常用的仪器仪表材料特性与选材方法
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主要指耐腐蚀、抗氧化性。 3．工艺性能
材料的工艺性能主要是指其加工制造性，按工艺方法的不同，材料的工艺性能 可分为以下几个方面：
(1)铸造性 铸造性通常指液体金属能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的 性能。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料铸造质量也好。
(2)可锻性 可锻性指材料是否易于进行压力加工(包括锻造、压延、拉拔、轧 制等)的性能。
第三章 常用的仪器仪表材料特性和
选材方法
3.1 概述
在仪器仪表设计制造中使用的材料大多数属于工程材料的范畴，而工程 材料又按性能特点分为结构材料和功能材料两大类。结构材料以力学性能为 主，兼有一定的物理、化学性能，用于制作工程构件、机械零件、工具等； 功能材料以特殊的物理、化学性能为主，如超导、激光、半导体、形状记忆 和能量转换等材料。一般在研究工程材料时通常指前者。
3．高分子材料 高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。它具有较高的强度，良好的塑
性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能。工程上通常 根据力学性能和使用状态将其分为三大类： (1)塑料 按工艺性分为热塑性塑料和热固性塑料两种。 (2)合成橡胶 通常指经硫化处理的、弹性特别优良的聚合物，有通用橡胶和特 种橡胶两种。 (3)合成纤维 指由单体聚合而成的、强度很高的聚合物，通过机械处理所获 得的纤维材料。
塑性变形金属在加热时的变化 为了消除加工硬化的作用，恢复或改善金属 的物理、化学、力学性能，可以对金属进行加热。随加热温度的提高，变形金属 将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程，其中以再结晶具有更重要的作用。生 产上主要用于冷变形加工过程的中间处理，消除加工硬化，便于继续冷加工，处 理工艺叫做再结晶退火。
4．合金的结晶 合金是指由两种以上的金属或金属和非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法
使之结合在一起而形成的具有金属特性的物质。 相，是指合金中化学成分相同、晶体结构相同并以界面互相分开的均匀组成
部分。 组织，是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，又称显微组织。 与纯金属的结晶相比，合金的结晶有它的特点。首先，合金的结晶过程不一
4)回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，必须进 行回火。淬火件一般强度和硬度较高，但韧性和塑性很低，通过回火可获得良 好的强度与韧性的配合，满足不同使用性能的要求。
低温回火(回火温度为150～250℃)的目的是降低淬火内应力和脆性的同时 保持钢在淬火后的硬度(一般达58～64HRc)和高耐磨性，广泛使用于处理各种 切削刀具，冷作模具、量具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件等。
4．碳钢 (1)碳钢的分类
(2)碳钢的牌号及应用 工程上所用的碳钢主要按用途来进行编号。 1)普通碳素结构钢：这类钢主要保证力学性能，其牌号体现其力学性
能，用Q+数字表示，数字表示屈服点数值。例如Q275表示屈服点为 275MPa。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同 ，含磷、硫量依次降低，钢材质量则依次提高。若在牌号后标注字母“F” 则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢， “TZ”表示特种镇静钢。
可锻铸铁牌号中的“KT”为“可铁”二字的汉语拼音字首，“KTH”表示黑心可锻 铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁。其后数字含义与球墨铸铁相同。
6．钢的热处理 热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体
或表面组织，从而获得所需性能的工艺。根据所要求的性能不同，热处理的类 型有多种，其工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段。
晶体中原子(或离子)在空间的规则排列方式称为晶体结构。 假设通过原子的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种 假想的格架在晶体学上就叫晶格。晶格的最小几何组成单元称为晶胞。
绝大多数金属为体心立方、面心立方和密排立方等三种典型的、紧密的结构。
2．金属的结晶 生产上将金属的凝固叫做结晶。凝固的结果，获得固态
