材料是人类用来制造各种产品的物质, 是人类生活和生产的物质基础。材料、 能源和信息是现代科学技术发展的三大支柱, 而材料又是能源和信息领域的基础。人类社会的发展与材料的使用是密不可分的, 材料的应用水平直接反映了人类社会的文明程度, 历史学家以石器时代、 陶器时代、 青铜器时代、 铁器时代、 人工合成材料时代等来划分人类历史发展的各个阶段, 也正好说明了这一点。随着现代科学技术和社会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机械工程材料方面的基本知识。

“机械工程材料”课程是普通高等学校机械类、 近机械类专业的一门重要的专业基础课, 本课程的教学任务是从机械工程的应用角度出发, 阐述机械工程材料的基本理论, 明确材料的成分、 组织结构、 加工工艺和性能之间的关系, 介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。本课程的教学目的是使学生通过学习, 掌握机械工程材料的基本理论及相关基础知识, 熟悉材料的成分、 组织结构、 加工工艺、 性能与应用之间的相互关系及其变化规律, 掌握常用工程材料的性能特点、 应用范围和热处理工艺, 初步具备根据零件的工作条件和性能要求合理选择与使用工程材料, 正确制订零件加工工艺路线的能力。

本书从机械工程应用对材料性能要求的角度出发, 以材料科学与工程的重点概念、 基本知识和原理为主线, 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, 突出工程应用和材料相结合, 具有较强的工程应用背景。书中引入了较多的新材料、 新技术知识以及材料新工艺技术的新应用知识, 有利于培养学生的工程实践能力和创新能力。全书语言简练、 结构合理、 内容新颖, 相关内容采用了最新的国家标准。

全书共分为8章, 主要内容包括三个部分: 第一部分阐述工程材料的基础理论知识, 内容涉及材料的结构与凝固、 材料的性能与力学行为、 二元合金相图与铁碳合金、 钢的热处理, 重点阐述工程材料的基本概念、 基本理论以及材料成分、 组织结构和性能之间的关系及其影响规律。第二部分着重介绍各类机械工程材料的成分、 组织、 性能与应用, 包含了常用的工业用钢、 铸铁、 非铁金属材料、 非金属材料等, 在系统讲述传统钢铁材料的同时, 突出了非铁金属材料和非金属材料强化原理、 性能特点和工程应用。第三部分主要涉及材料的选择和应用, 主要介绍了工程材料及零件的主要失效形式、 选材的基本原则和方法、 加工工艺路线的制订和分析等, 特别是强调了热处理工艺的实际应用。

本书第1章的1.1、 1.2、 1.3由中南大学江乐新副教授编写, 第1章的1.4、 1.5、 1.6由湖南农业大学陈力航工程师编写, 第2章的2.1、 2.2、 2.3、 2.4由邵阳学院陈国新副教授编写, 第2章的2.5、 2.6及第4章和附录F由中南林业科技大学钟丽萍教授编写, 第3章的3.1、 3.2、 3.3由湖南工学院刘先兰教授编写, 第3章的3.4、 3.5、 3.6、 3.7及第7章和附录A~附录E由湖南工程学院高为国教授编写, 第5章的5.1、 5.2、 5.3、 5.4、 5.5由长沙学院夏卿坤教授编写, 第5章的5.6、 5.7、 5.8由长沙理工大学戴晓元副教授编写, 第6章由湖南科技大学颜建辉博士编写, 第8章由南华大学樊湘芳副教授编写。全书由高为国、 钟丽萍任主编, 夏卿坤、 江乐新、 刘先兰任副主编。

本书在编写过程中参考了部分国内外的相关教材、 科技著作和论文资料, 中南大学出版社给予了指导和帮助, 在此特向有关编者、 作者和单位表示衷心的感谢!

由于编者的水平有限, 加之编写时间仓促, 书中不足之处在所难免, 敬请读者批评指正。

编者

2011年7月

机械工程学科作为联结自然科学与工程行为的桥梁, 它是支撑物质社会的重要基础, 在国家经济发展与科学技术发展布局中占有重要的地位, 21世纪的机械工程学科面临诸多重大挑战, 其突破将催生社会重大经济变革。当前机械工程学科进入了一个全新的发展阶段, 总的发展趋势是: 以提升人类生活品质为目标, 发展新概念产品、 高效高功能制造技术、 功能极端化装备设计制造理论与技术、 制造过程智能化和精准化理论与技术、 人造系统与自然世界和谐发展的可持续制造技术等。这对担负机械工程人才培养任务的高等学校提出了新挑战: 高校必须突破传统思维束缚, 培养能适应国家高速发展需求的具有机械学科新知识结构和创新能力的高素质人才。

为了顺应机械工程学科高等教育发展的新形势, 湖南省机械工程学会、 湖南省机械原理教学研究会、 湖南省机械设计教学研究会、 湖南省工程图学教学研究会、 湖南省金工教学研究会与中南大学出版社一起积极组织了高等学校机械类专业系列教材的建设规划工作。成立了规划教材编委会。 编委会由各高等学校机电学院院长及具有较高理论水平和教学经验的教授、 学者和专家组成。编委会组织国内近20所高等学校长期在教学、 教改第一线工作的骨干教师召开了多次教材建设研讨会和提纲讨论会, 充分交流教学成果、 教改经验、 教材建设经验, 把教学研究成果与教材建设结合起来, 并对教材编写的指导思想、 特色、 内容等进行了充分的论证, 统一认识, 明确思路。在此基础上, 经编委会推荐和遴选, 近百名具有丰富教学实践经验的教师参加了这套教材的编写工作。历经两年多的努力, 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, 是他们集体智慧的结晶, 也是他们教学教改成果的总结, 体现了编写者对教育部“质量工程”精神的深刻领悟和对本学科教育规律的把握。

这套教材包括了高等学校机械类专业的基础课和部分专业基础课教材。整体看来, 这套教材具有以下特色:

(1)根据教育部高等学校教学指导委员会相关课程的教学基本要求编写。遵循“重基础、 宽口径、 强能力、 强应用”的原则, 注重科学性、 系统性、 实践性。

(2)注重创新。本套教材不但反映了机械学科新知识、 新技术、 新方法的发展趋势和研究成果, 还反映了其他相关学科在与机械学科的融合与渗透中产生的新前沿, 体现了学科交叉对本学科的促进; 教材与工程实践联系密切, 应用实例丰富, 体现了机械学科应用领域在不断扩大。

(3)注重质量。本套教材编写组对教材内容进行了严格的审定与把关, 教材力求概念准确、 叙述精炼、 案例典型、 深入浅出、 用词规范, 采用最新国家标准及技术规范, 确保了教材的高质量与权威性。

(4)教材体系立体化。为了方便教师教学与学生学习, 本套教材还提供了电子课件、 教学指导、 教学大纲、 考试大纲、 题库、 案例素材等教学资源支持服务平台。

教材要出精品, 而精品不是一蹴而就的, 我将这套书推荐给大家, 请广大读者对它提出意见与建议, 以利进一步提高。也希望教材编委会及出版社能做到与时俱进, 根据高等教育改革发展形势、 机械工程学科发展趋势和使用中的新体验, 不断对教材进行修改、 创新、 完善, 精益求精, 使之更好地适应高等教育人才培养的需要。

衷心祝愿这套教材能在我国机械工程学科高等教育中充分发挥它的作用, 也期待着这套教材能哺育新一代学子茁壮成长。

中国工程院院士 钟 掘

2011年7月