Handbook of Materials Selection

第一篇材料选用的定量方法

第1章材料选用的定量方法3

11概述3

12材料的初步筛选4

121材料性能要求分析4

122初步筛选的定量方法5

13选材方案的比较7

131性能权重法7

14优化方案的选择9

15材料选择典型事例分析9

151材料使用性能要求9

152材料的初步筛选9

153材料方案的比较9

154选择优化方案10

16材料替代12

161pugh法12

162成本残б娣治12

17材料替代典型事例分析13

18信息来源计算机辅助选材13

181计算机材料数据库13

.182计算机辅助最终选材14

183专家系统14

参考文献15第二篇结 构 材 料

第2章碳钢和合金钢19

21概述19

22钢的生产19

221炼铁19

222炼钢20

223连铸20

224轧制/锻造20

23钢的性能发展20

231铁蔡计胶庀嗤21

232等温转变曲线26

233连续冷却转变曲线28

234淬透性概念28

24合金元素在钢中的作用30

25钢的热处理34

26钢的分类和材料规范35

261碳钢36

262合金钢37

27总结43

参考文献43

第3章不锈钢45

31合金元素的作用45

32若干腐蚀形式48

321一般腐蚀48

322应力腐蚀开裂48

323点腐蚀49

324缝隙腐蚀50

325晶间腐蚀50

326接触腐蚀51

33氩氧脱碳（aod）、双重质量证明和

化学成分控制51

34可获得性53

35铁素体不锈钢53

36马氏体不锈钢53

37时效硬化马氏体不锈钢54

38双相不锈钢54

39奥氏体不锈钢和镍合金55

310焊接56

3101碳钢与不锈钢56

3102奥氏体合金58

3103双相不锈钢59

3104高钼合金59

网址59

参考文献60

商标60

第4章铝合金61

41铝合金的特性61

411变形铝合金的优点61

412铸造铝合金的优点62

413变形和铸造铝合金的局限性62

42标识系统63

421变形铝合金标识系统63

422铸造铝合金的标识系统66

423铝合金状态标识系统68

43铝合金的性能68

44铝合金的应用80

441按合金分类的应用80

442按市场范围的应用91

参考文献93

第5章铜及铜合金95

51概述95

52铜工业的结构95

53铜合金设计96

54产品形状99

55电气和电子线材产品100

56箔、带、板材产品107

561建筑107

562电气和电子合金107

563工业产品138

57管材产品138

571水管138

572商业管和配件141

573合金管141

58棒、条和机械线材141

581机加工产品141

582锻造142

583机械线材142

59铸造143

591铸造方法143

592应用143

593套筒轴承152

510铜对人类健康和环境的影响152

第6章钛合金的设计选材154

61概述154

611目的154

612钛合金简介154

613钛合金的耐高温性能154

614钛及其合金的强度和耐腐蚀

性能154

615钛合金的信息155

62钛合金的金属学156

621结构156

622合金中的晶体结构行为156

63高温环境应用的钛合金156

631概述156

632力学行为156

64钛及其合金的显微组织和性能158

641合金成分和力学行为158

642钛合金的强化159

65合金元素的作用159

651金属间化合物和其他第二相160

652力学和物理性能160

653工艺影响161

654氢（在工业纯的钛中）161

655氧和氮（在工业纯的钛中）161

656钛合金的力学性能161

66生产工艺过程167

661钛合金制件生产概况167

662钛的真空熔炼168

663锻造钛合金168

664精密熔模铸造169

665加工和残余应力169

666连接169

67选择钛合金的其他考虑方面170

671腐蚀170

672生物医学方面的应用170

673低温方面的应用170

68评述170

参考文献171

第7章镍及镍基合金172

71概述172

72镍基合金172

721合金分类172

722讨论和应用174

73腐蚀180

74制造184

741变形抗力184

742应变硬化184

75热处理185

751还原性气氛185

752可控气氛185

76焊接186

77机加工186

78结论187

参考文献187

第8章镁及镁合金188

81概述188

82应用188

821作为非结构材料方面的应用188

822作为结构材料方面的应用188

83合金与性能189

831铸件的力学性能190

832变形产品的力学性能190

833物理性能191

84加工制造191

841机加工191

842连接192