(2)钢的表面热处理 许多零件在工作时，承受摩擦、扭转、弯曲等交变载 荷或冲击载荷，因此要求表面有较高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心 部又要有高韧性。但普通热处理工艺却很难兼顾表面、心部各具有不同的性能 要求，因而需要采用强化表面的热处理方法，即表面淬火和化学热处理，统称 为表面热处理。 1)钢的表面淬火：将钢件表层迅速加热到奥氏体化温度后急冷，使表层形成马 氏体组织而心部组织仍保持不变的热处理工艺即为钢的表面淬火。表面淬火只 改变表层组织而不改变钢的化学成分。 2)钢的化学热处理：将钢件置于一定的化学介质中加热、保温，使介质中一种 或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层化学成分和组织的热处理工艺即 为钢的化学热处理。化学热处理通过改变表面成分，使工件表层组织和性能发 生改变。它能有效地提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳性能。如渗碳和碳氮可 提高钢表面硬度、耐磨性及疲劳性能。
5．铸铁 铸铁是碳的质量分数大于2．11％，并含有硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合
金。与钢相比，铸铁的强度低，塑性、韧性差；但它有良好的铸造性、切削加 工型及减振性，且工艺简单、造价低廉。 (1)铸铁的分类 铸铁按石墨化的程度可分为灰铸铁、麻口铸铁和白口铸铁。
一般根据石墨的形态对灰口铸铁进行分类，具有片状石墨的铸铁为灰铸铁 ；具有团絮状石墨的铸铁为可锻铸铁；具有球状石墨的铸铁为球墨铸铁；具有 蠕虫状石墨的铸铁为蠕墨铸铁。 (2)铸铁的性能特点及应用 1)灰铸铁：灰铸铁是应用最广泛的一类铸铁，它的产量几乎占铸铁全部产量的 80％以上。由于石墨的存在，使灰铸铁的抗拉强度与塑性远比钢低。它性能稳 定、不易变形，具有良好阻尼，价格低廉。因此，灰铸铁主要用于制造汽车、 仪器中的汽缸、仪器基座等承受压力及振动的基件。
金属结晶的过程
通过晶核形成及晶核长大来完成的
3．金属的塑性变形与再结晶 塑性变形在明显改变金属外形的同时，也深刻地影响金属的内部结构和宏观
性能，主要表现在金属的组织和结构变化、加工硬化、残余内应力等三方面。 1)加工硬化：即随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高而塑性和韧性明
显下降。 2)残余内应力：主要是金属内部变形不均匀引起的。
4．复合材料 复合材料是两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能是它的单个组成
材料所不具备的。
3.2 材料学基础知识
3.2.1 固态原子的结合键 晶体的原子结合键有金属键、离子键、范德华键 (分子键)等几种基本类型
。
3.2.2 晶体与显微组织 1．材料的晶体结构
材料的性能不仅与其组成原子的本性及原子间的结合键的类型有关，还与 晶体中原子的长程有序规则排列的方式即晶体结构有关。
定在恒温下进行，很多情况是在一个温度范围内完成的；其次，合金的结晶不仅 会发生晶体结构的变化，还会伴有成分的变化。
合金系是指两个或两个以上的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金 。用来研究合金系在平衡条件下(极缓慢冷却或加热)各成分合金的结晶过程以及 相和组织存在范围与变化规律的简明示意图即为相图。
(3)可焊性 可焊性指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能。 (4)切削加工性 切削加工性指材料进行切削加工的难易程度。
3.3 金属材料
3.3.1 铁碳合金 碳钢和铸铁是以铁与碳两种元素为基本组元的合金，常称铁碳合金。 铁碳合金系相图是研究钢和铸铁的
基础，对于钢铁材料的应用以及热加工 和热处理工艺的制订具有重要的意义。
灰铸铁的牌号中HT为“灰铁”二字的汉语拼音字首，其后数字表示最抵抗拉强 度值。（HT200，表示以直径30mm单个铸出测试棒测出的抗拉强度值大于 200MPa，但小于300MPa。选择牌号时必须考虑铸件的壁厚）
2)球墨铸铁：球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合力学性能接近于钢。 它的成分不同于灰铸铁，碳含量较高。研究表明，球墨铸铁具有比灰铸铁高得 多的强度及良好的塑性与韧性，加之它便于生产，成本低廉，在一些机件受力 复杂、综合性能要求较高，但无较大冲击力的场合下，可成功地取代某些钢件 。
2)正火：正火的目的是使钢的组织正常化，与完全退火的区别是冷却速度快些 ，所得到组织的强度和硬度也有所提高。
3)淬火：淬火是强化钢的最重要手段，可显著提高钢的硬度和耐磨性，通过 与回火工艺的配合，淬火可获得不同强韧性的组织，满足各种使用要求。
常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火、局部 淬火和冷处理。其中，冷处理是将淬火后冷却到室温的工件继续深冷到-70~80℃或更低的温度，以消除变形。
