本书根据高等工业学校机械工程材料及物理化学课程教学指导小组制定的机械工程材料课程教学大纲和教学基本要求编写。阐述了工程材料的结构、组织、性能及其影响因素等工程材料的基本理论和基本规律；介绍了金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料等常用工程材料以及它们的应用等基本知识；讨论了机械零件的失效与选材等内容。
本教材可作为高等院校机类专业学生用书，也可供报考机械类专业研究生的考生和有关工程技术人员学习、参考。
本教材为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
本教材课程2005年被评为国家级精品课程，并荣获2004年度北京市高等教育教学成果二等奖。
与本书相配的《工程材料习题与辅导（第4版）》及与本书相配的《工程材料教师参考书》、《工程材料多媒体教案》也已经由清华大学出版社出版。
（清华大学工程材料系列教材）
本书根据高等工业学校机械工程材料教学大纲和教学要求编定，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，可作为高等院校学生学习工程材料课程的教材，也可供报考机械类专业研究生的考生和有关工程技术人员学习、参考。
本书是在清华大学出版社出版的郑明新教授主编的《工程材料》第1版(1983年)、第2版(1991年)，以及朱张校教授主编的《工程材料》第3版（2001年）的基础上重编的。本书在课程体系和内容上作了较大的改革。由于本书主要供非材料类专业学生使用，因此重点在于阐明各种工程材料的组织结构、性能和应用，以及正确选材和用材的基本知识。近年来，我国的研究生教育事业发展很快，一些院校和研究单位把“工程材料”作为机械类专业研究生招生考试科目，并把《工程材料》教材作为重要参考书。因此本书加强了材料学方面的内容，以利于加强学生的材料科学基础知识。同时重视材料学理论在工程实际中的应用，引入了大量工程应用实例，引导学生理论联系实际，掌握基本理论知识。
《工程材料》第4版由三部分内容组成。第一部分为基本理论部分，由第1章、第2章组成，阐述了工程材料学的基本概念和基本理论，其内容为工程材料的结构、组织和性能以及它们之间的关系；金属材料组织与性能的影响因素和规律。第二部分为工程材料知识部分，包括第3章至第7章。介绍了常用金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料的成分、组织、性能及其应用知识。同时对功能材料和其他新材料作了介绍，以扩展学生的材料知识面。第三部分为工程材料的应用部分，由第8章至第10章组成。介绍机械零件的失效与选材知识以及工程材料在汽车、机床、仪器仪表、热能设备、化工设备及航空航天器等领域的应用情况，其中“工程材料的应用”一章可根据不同专业的学生，有选择地讲授部分内容，其他内容可由学生自学。书中引入了较多的新材料、新技术知识，有利于培养学生的创新意识。本书的重点是第2、3章和第9章。
本书力求语言简洁，信息量大，内容新颖，科学性、实用性强，书末附有国内外常用钢号对照表及工程材料常用词汇表，可供读者阅读有关外文参考教材或文献时查阅。
配合本教材，作者另外编写了《工程材料习题及辅导》一书作为《工程材料》的配套教材。内容包括《工程材料》各章重点、习题、课堂讨论指导书、实验指导书等，同时编写了《工程材料教师教学参考书》，制作了《工程材料多媒体教案》光盘，为工程材料课程教师提供了必要的教学资源。以上教学资源都已由清华大学出版社出版。
在教育部新世纪网络课程建设工程资助下，作者研制了《工程材料网络课程》，建设了工程材料课程网站。《工程材料网络课程》已由高等教育出版社、高等教育电子音像出版社出版。学生可以在网络环境下自主学习。
本书编写者分工如下：
绪论、第1章1.1、1.2节、第2章2.1至2.4节、第9章9.3至9.5节由朱张校编改。
第1章1.3节、第4章、第7章由张弓编改。
第1章1.4节、第5章、第6章由张华堂编改。
第2章2.5节、第3章3.1、3.2节、第9章9.1节、第10章10.4节由王昆林编改。
第2章2.6节、第8章、第10章10.2、10.3节由张人佶编改。
第3章3.3节、第9章9.2节、第10章10.1节由姚可夫编改。
第3章3.4节由吴运新编改。
第10章10.5、10.6节由巩前明编改。
附录1、3由张欣整编，附录2由吴运新整编，附录4、5由朱张校整编。
书中显微组织照片由丁莲珍、张欣、朱张校提供。
郑明新教授对本书的编写提出了非常宝贵的意见，并审阅了全书。全体编者对郑明新教授表示衷心的感谢。
本书的编写参考了部分国内外有关教材、科技著作及论文，部分照片下载自互联网。在此特向有关作者致以深切的谢意。