843成形192

85腐蚀与表面处理192

851化学转化镀膜192

852阳极镀膜192

853涂漆192

854电镀192

参考文献192

参考书目193

第9章镁合金的腐蚀与氧化194

91概述194

92镁合金的氧化195

921室温氧化195

922高温氧化196

93镁合金的腐蚀198

931电化学特性198

932腐蚀的类型199

933环境与表面膜200

934提高耐蚀性的方法201

94总结与展望207

参考文献208

第10章高温合金的设计选材211

101概述211

1011目的211

1012什么是高温合金211

1013高温合金怎样强化211

1014高温合金制品的制备212

1015高温合金信息222

102高温金属224

1021概论224

1022力学行为224

103高温合金性能226

1031物理/环境性能226

1032力学性能227

104高温合金的发展228

1041通过控制化学成分改善高温

合金228

105熔炼和铸造方法229

1051概论229

1052高温合金的熔炼和精炼229

1053合金锭重熔工艺的优、缺点230

106零件生产231

1061生产部件的铸造方法231

1062锻造和粉末高温合金232

1063连接232

1064制造工艺小结234

107高温合金选材的其他方面235

1071腐蚀和保护涂层235

1072抗热腐蚀的特殊合金236

1073热障涂层236

108合金选择总结236

1081中温应用236

1082高温应用237

109总评238

参考文献238

第11章塑料：热塑性塑料，热固性塑

料和弹性体240

111通用热塑性塑料240

1111聚乙烯240

1112聚丙烯241

1113聚苯乙烯241

1114抗冲击型聚苯乙烯241

1115san（苯乙烯/丙烯腈共聚物）241

1116abs242

1117聚氯乙烯242

1118聚偏二氯乙烯243

1119聚甲基丙烯酸甲酯243

11110聚对苯二甲酸乙二醇酯243

112热塑性工程塑料243

1121聚酯（热塑性塑料）244

1122聚酰胺（尼龙）244

1123聚缩醛245

1124聚苯硫醚245

1125聚碳酸酯245

1126聚砜246

1127改性聚苯醚246

1128聚酰亚胺246

113含氟热塑性塑料247

1131聚四氟乙烯247

1132聚偏氟氯乙烯247

1133聚全氟乙丙烯248

1134聚偏二氟乙烯248

1135聚（三氟氯乙烯与乙烯共

聚物）248

1136聚氟乙烯248

114热固性树脂248

1141酚醛树脂248

1142环氧树脂249

1143不饱和聚酯249

1144醇酸树脂249

1145邻苯二甲酸丙酯249

1146氨基树脂249

115通用弹性体250

116特殊弹性体250

参考文献251

第12章复合材料253

121概述253

1211复合材料的分类的特点253

1212复合材料可比较的性质254

1213制造中需要考虑的事项257

122增强体和基体材料257

1221增强体257

1222基体材料259

123复合材料的性能261

1231复合材料的力学性能263

1232复合材料的物理性能268

参考文献273

参考书目273

第13章智能材料276

131概述276

132压电材料277

133电致伸缩材料279

134磁致伸缩材料280

135抗弹性材料280

136电流变材料281

137磁流变材料281

138热感应材料281

139ph值敏感材料282

1310光敏感材料282

1311智能聚合物282

1312智能凝胶（智能水凝胶）283

1313智能催化剂283

1314形状记忆合金283

1315材料不寻常的特性284

1316评论、关注和结论284

1317未来285

参考文献285

第14章陶瓷材料及其设计、应用

概览287

141概述287

142先进陶瓷工艺287

143脆性和脆性材料设计288

144应用289

1441陶瓷作为耐磨材料的应用289

1442热结构应用291

1443耐腐蚀性293

1444无源电子293

1445压电陶瓷293

1446透明陶瓷294

145信息来源295

1451生产商和供应商295

1452资料295

1453标准和试验方法295

1454设计手册296

146将来的趋势296

参考文献297第三篇材料数据的获得与管理

第15章如何获得材料性能数据301

151概述301

152过程302

1521确定问题302

1522查找所需信息304

1523首先使用最有名的资源305

1524超出桌面306

1525评估数据/信息资源308

1526使用新的信息时重新确定的

问题308

1527知道何时所收集的信息已经