(1)钢的普通热处理 普通热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。 1)退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓 慢冷却(一般为随炉冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。
根据处理的目的和要求不同，钢的退火可分为完全退火、等温退火、球化 退火、均匀化退火和去应力退火等等。
根据材料的本性或结合键的性质分类，一般将工程材料分为金属材料、 陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。
1．金属材料 金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。工业上把 金属和其合金分为两大部分： (1)钢铁材料 铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金） (2)非铁金属 钢铁材料以外的所有金属及其合金 2．陶瓷材料 陶瓷的硬度很高，但脆性很大。陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金 属氧化物和金属非氧化物，也叫做硅酸盐材料。它一般包括无机玻璃(硅酸盐 玻璃)、玻璃陶瓷(微晶玻璃)和陶瓷等三大类。
球墨铸铁的牌号中的“QT”为“球铁”二字的汉语拼音字首，其后的两组数字 分别代表抗拉强度值和断后伸长率。如QT400-18。
3)可锻铸铁：可锻铸铁的强度、塑性及韧性均比灰铸铁高，但可锻铸铁实际是 不能锻造的。
可锻铸铁常用于制造那些壁薄(一般厚度小于25mm)、形状复杂，承受振动 或冲击载荷的机件，如汽车和拖拉机的后桥外壳、活塞环等。
完全退火又称重结晶退火，一般简称退火。完全退火通过完全重结晶，使热 加工造成的粗大 、不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；或使中碳以上的 碳钢和合金钢得到接近于平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。 由于冷却速度缓慢，一般还可消除内应力。常用于机件加工前的预先热处理。
等温退火的作用与目的与完全退火一致，为缩短整个退火过程，常用等温退 火代替完全退火。
球化退火是一种不完全退火，其目的一是降低硬度，改善切削加工性能；二 是为淬火前做好组织准备。主要用于改善合金工具钢的切削加工性能。
均匀化退火的目的是减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分偏析和组织不均匀性 。
去应力退火的目的是消除铸件、锻件、焊接件在机加工、冷变形过程中的残 余应力。又称低温退火，此过程中无组织变化。
中温回火(回火温度为350～500℃)后的钢具有较高的屈服极限和弹性极限 ，以及一定的韧性，硬度一般为35～45HRC，主要用于各种弹簧的处理。
高温回火(回火温度为500～650℃)后的钢的硬度为25～35 HRC，这时的 钢具有良好的综合力学性能。习惯上把淬火+高温回火的热处理工艺称作“调质 处理”，简称“调质”，广泛用于处理各种重要的结构零件。
2)优质碳素结构钢：这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用 两位数字表示碳的质量分数的万分之几。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数 为0.45％。 3)碳素工具钢：这类钢的牌号用T+数字表示，数字表示钢中平均碳的质量分 数的千分之几。例如T8表示平均碳的质量分数为0.80％的碳素工具钢。若为优 质碳素工具钢，则在钢号后附以“A”，例如T12A。
3.2.3 材料的力学、物理及化学性能 材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两大类，材料的使用性能主要是指
力学、物理和化学性能；材料的工艺性能则是指可锻性、可焊性及切削加工性等 。
1．力学性能 材料常见的力学性能有弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳特性以及
耐磨性。
2．物理及化学性能 材料的物理性能有密度、熔点、导电、导磁、导热及热膨胀等等。而化学性能
晶体金属。 晶体物质的结晶都具有来自格的平衡结晶温度，高于此温度，物质熔为液态，低于此温度才能进行结晶，处在此温度 ，表现出液体与晶体同时存在。而一切非晶体物质则无此明 显的平衡结晶温度，它们的凝固总是在某一温度范围内进行 的。金属材料的凝固是典型的结晶过程，而玻璃的凝固是典 型的非晶体凝固。
过冷现象。
1．铁碳合金系相图
(1)铁碳合金系组元的特性 1)纯铁：结晶过程有同素异构转变。 2)渗碳体：渗碳体(Fe3C)是Fe和C的 稳定化合物。力学性能特点是硬而脆。 (2)铁碳合金中的相 1)液相L 2) δ相 3)а相 4)γ相 5)Fe3C相
2．铁碳合金的分类
