦流檢測442
2451趨膚效應(yīng)442
2452阻抗平面442
2453檢測線圈從試樣上提離444
246熱學(xué)方法445
2461紅外攝像儀445
2462熱涂層445
2463熱學(xué)檢測445
247磁粉檢測方法445
2471磁化場446
2472連續(xù)與非連續(xù)場446
2473檢測工藝447
2474零件的退磁447
248選材中檢測能力的考慮447
2481材料特性的確定447
2482結(jié)構(gòu)完整性448
2483定量裂紋檢測的好處449
2484nde能力的量化451
2485檢測概率452
2486在所有ndi應(yīng)用中過程控制的
必要性453
249結(jié)束語453
附錄a：常用材料的超聲特性454
附錄b：金屬和合金的電阻和電導(dǎo)率456
參考文獻457第五篇失 效 分 析
第25章失效模式：金屬的使用特性和
服役條件461
251失效判據(jù)461
252失效模式461
253彈性變形和屈服465
254斷裂機理和裂紋失穩(wěn)擴展466
255疲勞470
2551疲勞載荷及試驗470
2552snp曲線：基本設(shè)計工具473
2553影響snp曲線的因素474
2554非零均值應(yīng)力474
2555疲勞裂紋擴展476
256蠕變和應(yīng)力斷裂480
2561長期蠕變行為的預(yù)測481
2562作用軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變482
257磨蝕和磨損484
2571磨蝕現(xiàn)象484
2572磨損現(xiàn)象490
258腐蝕和應(yīng)力腐蝕494
2581腐蝕類型494
2582應(yīng)力腐蝕開裂498
259失效分析和溯源設(shè)計499
參考文獻499
第26章塑料的失效分析502
261概述502
2611材料選擇502
2612設(shè)計502
2613工藝503
2614使用環(huán)境503
262失效類型504
2621力學(xué)失效504
2622熱失效504
2623化學(xué)失效504
2624環(huán)境失效504
263失效分析504
2631目視檢查504
2632鑒定分析504
2633應(yīng)力分析505
2634熱轉(zhuǎn)換技術(shù)（astm f1057）507
2635切片507
2636力學(xué)測試507
2637熱分析508
2638無損檢測技術(shù)508
參考文獻508
第27章失效模式：陶瓷的性能和使用
要求509
271概述509
272瑕疵510
273斷裂力學(xué)511
274強度512
275遲滯失效513
276強度和壽命的分散度514
2761強度的分散度514
2762壽命的分散度516
277使用多軸威布爾統(tǒng)計法的設(shè)計517
2771壓縮加載下的強度517
2772全方位的多軸的斷裂準則517
2773局部的多軸性準則517
278熱沖擊條件下的材料選擇519
279高溫失效521
2791蠕變應(yīng)變521
2792蠕變斷裂522
參考文獻522
第28章脆性材料的力學(xué)可靠性及壽命
預(yù)測523
281范圍523
282簡介523
283概述524
2831一般原理524
2832強度524
2833統(tǒng)計強度分布524
2834最小強度過載驗證實驗525
2835無損缺陷檢測525
2836環(huán)境加速斷裂525
2837恒定加載速率實驗526
2838缺口試樣的固有強度527
2839壽命預(yù)測527
28310置信度極限527
28311壽命預(yù)測過程527
284總結(jié)528
附錄1威布爾（weibull)試驗529
附錄2強度和動態(tài)疲勞測試530
附錄3置信度極限532
參考文獻533第六篇制造
第29章選材、設(shè)計和制造工藝的相互
關(guān)系539
291制造任務(wù)539
292不同途徑539
293設(shè)計540
294材料選擇542
295制造工藝的選擇542
296完善體系：輔助工藝543
297“最佳”系統(tǒng)的選擇543
298相互關(guān)系舉例544
第30章金屬的生產(chǎn)工藝與設(shè)備547
301金屬切削原理547
302加工功率和切削力550
303刀具壽命552
304金屬切削經(jīng)濟學(xué)553
3041最低成本的切削速度（vmin）554
3042刀具壽命最低成本（tmin）554
3043最大生產(chǎn)率的切削速度
（vmax）554
3044最大生產(chǎn)率的刀具壽命（tmax）554
305刀具材料554
3051刀具的幾何學(xué)555
3052切削液555
3053機加工性556
3054切削速度和進給速度556
306車床557
3061車床尺寸559
3062盈虧平衡（be）條件559