足够了308

153数据库308

15315个大型文献数据库308

1532其他数据库309

参考文献310

第16章材料数据的来源311

161概述311

162对于数据的期望使用311

1621建立材料或产品性能模型311

1622材料选择312

1623分析比较312

1624初步设计312

1625最终设计313

1626材料规范313

1627加工313

1628质量保证314

1629维护314

16210失效分析314

163数据类型314

1631原文数据314

1632数字数据库315

1633元数据315

164数据资源的种类315

165数据质量和可靠性316

166平台：数据资料的类型317

167特定的数据资料317

1671asm国际317

1672stn国际318

1673因特网319

参考文献320

第17章材料数据管理321

171材料数据管理的历史321

172材料数据管理系统的实施323

1721计划323

1722实施324

1723开展与支持326

173创建数据库326

1731定义项目组326

1732确定终端用户的数据要求326

1733确认功能需求327

1734数据库的设计327

1735原型数据库的开发329

1736数据库的填充329

1737建立数据库330

1738用户界面的定制330

1739数据库的考核331

174商业数据库管理系统331

175材料数据标准333

参考文献334

第18章材料信息的采购和处置336

181概述336

182采购信息337

183材料标准和规范的目录与参考340

184材料处理342

185关于材料循环处理的信息资源343

186当前的问题344

参考文献344第四篇材料性能测试

第19章金属材料性能测试349

191力学测试实验室349

1911试验机350

1912传感器和检测装置351

192拉伸和压缩性能试验351

193蠕变和应力松弛试验353

194硬度和冲击试验354

195断裂韧度试验356

196疲劳试验359

197其他力学试验361

198环境因素361

参考文献363

第20章塑料测试364

201力学性能365

2011拉伸试验（astm d638，

iso 5271）365

2012弯曲性能（astm d790，

iso 178）365

2013蠕变性能366

2014应力松弛367

2015冲击性能369

2016耐磨试验373

2017耐疲劳性374

2018硬度测试375

202热性能376

2021高温性能测试376

2022脆性温度（astm d746，
iso 974）379

203电性能379

2031介电强度（astm d149，

iec 2431）380

2032介电常数和损耗因子（astm
d150，iec 250）380

2033电阻试验381

2034电弧电阻（astm d495）381

204大气老化性能383

2041加速大气老化试验384

2042塑料的户外大气老化（astm

d1435）386

参考文献387

第21章塑料的特性与识别389

211材料特性试验389

2111熔体指数试验(astm d1238,

iso1133)389

2112流变学391

2113黏度试验393

2114凝胶渗透色谱393

2115热分析技术394

2116光谱学402

212塑料的识别分析402

2121熔点的测定403

2122溶解性试验403

2123铜线试验404

2124密度试验404

2125用于识别聚合物的化学及热

分析404

参考文献404

第22章专业的测试机构406

221美国国家标准研究所406

222美国试验和材料协会406

223食品药品管理局407

224国家标准和技术研究所407

225国家电气制造商协会407

226国家消防协会408

227国家卫生基金会408

228塑料工程师协会408

229塑料工业协会409

2210签约商实验室409

2211测试服务的典型价格409

2212独立的测试实验室410

第23章陶瓷测试413

231概述413

232力学性能测试413

2321强度414

2322蠕变416

2323硬度417

2324断裂韧度418

2325高应变速率418

2326疲劳419

233热测试421

2331热膨胀421

2332热传导422

2333热容量424

234无损检测424

2341超声波探伤425

2342射线照相425

235电测试426

2351高温电阻426

2352电子级陶瓷的弯曲强度426

236结语426

参考文献427

第24章无损检测428

241概述428

2411关于检测方法的信息429

2412其他参考资料429

2413电子参考资料429