3．铁碳相图的应用 (1)在钢铁材料选用方面的应用 (2)在铸造工艺方面的应用 (3)在热锻、热轧工艺方面的应用 (4)在热处理工艺方面的应用
材料的工艺性能主要是指其加工制造性，按工艺方法的不同，材料的工艺性能 可分为以下几个方面：
(1)铸造性 铸造性通常指液体金属能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的 性能。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料铸造质量也好。
(2)可锻性 可锻性指材料是否易于进行压力加工(包括锻造、压延、拉拔、轧 制等)的性能。
第三章 常用的仪器仪表材料特性和
选材方法
3.1 概述
在仪器仪表设计制造中使用的材料大多数属于工程材料的范畴，而工程 材料又按性能特点分为结构材料和功能材料两大类。结构材料以力学性能为 主，兼有一定的物理、化学性能，用于制作工程构件、机械零件、工具等； 功能材料以特殊的物理、化学性能为主，如超导、激光、半导体、形状记忆 和能量转换等材料。一般在研究工程材料时通常指前者。
3．高分子材料 高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。它具有较高的强度，良好的塑
性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能。工程上通常 根据力学性能和使用状态将其分为三大类： (1)塑料 按工艺性分为热塑性塑料和热固性塑料两种。 (2)合成橡胶 通常指经硫化处理的、弹性特别优良的聚合物，有通用橡胶和特 种橡胶两种。 (3)合成纤维 指由单体聚合而成的、强度很高的聚合物，通过机械处理所获 得的纤维材料。
塑性变形金属在加热时的变化 为了消除加工硬化的作用，恢复或改善金属 的物理、化学、力学性能，可以对金属进行加热。随加热温度的提高，变形金属 将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程，其中以再结晶具有更重要的作用。生 产上主要用于冷变形加工过程的中间处理，消除加工硬化，便于继续冷加工，处 理工艺叫做再结晶退火。
4．合金的结晶 合金是指由两种以上的金属或金属和非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法
使之结合在一起而形成的具有金属特性的物质。 相，是指合金中化学成分相同、晶体结构相同并以界面互相分开的均匀组成
部分。 组织，是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，又称显微组织。 与纯金属的结晶相比，合金的结晶有它的特点。首先，合金的结晶过程不一
4)回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，必须进 行回火。淬火件一般强度和硬度较高，但韧性和塑性很低，通过回火可获得良 好的强度与韧性的配合，满足不同使用性能的要求。
低温回火(回火温度为150～250℃)的目的是降低淬火内应力和脆性的同时 保持钢在淬火后的硬度(一般达58～64HRc)和高耐磨性，广泛使用于处理各种 切削刀具，冷作模具、量具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件等。
4．碳钢 (1)碳钢的分类
(2)碳钢的牌号及应用 工程上所用的碳钢主要按用途来进行编号。 1)普通碳素结构钢：这类钢主要保证力学性能，其牌号体现其力学性
能，用Q+数字表示，数字表示屈服点数值。例如Q275表示屈服点为 275MPa。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同 ，含磷、硫量依次降低，钢材质量则依次提高。若在牌号后标注字母“F” 则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢， “TZ”表示特种镇静钢。
可锻铸铁牌号中的“KT”为“可铁”二字的汉语拼音字首，“KTH”表示黑心可锻 铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁。其后数字含义与球墨铸铁相同。
6．钢的热处理 热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体
或表面组织，从而获得所需性能的工艺。根据所要求的性能不同，热处理的类 型有多种，其工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段。
晶体中原子(或离子)在空间的规则排列方式称为晶体结构。 假设通过原子的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种 假想的格架在晶体学上就叫晶格。晶格的最小几何组成单元称为晶胞。
绝大多数金属为体心立方、面心立方和密排立方等三种典型的、紧密的结构。
2．金属的结晶 生产上将金属的凝固叫做结晶。凝固的结果，获得固态
