具体描述
《工程材料及应用》从高等院校工科各专业的需要出发，结合当前我国工程教育教学改革和材料科学技术的发展，以材料的成分、组织、结构、加工工艺、性能和应用为主线进行阐述，其主要内容有：工程材料性能与测试分析、材料的组织结构与相图、金属热处理、金属材料及应用、非金属材料及应用、新型材料及应用、工程材料的合理选用，以及实验。为了理论与实践更好地结合，书中开辟了《应用点评》、《经验总结》、《实例》和《背景资料》4项专栏：每章后附有主要名词的中英文对照，以及名词解释、填空题、选择题、判断题、计算题和简答题等多种习题；同时还可提供多媒体课件等教学辅助资源。
《工程材料及应用》可作为高等院校工科各专业学生学习工程材料的教材，也可作为了解材料科学与工程学科的参考读物。
钢铁的秘密：从矿石到巨构的炼金之旅 本书并非一本冰冷的材料手册，而是一场穿越时空的宏大叙事，它将带领读者潜入物质世界的深层肌理，揭示那些塑造我们文明、承载我们梦想的金属材料，是如何从地壳深处的沉寂矿藏，一步步蜕变成巍峨摩天大楼、飞驰高铁、宏伟桥梁以及无数精密器械的基石。我们将一同探索钢铁，这种被誉为“工业的粮食”的材料，它如何炼就人类最伟大的工程奇迹，又如何默默地支撑起现代社会的运转。 第一篇：地底的呼唤——铁矿石的诞生与初步提炼 故事的开端，要追溯到亿万年前地球母亲的怀抱。我们将在宏伟的地质画卷中，描绘铁矿石是如何在地壳深处，经过漫长而复杂的地质作用，孕育而生的。从磁铁矿、赤铁矿，到褐铁矿，这些形态各异的矿石，蕴藏着巨大的能量和潜力。我们将深入了解不同类型铁矿石的成矿环境、矿物成分以及它们在地壳分布上的差异，理解为什么有些地方拥有丰富的铁矿资源，而另一些地方则相对贫瘠。 接着，我们将目光投向早期的人类文明，那些偶然发现并利用火焰的力量，将铁矿石转化为可用金属的先驱者。从最初的简单冶炼，到后来复杂的高炉技术，每一次技术的革新，都标志着人类对物质理解的飞跃。我们将详细剖析早期冶炼过程中遇到的挑战，例如如何获得足够高的温度，如何去除杂质，以及如何控制金属的性能。这不仅仅是技术的发展，更是一场与自然的智慧博弈。 更进一步，我们将深入探讨现代大规模炼铁的核心——高炉工艺。这不仅仅是一个燃烧的巨兽，而是一个精密的化学反应工程。我们将逐层剖析高炉内部发生的复杂化学反应：从焦炭的燃烧提供热量和还原剂，到铁氧化物如何一步步被还原成液态生铁，再到炉渣的形成与分离。我们将详细解释不同原料（如铁矿石、焦炭、熔剂）的配比如何影响生铁的成分和质量，以及温度、风量等操作参数的重要性。我们将揭示工程师们如何通过精确控制这些变量，最大化铁的产量和纯度，将那些原始的矿石转化为初步的工业血液。 第二篇：熔炼的艺术——钢铁的淬炼与性能塑造 生铁，虽然蕴含着铁的潜能，但其高碳含量和脆性使其难以直接应用于大规模工程。本书的第二篇，将聚焦于将生铁“炼钢”这一至关重要的过程。我们将深入探讨几种主要的炼钢方法，从历史悠久的贝塞麦转炉法，到更为精密的平炉法，再到现代炼钢的王者——氧气顶吹转炉炼钢法（AOD法）以及电弧炉炼钢法。 我们会详细阐述这些方法的原理：为何需要氧化掉生铁中过量的碳和杂质，如何通过吹入氧气来实现这一目标，以及不同的吹炼介质（如氧气、氮气）和添加剂（如石灰、萤石）所起的作用。我们将特别强调现代炼钢技术在控制杂质含量（如硫、磷）方面的巨大进步，以及这些杂质对钢铁性能的毁灭性影响。 然而，炼钢不仅仅是简单的氧化过程，它更是一门塑造材料性能的艺术。我们将深入探究合金化这一关键技术。通过添加不同的元素，如碳、锰、硅、铬、镍、钼、钒等，我们可以赋予钢铁截然不同的特性。我们将详细解析每种合金元素对钢铁的晶体结构、相变、硬度、强度、韧性、耐腐蚀性以及高温性能的影响。例如，为什么加入铬和镍能够制造出不锈钢，使其具备卓越的耐腐蚀性？为什么加入钼和钒能够提高钢材的高温强度，使其适用于发动机和涡轮机？我们将用生动的语言解释这些化学的魔法，揭示合金设计是如何实现“量身定制”钢材以满足特定工程需求的。 