2414未来nde的能力429

242液体渗透检测430

2421渗透方法工艺431

2422参考标准试块431

2423渗透检验的局限性432

243超声方法432

2431声波432

2432声的反射和透射432

2433声的折射434

2434检测工艺435

244射线照相436

2441x射线的产生和吸收437

2442中子射线照相438

2443x射线的衰减439

2444采用胶片的x射线照相技术439

2445透度计440

2446实时射线照相技术440

2447计算机层析照相技术441

245涡流检测442

2451趋肤效应442

2452阻抗平面442

2453检测线圈从试样上提离444

246热学方法445

2461红外摄像仪445

2462热涂层445

2463热学检测445

247磁粉检测方法445

2471磁化场446

2472连续与非连续场446

2473检测工艺447

2474零件的退磁447

248选材中检测能力的考虑447

2481材料特性的确定447

2482结构完整性448

2483定量裂纹检测的好处449

2484nde能力的量化451

2485检测概率452

2486在所有ndi应用中过程控制的

必要性453

249结束语453

附录a：常用材料的超声特性454

附录b：金属和合金的电阻和电导率456

参考文献457第五篇失 效 分 析

第25章失效模式：金属的使用特性和

服役条件461

251失效判据461

252失效模式461

253弹性变形和屈服465

254断裂机理和裂纹失稳扩展466

255疲劳470

2551疲劳载荷及试验470

2552s瞡瞤曲线：基本设计工具473

2553影响s瞡瞤曲线的因素474

2554非零均值应力474

2555疲劳裂纹扩展476

256蠕变和应力断裂480

2561长期蠕变行为的预测481

2562作用轴应力状态下的蠕变482

257磨蚀和磨损484

2571磨蚀现象484

2572磨损现象490

258腐蚀和应力腐蚀494

2581腐蚀类型494

2582应力腐蚀开裂498

259失效分析和溯源设计499

参考文献499

第26章塑料的失效分析502

261概述502

2611材料选择502

2612设计502

2613工艺503

2614使用环境503

262失效类型504

2621力学失效504

2622热失效504

2623化学失效504

2624环境失效504

263失效分析504

2631目视检查504

2632鉴定分析504

2633应力分析505

2634热转换技术（astm f1057）507

2635切片507

2636力学测试507

2637热分析508

2638无损检测技术508

参考文献508

第27章失效模式：陶瓷的性能和使用

要求509

271概述509

272瑕疵510

273断裂力学511

274强度512

275迟滞失效513

276强度和寿命的分散度514

2761强度的分散度514

2762寿命的分散度516

277使用多轴威布尔统计法的设计517

2771压缩加载下的强度517

2772全方位的多轴的断裂准则517

2773局部的多轴性准则517

278热冲击条件下的材料选择519

279高温失效521

2791蠕变应变521

2792蠕变断裂522

参考文献522

第28章脆性材料的力学可靠性及寿命

预测523

281范围523

282简介523

283概述524

2831一般原理524

2832强度524

2833统计强度分布524

2834最小强度过载验证实验525

2835无损缺陷检测525

2836环境加速断裂525

2837恒定加载速率实验526

2838缺口试样的固有强度527

2839寿命预测527

28310置信度极限527

28311寿命预测过程527

284总结528

附录1威布尔（weibull)试验529

附录2强度和动态疲劳测试530

附录3置信度极限532

参考文献533第六篇制造

第29章选材、设计和制造工艺的相互

关系539

291制造任务539

292不同途径539

293设计540

294材料选择542

295制造工艺的选择542

296完善体系：辅助工艺543

297“最佳”系统的选择543

298相互关系举例544

第30章金属的生产工艺与设备547

301金属切削原理547

302加工功率和切削力550

303刀具寿命552

304金属切削经济学553

3041最低成本的切削速度（vmin）554

3042刀具寿命最低成本（tmin）554

3043最大生产率的切削速度

（vmax）554

3044最大生产率的刀具寿命（tmax）554

305刀具材料554

3051刀具的几何学555