(2)钢的表面热处理 许多零件在工作时，承受摩擦、扭转、弯曲等交变载 荷或冲击载荷，因此要求表面有较高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心 部又要有高韧性。但普通热处理工艺却很难兼顾表面、心部各具有不同的性能 要求，因而需要采用强化表面的热处理方法，即表面淬火和化学热处理，统称 为表面热处理。 1)钢的表面淬火：将钢件表层迅速加热到奥氏体化温度后急冷，使表层形成马 氏体组织而心部组织仍保持不变的热处理工艺即为钢的表面淬火。表面淬火只 改变表层组织而不改变钢的化学成分。 2)钢的化学热处理：将钢件置于一定的化学介质中加热、保温，使介质中一种 或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层化学成分和组织的热处理工艺即 为钢的化学热处理。化学热处理通过改变表面成分，使工件表层组织和性能发 生改变。它能有效地提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳性能。如渗碳和碳氮可 提高钢表面硬度、耐磨性及疲劳性能。
5．铸铁 铸铁是碳的质量分数大于2．11％，并含有硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合
金。与钢相比，铸铁的强度低，塑性、韧性差；但它有良好的铸造性、切削加 工型及减振性，且工艺简单、造价低廉。 (1)铸铁的分类 铸铁按石墨化的程度可分为灰铸铁、麻口铸铁和白口铸铁。
一般根据石墨的形态对灰口铸铁进行分类，具有片状石墨的铸铁为灰铸铁 ；具有团絮状石墨的铸铁为可锻铸铁；具有球状石墨的铸铁为球墨铸铁；具有 蠕虫状石墨的铸铁为蠕墨铸铁。 (2)铸铁的性能特点及应用 1)灰铸铁：灰铸铁是应用最广泛的一类铸铁，它的产量几乎占铸铁全部产量的 80％以上。由于石墨的存在，使灰铸铁的抗拉强度与塑性远比钢低。它性能稳 定、不易变形，具有良好阻尼，价格低廉。因此，灰铸铁主要用于制造汽车、 仪器中的汽缸、仪器基座等承受压力及振动的基件。
金属结晶的过程
通过晶核形成及晶核长大来完成的
3．金属的塑性变形与再结晶 塑性变形在明显改变金属外形的同时，也深刻地影响金属的内部结构和宏观
性能，主要表现在金属的组织和结构变化、加工硬化、残余内应力等三方面。 1)加工硬化：即随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高而塑性和韧性明
显下降。 2)残余内应力：主要是金属内部变形不均匀引起的。
4．复合材料 复合材料是两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能是它的单个组成
材料所不具备的。
3.2 材料学基础知识
3.2.1 固态原子的结合键 晶体的原子结合键有金属键、离子键、范德华键 (分子键)等几种基本类型
。
3.2.2 晶体与显微组织 1．材料的晶体结构
材料的性能不仅与其组成原子的本性及原子间的结合键的类型有关，还与 晶体中原子的长程有序规则排列的方式即晶体结构有关。
定在恒温下进行，很多情况是在一个温度范围内完成的；其次，合金的结晶不仅 会发生晶体结构的变化，还会伴有成分的变化。
合金系是指两个或两个以上的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金 。用来研究合金系在平衡条件下(极缓慢冷却或加热)各成分合金的结晶过程以及 相和组织存在范围与变化规律的简明示意图即为相图。
(3)可焊性 可焊性指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能。 (4)切削加工性 切削加工性指材料进行切削加工的难易程度。
3.3 金属材料
3.3.1 铁碳合金 碳钢和铸铁是以铁与碳两种元素为基本组元的合金，常称铁碳合金。 铁碳合金系相图是研究钢和铸铁的
基础，对于钢铁材料的应用以及热加工 和热处理工艺的制订具有重要的意义。
灰铸铁的牌号中HT为“灰铁”二字的汉语拼音字首，其后数字表示最抵抗拉强 度值。（HT200，表示以直径30mm单个铸出测试棒测出的抗拉强度值大于 200MPa，但小于300MPa。选择牌号时必须考虑铸件的壁厚）
2)球墨铸铁：球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合力学性能接近于钢。 它的成分不同于灰铸铁，碳含量较高。研究表明，球墨铸铁具有比灰铸铁高得 多的强度及良好的塑性与韧性，加之它便于生产，成本低廉，在一些机件受力 复杂、综合性能要求较高，但无较大冲击力的场合下，可成功地取代某些钢件 。
2)正火：正火的目的是使钢的组织正常化，与完全退火的区别是冷却速度快些 ，所得到组织的强度和硬度也有所提高。
3)淬火：淬火是强化钢的最重要手段，可显著提高钢的硬度和耐磨性，通过 与回火工艺的配合，淬火可获得不同强韧性的组织，满足各种使用要求。
常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火、局部 淬火和冷处理。其中，冷处理是将淬火后冷却到室温的工件继续深冷到-70~80℃或更低的温度，以消除变形。