307鉆床560
3071鉆孔的準確性563
308銑削566
309齒輪制造569
3091機加工方法569
3092齒輪精加工570
3010螺紋切削和成形571
30101內(nèi)螺紋571
30102螺紋滾壓571
3011拉削572
3012修刨、刨削和插削574
3013鋸、剪切和切斷576
3014加工塑料576
3015研磨、磨削和精加工577
30151磨料577
30152溫度579
3016特種加工580
30161磨料流加工582
30162磨料噴射加工582
30163液壓射流加工582
30164低應(yīng)力研磨582
30165熱輔助加工583
30166機電驅(qū)動加工583
30167總體成形加工584
30168超聲波加工584
30169水射流加工584
301610電化學(xué)去毛刺584
301611電化學(xué)放電研磨585
301612電化學(xué)研磨586
301613電化學(xué)珩磨586
301614電化學(xué)加工586
301615電化學(xué)拋光587
301616電化學(xué)磨削刀具587
301617電化學(xué)車削588
301618電液流加工588
301619型管電解加工588
301620電子束加工589
301621電火花研磨589
301622電火花加工590
301623電火花鋸削590
301624電火花線切割（移動絲）590
301625激光束加工591
301626激光束矩591
301627等離子束加工592
301628化學(xué)加工法：化學(xué)銑，化學(xué)
切料592
301629電拋光592
301630光化學(xué)加工593
301631熱化學(xué)加工593
參考文獻593
參考書目594
第31章金屬加工、成型與鑄造595
311概述595
312熱加工工藝596
3121熱加工工藝分類596
3122軋制596
3123鍛造598
3124擠壓599
3125拉深599
3126旋壓602
3127管的焊接602
3128穿孔602
313冷加工工藝603
3131冷加工工序分類603
3132壓擠工藝603
3133彎曲604
3134剪切606
3135拉制607
314金屬鑄造和成型工藝609
3141砂型鑄造609
3142離心鑄造610
3143硬模鑄造611
3144石膏模鑄造612
3145熔模鑄造612
315塑料成型工藝613
3151噴射成型613
3152共補噴射成型613
3153輪轉(zhuǎn)成型613
3154膨脹小球成型613
3155擠壓614
3156吹塑成型614
3157熱成型614
3158增強塑料成型614
3159鍛塑零件614
316粉末冶金614
3161p/m制品的性能615
317表面處理615
3171清理615
3172包覆617
3173化學(xué)轉(zhuǎn)換618
參考文獻618
第32章塑料零件的加工Ⅰ620
321概述620
322擠出620
323擠出包覆621
324吹膜622
325壓延成型623
326片材熱成型623
327吹塑成型624
328涂覆626
329旋轉(zhuǎn)成型627
3210澆鑄成型628
3211模壓成型628
3212傳遞模塑629
3213注射成型629
3214反應(yīng)注射成型632
3215總結(jié)和結(jié)論632
參考文獻632
第33章塑料零件的加工Ⅱ633
331塑料零件加工的分類633
3311連續(xù)過程和循環(huán)過程633
3312流動控制運動學(xué)633
332介紹635
3321 設(shè)計難點635
3322設(shè)計的解決算法635
3323溫度影響641
3324壓力影響641
3325棒材的擠出（范例）642
第一部分連續(xù)加工：剪切控制643
333擠出：單螺桿643
334雙螺桿擠出646
335線材包覆646
3351單一拖曳流647
3352牽引流和壓力流并存647
336壓延成型648
第二部分連續(xù)加工：拉伸控制649
337熔體的纖維紡絲649
338吹膜649
第三部分循環(huán)過程：剪切為主651
339熔體注射成型651
3310反應(yīng)注射成型653
3311傳遞模塑653
第四部分循環(huán)過程: 拉伸控制653
3312壓縮成型653
3313吹塑成型654
3314熱成型654
3315旋轉(zhuǎn)鑄塑658
第五部分循環(huán)過程：靜態(tài)過程658
3316鑄塑658
3317結(jié)論658
參考文獻658
參考書目661
期刊661
第34章復(fù)合材料制備工藝662
341概述662
3411復(fù)合材料的特性662
3412纖維結(jié)構(gòu)形式對力學(xué)性能的
影響662
342基本的工藝原理666
3421目的和目標666
3422復(fù)合材料工藝路線的一般
特征666