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。
朱张校 姚可夫 2009年1月于清华大学
目 录目录绪论1
0.1 中华民族对材料发展的重大贡献1
0.2 材料的结合键4
0.3 工程材料的分类8第1章 材料的结构与性能特点10
1.1 金属材料的结构与组织10
1.1.1 纯金属的晶体结构10
1.1.2 合金的晶体结构21
1.1.3 金属材料的组织24
1.2 金属材料的性能特点26
1.2.1 金属材料的工艺性能26
1.2.2 金属材料的力学性能28
1.2.3 金属材料的理化性能33
1.3 高分子材料的结构与性能特点36
1.3.1 高分子材料的结构37
1.3.2 高分子材料的性能特点41
1.4 陶瓷材料的结构与性能特点47
1.4.1 陶瓷材料的结构47
1.4.2 陶瓷材料的性能特点52第2章 金属材料组织和性能的控制56
2.1 纯金属的结晶56
2.1.1 纯金属的结晶56
2.1.2 同素异构转变59
2.1.3 铸锭的结构59
2.1.4 结晶理论的工程应用61
2.2 合金的结晶63
2.2.1 二元合金的结晶64
2.2.2 合金的性能与相图的关系70
2.2.3 铁碳合金的结晶71
2.3 金属的塑性加工85
2.3.1 金属的塑性变形86
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化90
2.3.3 塑性变形和再结晶的工程应用92
2.4 钢的热处理94
2.4.1 钢在加热时的转变94
2.4.2 钢在冷却时的转变96
2.4.3 钢的普通热处理104
2.4.4 钢的表面热处理112
2.4.5 钢的化学热处理114
2.4.6 其他热处理技术118
2.4.7 计算机技术在热处理中的应用121
2.4.8 热处理的工程应用122
2.5 钢的合金化122
2.5.1 合金元素与铁、碳的作用122
2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响124
2.5.3 合金元素对钢热处理的影响125
2.5.4 合金元素对钢的工艺性能的影响127
2.5.5 合金元素对钢的性能的影响128
2.5.6 合金化的工程应用129
2.6 表面技术129
2.6.1 电刷镀129
2.6.2 热喷涂技术131
2.6.3 气相沉积技术133
2.6.4 激光表面改性136第3章 金属材料138
3.1 碳钢138
3.1.1 碳钢的成分和分类138
3.1.2 碳钢的牌号及用途139
3.2 合金钢142
3.2.1 概论142
3.2.2 合金结构钢143
3.2.3 合金工具钢155
3.2.4 特殊性能钢165
3.3 铸钢与铸铁175
3.3.1 铸钢175
3.3.2 铸铁177
3.4 有色金属及其合金191
3.4.1 铝及铝合金191
3.4.2 铜及铜合金199
3.4.3 钛及钛合金209
3.4.4 镁及镁合金213
3.4.5 镍及镍合金213
3.4.6 轴承合金216第4章 高分子材料220
4.1 塑料220
4.1.1 塑料的组成220
4.1.2 塑料的分类221
4.1.3 常用工程塑料222
4.2 合成纤维229
4.2.1 合成纤维的生产方法229
4.2.2 常用合成纤维231
4.3 合成橡胶233
4.3.1 合成橡胶的分类和橡胶制品的组成233
4.3.2 常用合成橡胶234第5章 陶瓷材料237
5. 1 普通陶瓷237
5. 1. 1 普通日用陶瓷237
5. 1. 2 普通工业陶瓷238
5. 2 特种陶瓷239
5. 2. 1 氧化物陶瓷239
5. 2. 2 碳化物陶瓷240
5. 2. 3 硼化物陶瓷242
5. 2. 4 氮化物陶瓷242第6章 复合材料245
6. 1 复合材料的复合原则246
6. 1. 1 纤维增强复合材料的复合原则246
6. 1. 2 颗粒复合材料复合机制和原则247
6. 2 复合材料的性能特点248
6. 2. 1 比强度和比模量248
6. 2. 2 抗疲劳性能和抗断裂性能248
6. 2. 3 高温性能249
6. 2. 4 减摩、耐磨、减振性能249
6. 2. 5 其他特殊性能249
6. 3 非金属基复合材料250
6. 3. 1 聚合物基复合材料250
6. 3. 2 陶瓷基复合材料252
6. 3. 3 碳基复合材料253
6. 4 金属基复合材料254
6. 4. 1 金属陶瓷254
6. 4. 2 纤维增强金属基复合材料255