(1)钢的普通热处理 普通热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。 1)退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓 慢冷却(一般为随炉冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。
根据处理的目的和要求不同，钢的退火可分为完全退火、等温退火、球化 退火、均匀化退火和去应力退火等等。
根据材料的本性或结合键的性质分类，一般将工程材料分为金属材料、 陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。
1．金属材料 金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。工业上把 金属和其合金分为两大部分： (1)钢铁材料 铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金） (2)非铁金属 钢铁材料以外的所有金属及其合金 2．陶瓷材料 陶瓷的硬度很高，但脆性很大。陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金 属氧化物和金属非氧化物，也叫做硅酸盐材料。它一般包括无机玻璃(硅酸盐 玻璃)、玻璃陶瓷(微晶玻璃)和陶瓷等三大类。
球墨铸铁的牌号中的“QT”为“球铁”二字的汉语拼音字首，其后的两组数字 分别代表抗拉强度值和断后伸长率。如QT400-18。
3)可锻铸铁：可锻铸铁的强度、塑性及韧性均比灰铸铁高，但可锻铸铁实际是 不能锻造的。
可锻铸铁常用于制造那些壁薄(一般厚度小于25mm)、形状复杂，承受振动 或冲击载荷的机件，如汽车和拖拉机的后桥外壳、活塞环等。
完全退火又称重结晶退火，一般简称退火。完全退火通过完全重结晶，使热 加工造成的粗大 、不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；或使中碳以上的 碳钢和合金钢得到接近于平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。 由于冷却速度缓慢，一般还可消除内应力。常用于机件加工前的预先热处理。
等温退火的作用与目的与完全退火一致，为缩短整个退火过程，常用等温退 火代替完全退火。
球化退火是一种不完全退火，其目的一是降低硬度，改善切削加工性能；二 是为淬火前做好组织准备。主要用于改善合金工具钢的切削加工性能。
均匀化退火的目的是减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分偏析和组织不均匀性 。
去应力退火的目的是消除铸件、锻件、焊接件在机加工、冷变形过程中的残 余应力。又称低温退火，此过程中无组织变化。
中温回火(回火温度为350～500℃)后的钢具有较高的屈服极限和弹性极限 ，以及一定的韧性，硬度一般为35～45HRC，主要用于各种弹簧的处理。
高温回火(回火温度为500～650℃)后的钢的硬度为25～35 HRC，这时的 钢具有良好的综合力学性能。习惯上把淬火+高温回火的热处理工艺称作“调质 处理”，简称“调质”，广泛用于处理各种重要的结构零件。
2)优质碳素结构钢：这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用 两位数字表示碳的质量分数的万分之几。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数 为0.45％。 3)碳素工具钢：这类钢的牌号用T+数字表示，数字表示钢中平均碳的质量分 数的千分之几。例如T8表示平均碳的质量分数为0.80％的碳素工具钢。若为优 质碳素工具钢，则在钢号后附以“A”，例如T12A。
3.2.3 材料的力学、物理及化学性能 材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两大类，材料的使用性能主要是指
力学、物理和化学性能；材料的工艺性能则是指可锻性、可焊性及切削加工性等 。
1．力学性能 材料常见的力学性能有弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳特性以及
耐磨性。
2．物理及化学性能 材料的物理性能有密度、熔点、导电、导磁、导热及热膨胀等等。而化学性能
晶体金属。 晶体物质的结晶都具有来自格的平衡结晶温度，高于此温度，物质熔为液态，低于此温度才能进行结晶，处在此温度 ，表现出液体与晶体同时存在。而一切非晶体物质则无此明 显的平衡结晶温度，它们的凝固总是在某一温度范围内进行 的。金属材料的凝固是典型的结晶过程，而玻璃的凝固是典 型的非晶体凝固。
过冷现象。
1．铁碳合金系相图
(1)铁碳合金系组元的特性 1)纯铁：结晶过程有同素异构转变。 2)渗碳体：渗碳体(Fe3C)是Fe和C的 稳定化合物。力学性能特点是硬而脆。 (2)铁碳合金中的相 1)液相L 2) δ相 3)а相 4)γ相 5)Fe3C相
2．铁碳合金的分类
3．铁碳相图的应用 (1)在钢铁材料选用方面的应用 (2)在铸造工艺方面的应用 (3)在热锻、热轧工艺方面的应用 (4)在热处理工艺方面的应用