除了合金化，我们还将探讨热处理对钢铁性能的决定性作用。从退火、正火，到淬火、回火，每一种热处理工艺都是一种精密的“温度调控”。我们将深入剖析在不同温度和冷却速率下，钢铁内部发生的相变，如奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体等，以及这些微观结构的形成如何直接影响宏观的力学性能。我们会解释为什么快速淬火能够获得极高的硬度，而后续的回火又能有效提高其韧性，避免脆性断裂。我们将带领读者理解，热处理是将钢铁从一种状态转化为另一种状态，从而赋予其在严苛工程环境中生存和工作的能力的魔法。 第三篇：形塑的力量——钢铁的加工与成型 将冶炼好的钢材转化为符合工程图纸要求的构件，离不开一系列精密的加工和成型技术。本书的第三篇，将聚焦于钢铁的机械加工和塑性变形。 我们将首先介绍传统的机械加工方法，如车削、铣削、钻削、磨削等。我们将深入解析切削过程中的切屑形成机理，以及刀具材料、切削速度、进刀量等参数对加工精度和表面质量的影响。我们会探讨不同加工工艺的适用范围，以及现代数控（CNC）技术如何通过计算机的精确控制，实现复杂零件的高效、高精度加工。 随后，我们将重点介绍钢铁的塑性变形技术，这是将大块钢材塑造成各种复杂形状的关键。我们将详细介绍热轧和冷轧工艺：热轧如何通过高温使钢材具有优良的塑性，方便轧制出各种型材（如钢轨、H型钢）和板材；冷轧又如何通过在室温下进行，提高钢材的强度和表面光洁度，使其成为汽车车身、家电外壳等广泛应用的薄板。 我们还将深入探讨其他重要的成型工艺，如锻造、冲压、挤压、拉拔等。锻造如何通过锤击或压力，使钢材的金属晶粒细化，提高其强度和韧性，成为飞机发动机叶片、曲轴等关键部件的首选；冲压又如何通过模具的精确配合，在短时间内批量生产出形状复杂的零件，如汽车门板、电子产品外壳；挤压则如何通过模具的引导，将钢材从一端挤出，形成各种异形截面的管材和棒材；拉拔则如何通过模具将钢材拉伸，制成细小的钢丝和钢缆。我们将用清晰的图示和生动的比喻，解释这些加工过程中的力学原理和工艺要点，让读者直观感受金属如何被“驯服”和塑形。 第四篇：钢铁的担当——工程应用中的非凡表现 最终，我们将把目光聚焦于钢铁在现代工程中的广泛应用。从我们赖以生存的城市建筑，到支撑国家发展的交通网络，再到日新月异的工业装备，钢铁无处不在，默默地承载着人类的进步。 我们将深入剖析高层建筑和桥梁工程中钢结构的优势。为什么钢铁能够支撑起数百米甚至上千米的摩天大楼？它的高强度、高刚度、轻质化以及良好的延展性，使其成为理想的抗震材料。我们将探讨钢结构的设计原则，例如梁、柱、桁架的受力机制，以及连接方式（焊接、螺栓连接）如何影响整体结构的稳定性。我们将以那些举世闻名的巨构为例，如埃菲尔铁塔、金门大桥、迪拜哈利法塔，分析钢铁在其中扮演的关键角色，以及为了实现这些宏伟目标，工程师们在材料选择、结构设计和施工工艺上付出的努力。 我们还将目光投向交通运输领域。在高铁建设中，特殊设计的钢轨材料如何承受每小时数百公里的高速运行，保证列车的平稳和安全；在航空航天领域，高强度、轻质化的特种钢材如何支撑起飞机的机身和发动机，承受极端环境的考验；在汽车制造中，高强度钢板如何提高车辆的碰撞安全性，同时实现轻量化以节省燃油。 此外，我们还将探讨钢铁在能源、海洋工程、工业装备等领域的应用。例如，用于制造发电厂锅炉的耐高温高压钢材，用于制造海上石油钻井平台的耐腐蚀高强度钢材，以及用于制造精密机床的耐磨损高精度钢材。我们将强调，正是对钢铁材料性能的深刻理解和精湛的应用技术，才使得这些复杂的工程项目得以实现，并持续推动着社会的发展和进步。 这本书，将不仅仅是一次对钢铁材料知识的传授，更是一次对人类智慧与创造力的赞颂。它将让我们重新审视那些看似平凡的金属，理解它们背后蕴含的深刻科学原理和工程智慧，以及它们如何默默地塑造着我们生活的世界。
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