6. 4. 3 细粒和晶须增强金属基复合材料255第7章 功能材料及新材料256
7.1 电功能材料256
7. 1. 1 金属导电材料256
7. 1. 2 金属电接点材料257
7. 1. 3 电阻材料258
7. 1. 4 导电高分子材料258
7. 1. 5 超导材料259
7.2 磁功能材料261
7. 2. 1 软磁材料261
7. 2. 2 永磁（硬磁）材料261
7. 2. 3 信息磁材料262
7.3 热功能材料263
7. 3. 1 膨胀材料263
7. 3. 2 形状记忆材料264
7. 3. 3 测温材料266
7.4 光功能材料266
7. 4. 1 光学材料266
7. 4. 2 固体激光器材料266
7. 4. 3 信息显示材料267
7. 4. 4 光纤268
7.5 隐形材料及智能材料268
7.6 纳米材料268
7. 6. 1 纳米材料及其特性269
7. 6. 2 碳纳米材料269
7.6.3 纳米陶瓷材料270
7.6.4 纳米复合材料271第8章 零件失效分析与选材原则272
8. 1 机械零件的失效272
8. 1. 1 畸变失效272
8.1.2 断裂失效275
8. 1. 3 磨损失效278
8. 1. 4 腐蚀失效279
8. 2 机械零件失效分析280
8. 2. 1 零件失效基本原因280
8. 2. 2 零件失效分析280
8. 3 机械零件选材原则283
8. 3. 1 使用性能原则283
8. 3. 2 工艺性能原则284
8. 3. 3 经济及环境友好性原则286第9章 典型工件的选材及工艺路线设计287
9.1 齿轮选材287
9.1.1 齿轮的工作条件287
9.1.2 齿轮的失效形式287
9. 1. 3 齿轮材料的性能要求288
9. 1. 4 齿轮类零件的选材288
9. 1. 5 典型齿轮选材举例288
9.2 轴类零件选材291
9.2.1 轴类零件的工作条件291
9.2.2 轴类零件的失效方式292
9.2.3 轴类零件的性能要求292
9.2.4 轴类零件的选材292
9.2.5 典型轴的选材293
9.3 弹簧选材295
9. 3. 1 弹簧的工作条件296
9. 3. 2 弹簧的失效形式296
9. 3. 3 弹簧材料的性能要求296
9. 3. 4 弹簧的选材296
9. 3. 5 典型弹簧选材297
9. 4 刃具选材298
9. 4. 1 刃具的工作条件298
9. 4. 2 刃具的失效形式298
9. 4. 3 刃具材料的性能要求298
9. 4. 4 刃具的选材298
9. 4. 5 刃具选材举例299第10章 工程材料的应用301
10. 1 汽车用材301
10. 1. 1 汽车用金属材料301
10. 1. 2 汽车用塑料306
10. 1. 3 汽车用橡胶308
10. 1. 4 汽车用陶瓷材料308
10. 1. 5 汽车新材料发展趋势309
10. 2 机床用材309
10. 2. 1 机身、底座用材309
10. 2. 2 齿轮用材310
10. 2. 3 轴类零件用材310
10. 2. 4 螺纹联接件用材311
10. 2. 5 螺旋传动件用材311
10. 2. 6 蜗轮、蜗杆传动用材311
10. 2. 7 滑动轴承材料312
10. 2. 8 滚动轴承用材313
10. 3 仪器仪表用材313
10. 3. 1 壳体材料313
10. 3. 2 轴类零件用材314
10. 3. 3 凸轮用材314
10. 3. 4 齿轮用材314
10. 3. 5 蜗轮、蜗杆用材314
10. 3. 6 微型机电系统用材314
10.4 热能设备用材315
10.4.1 锅炉主要部件用钢315
10. 4. 2 汽轮机主要零部件用钢316
10. 4. 3 发电机转子用材318
10.5 化工设备用材319
10.5.1 化工设备用钢319
10.5.2 化工设备用有色金属及其合金322
10.5.3 非金属材料323
10.5.4 复合材料324
10.6 航空航天器用材324
10.6.1 超高强度钢324
10.6.2 轻金属及其合金325
10.6.3 高温金属结构材料327
10.6.4 先进金属基及无机非金属基复合材料328
10.6.5 先进聚合物基复合材料329
10.6.6 先进功能材料329
附录1 金属热处理工艺的分类及代号330
附录2 常用铝及铝合金状态代号、说明与应用334
附录3 国内外常用钢号对照表335
附录4 若干物理量单位换算表337
附录5 工程材料常用词汇表338
参考文献342
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