材料、 能源和信息是现代科学技术的三大支柱。制造就是利用制造技术将物质资源“材料”转变为有用的物品“产品”的过程。只要有制造业、 有产品就离不开材料, 材料在现代制造业中具有非常重要的地位和作用。随着现代科学技术和经济建设的迅速发展, 一切从事工业生产的工程技术人员都必须具备有关“工程材料”方面的基本知识。材料的设计和使用实质上是保证产品内在质量的关键, 设计和制造某种产品时如何正确地选用材料, 选择最佳的加工工艺, 充分发挥材料的性能潜力, 做到经济合理, 是机械设计与制造工程师的一项重要任务, 也正是《机械工程材料》学习和研究的重要内容。因此, 《机械工程材料》课程是机械类和近机类各专业的一门重要专业技术基础课, 其课程的任务和目的就是从材料在机械工程的应用角度出发, 使学生获得工程材料的基本理论知识, 了解关于材料的组分、 组织结构、 加工工艺与性能之间的相互关系及其变化规律的理论和知识, 掌握常用材料的性能特点以及应用范围和加工工艺, 初步具备根据零件工作条件和性能要求合理选择与使用材料, 正确制订零件的冷、 热加工工艺路线的能力。

本书从机械工程应用对工程材料性能要求的角度出发, 以材料科学与工程的重点概念、 知识、 原理为主线, 在精简传统理论知识的同时, 将重点放在材料的性能特征、 选择及工程应用上, 致力于科学性、 系统性和实用性相结合, 突出工程应用与材料相结合, 体现传统机械工程材料及工艺技术的新应用相结合, 强调材料设计应用与资源回收、 环境协调相结合, 具有较强的工程应用背景。全书分15章, 主要内容包括三大部分。第一部分阐述工程材料的基础理论, 内容涉及材料的性能、 材料的结构、 材料的塑性变形与再结晶、 材料的凝固与相图、 铁碳合金、 钢的热处理, 重点在阐述工程材料的基本概念、 基本理论以及组织、 结构和性能之间的关系及其影响因素和规律。第二部分着重介绍各类工程材料的成分、 组织、 性能与应用, 包含了常用的工业用钢、 铸铁、 有色金属及合金、 高分子材料、 无机非金属材料、 复合材料、 功能材料和若干新型及特殊用途金属材料等, 在系统讲述传统钢铁材料的同时, 突出了有色金属材料的工程应用。第三部分主要涉及选材和应用, 介绍了工程材料及零件的主要失效形式、 选材的原则和方法以及工艺路线的制订和分析, 特别是强调了在机械零件的生命周期中要始终贯彻环境意识和可持续发展理念, 促进工业和经济建设的协调发展。全书引入了较多的新材料、 新技术知识以及材料工艺技术的新应用知识, 有利于培养学生的工程实践能力及创新能力。《机械工程材料》是一门从生产实践中发展起来, 而又直接为生产服务的科学, 在学习过程中不但要注意学习基本理论, 而且要注意联系生产实际及实验室试验, 以加深对相关知识理论的理解。

本书体系完整、 结构合理, 信息量大, 内容新颖, 科学性、 系统性、 实用性强, 理论与实际相结合, 书中的相关内容均采用了国家新标准。各学校可根据各专业的性质和要求, 有选择地讲授相关主要内容, 其他内容可由学生自学和参考。

本书绪论由福建工程学院陈文哲教授编写, 第2章由福州大学王晨博士编写, 第3、 6章以及第11章的第2、 4节由福州大学戴品强教授编写, 第4、 5章由郑州大学的曹文博博士编写, 第7、 8、 12章由河南科技大学文九巴教授编写, 第9章、 10章的第3、 4节、 第11章的第1、 3节由福建工程学院李东南博士编写, 第13章由武汉大学肖文凯副教授编写, 第10章的第1、 2、 5、 6节、 第11章的第5、 6节和第14章由福建工程学院陈永禄博士编写, 第15章由福州大学杨晓华教授编写。全文书稿由陈永禄博士整理、 统稿并校稿。陈文哲教授任主编, 文九巴教授、 戴品强教授任副主编。浙江大学毛志远教授任主审, 并对本书的编写提出了非常宝贵的意见。

本书的编写参考了部分国内外的有关教材、 科技著作及论文, 教育部高等学校材料科学与工程专业教学指导委员会, 中南大学出版社给予了指导和帮助, 在此特向有关编者、 作者和单位一并表示衷心的感谢!