3052切削液555

3053机加工性556

3054切削速度和进给速度556

306车床557

3061车床尺寸559

3062盈亏平衡（be）条件559

307钻床560

3071钻孔的准确性563

308铣削566

309齿轮制造569

3091机加工方法569

3092齿轮精加工570

3010螺纹切削和成形571

30101内螺纹571

30102螺纹滚压571

3011拉削572

3012修刨、刨削和插削574

3013锯、剪切和切断576

3014加工塑料576

3015研磨、磨削和精加工577

30151磨料577

30152温度579

3016特种加工580

30161磨料流加工582

30162磨料喷射加工582

30163液压射流加工582

30164低应力研磨582

30165热辅助加工583

30166机电驱动加工583

30167总体成形加工584

30168超声波加工584

30169水射流加工584

301610电化学去毛刺584

301611电化学放电研磨585

301612电化学研磨586

301613电化学珩磨586

301614电化学加工586

301615电化学抛光587

301616电化学磨削刀具587

301617电化学车削588

301618电惨毫骷庸588

301619型管电解加工588

301620电子束加工589

301621电火花研磨589

301622电火花加工590

301623电火花锯削590

301624电火花线切割（移动丝）590

301625激光束加工591

301626激光束矩591

301627等离子束加工592

301628化学加工法：化学铣，化学

切料592

301629电抛光592

301630光化学加工593

301631热化学加工593

参考文献593

参考书目594

第31章金属加工、成型与铸造595

311概述595

312热加工工艺596

3121热加工工艺分类596

3122轧制596

3123锻造598

3124挤压599

3125拉深599

3126旋压602

3127管的焊接602

3128穿孔602

313冷加工工艺603

3131冷加工工序分类603

3132压挤工艺603

3133弯曲604

3134剪切606

3135拉制607

314金属铸造和成型工艺609

3141砂型铸造609

3142离心铸造610

3143硬模铸造611

3144石膏模铸造612

3145熔模铸造612

315塑料成型工艺613

3151喷射成型613

3152共补喷射成型613

3153轮转成型613

3154膨胀小球成型613

3155挤压614

3156吹塑成型614

3157热成型614

3158增强塑料成型614

3159锻塑零件614

316粉末冶金614

3161p/m制品的性能615

317表面处理615

3171清理615

3172包覆617

3173化学转换618

参考文献618

第32章塑料零件的加工ⅰ620

321概述620

322挤出620

323挤出包覆621

324吹膜622

325压延成型623

326片材热成型623

327吹塑成型624

328涂覆626

329旋转成型627

3210浇铸成型628

3211模压成型628

3212传递模塑629

3213注射成型629

3214反应注射成型632

3215总结和结论632

参考文献632

第33章塑料零件的加工ⅱ633

331塑料零件加工的分类633

3311连续过程和循环过程633

3312流动控制运动学633

332介绍635

3321 设计难点635

3322设计的解决算法635

3323温度影响641

3324压力影响641

3325棒材的挤出（范例）642

第一部分连续加工：剪切控制643

333挤出：单螺杆643

334双螺杆挤出646

335线材包覆646

3351单一拖曳流647

3352牵引流和压力流并存647

336压延成型648

第二部分连续加工：拉伸控制649

337熔体的纤维纺丝649

338吹膜649

第三部分循环过程：剪切为主651

339熔体注射成型651

3310反应注射成型653

3311传递模塑653

第四部分循环过程: 拉伸控制653

3312压缩成型653

3313吹塑成型654

3314热成型654

3315旋转铸塑658

第五部分循环过程：静态过程658

3316铸塑658

3317结论658

参考文献658

参考书目661

期刊661

第34章复合材料制备工艺662

341概述662

3411复合材料的特性662

3412纤维结构形式对力学性能的

影响662

342基本的工艺原理666

3421目的和目标666

3422复合材料工艺路线的一般

特征666