由于编者水平有限, 本书不足之处在所难免, 敬请读者批评指正。

编者

2009年8月

材料是国民经济、 社会进步和国家安全的物质基础与先导, 材料技术已成为现代工业、 国防和高技术发展的共性基础技术, 是当前最重要、 发展最快的科学技术领域之一。发展材料技术将促进包括新材料产业在内的我国高新技术产业的形成和发展, 同时又将带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代。“十五”期间, 我国材料领域在光电子材料、 特种功能材料和高性能结构材料等方面取得了较大的突破, 在一些重点方向迈入了国际先进行列。依据国家“十一五”规划, 材料领域将立足国家重大需求, 自主创新、 提高核心竞争力、 增强材料领域持续创新能力将成为战略重心。纳米材料与器件、 信息功能材料与器件、 高新能源转换与储能材料、 生物医用与仿生材料、 环境友好材料、 重大工程及装备用关键材料、 基础材料高性能化与绿色制备技术、 材料设计与先进制备技术将成为材料领域研究与发展的主导方向。不难看出, 这些主导方向体现了材料学科一个重要发展趋势, 即材料学科正在由单纯的材料科学与工程向与众多高新科学技术领域交叉融合的方向发展。材料领域科学技术的快速进步, 对担负材料科学与工程高等教育和科学研究双重任务的高等学校提出了严峻的挑战, 为迎接这一挑战, 高等学校不但要担负起材料科学与工程前沿领域的科学研究、 知识创新任务, 而且要担负起培养能适应材料科学与工程领域高速发展需求的、 具有新知识结构的创新型高素质人才的重任。

为适应材料领域高等教育的新形势, 2006—2010年教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会积极组织了材料类高等学校教材的建设规划工作, 成立了规划教材编审委员会, 编审委员会由相关学科的分教学指导委员会主任委员、 委员以及全国30余所有影响力和代表性的高校材料学院院长组成。编审委员会分别于2006年10月和2007年5月在湖南张家界和中南大学召开了教材建设研讨会和教材提纲审定会。经教学指导委员会和编审委员会推荐和遴选, 逾百名来自全国几十所高校的具有丰富教学与科研经验的专家、 学者参加了这套教材的编写工作。历经几年的努力, 这套教材终于与读者见面了, 它凝结了全体编写者与组织者的心血, 充分体现了广大编写者对教育部“质量工程”精神的深刻体会, 对当代材料领域知识结构的牢固掌握和对高等教育规律的熟练把握, 是我国材料领域高等教育工作者集体智慧的结晶。

这套教材基本涵盖了金属材料工程专业的主要课程, 同时还包含了材料物理专业和材料化学专业部分专业基础课程, 以及金属、 无机非金属和高分子三大类材料学科的实验课程。整体看来, 这套教材具有如下特色: ①根据教育部高等学校教学指导委员会相关课程的“教学大纲”及“基本要求”编写; ②统一规划, 结构严谨, 整套教材具有完整性、 系统性, 基础课与专业课之间的内容有机衔接; ③注重基础, 强调实践, 体现了科学性、 实用性; ④编委会及作者由材料领域的院士、 知名教授及专家组成, 确保了教材的高质量及权威性; ⑤注重创新, 反映了材料科学领域的新知识、 新技术、 新工艺、 新方法; ⑥深入浅出, 说理透彻, 便于老师教学及学生自学。

教材的生命力在于质量, 而提高质量是永恒的主题。希望教材的编审委员会及出版社能做到与时俱进, 根据高等教育改革和发展的形势及材料专业技术发展的趋势, 不断对教材进行修订、 改进、 完善, 精益求精, 使之更好地适应高等教育人才培养的需要, 也希望他们能够一如既往地依靠业内专家, 与科研、 教学、 产业第一线人员紧密结合, 加强合作, 不断开拓, 出版更多的精品教材, 为高等教育提供优质的教学资源和服务。

衷心希望这套教材能在我国材料高等教育中充分发挥它的作用, 也期待着在这套教材的哺育下, 新一代材料学子能茁壮成长, 脱颖而出。

黄伯云