第1章 工程材料的分类与键合方式
第一章工程材料的分类与性能PPT课件
二、 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
塑性的指标为：
断后伸长率： l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 10% 0
拉 伸
F0
试 样
的
颈
缩
现
象
断裂后
28
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
② 对于直径d0 相同的试样，l0，。
只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。
第一章 工程材料的分类与性能
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
第一节 工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主 要要求力学性能的结构材料。
23
3. 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。刚度与弹性模量成正比，刚度越大， 则材料在一定应力下承受的弹性变形越 小。
24
二、强度
s
材料在外力作用下抵抗变形和
断裂的能力。
1、 屈服点s：材料发生微量塑 性变形时的应力值。
2、规定残余伸长应力0.2：残余
0.2
变形量为0.2%时的应力值。
3、抗拉强度b：材料断裂前所
D(D D2d2)
32
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于 布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面
的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持
第一章工程材料类型及金属的晶体结构
（b）致密度 致密度 K 等于晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，
即：
r 3a 4
K
nv V
2 4 r 3
3 a3
3 0.68
8
可见，体心立方结构的金属晶体中，有68%的体积为原子 所占据，其余32%为空隙体。Cr、Mo、W、V、Nb.
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
5.常见的金属晶格类型 （二）面心立方结构
► 缺点：目前性能高的价贵。
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1. 1. 3 原子间键合 一、离子键：正离子与负离子静电吸引产生的化
学结合力
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1. 1. 3 原子间键合 二、共价键：原子间共用电子对产生的化学结合力
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1.1. 3 原子间键合 三、金属键：金属正离子与“自由电子气”静电吸
图1-6 密排六方晶胞
（a）钢球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
5.常见的金属晶格类型
（三）密排六方结构 (Mg、Zn、-Co)
（1）点阵常数
正六边形边长a ，晶胞高度 c ; 理想轴比c/a=1.633
（2）原子
(1/6)×12 + (1/2) × 2+3 = 6
三个棱边作x、y、z三个坐标轴，以晶胞边长 （即晶格常数）作为晶轴长度的度量单位。
特别应当注意，坐标原点应选在待定晶面之外。 （2）求出特定晶面在三个坐标轴上的截距（如果晶面与某一坐标轴平
行，则其截距为∞），设分别为m、n、p。 （3）求出三个截距的倒数，并把它们化为最小的简单整数，即1/m、
1/n、1/p化为h=E/m，k=E/n，l=E/p，E为最小公倍数。 （4）将这组最小整数加上圆括号，并且不用标点分开各数，即得晶面
材料科学基础考研大纲解析
材料科学基础考研大纲解析大纲解析及重点知识（自编）【考试大纲解析】绪论部分材料科学与工程：1.材料的主要类型及其基本特性。
工程材料主要可以划分为：金属、陶瓷、聚合物、复合材料、半导体。
通常所说的三大固体材料是：金属材料（金属中大量的自由电子能在金属两端电势差的作用下定向流动，形成电流，显示金属良好的导电性。
温度升高，金属正离子振动振幅增大，电子运动受阻，电阻升高，因此金属具有正的电阻温度系数。
金属热量的传递，不仅依靠金属正离子的振动，更由于自由电子的运动，极大地增强了热量传递，所以金属具有良好的导热性。
自由电子容易吸收可见光的能量，随后又将吸收的可见光的能量辐射出来，从而使金属不透明具有光泽。
金属的两部分作相对位移时，金属正离子仍沉浸在电子云中，保持着金属键结合，因此金属能变形而不断裂，表现出延展性。
）、陶瓷材料（也叫无机非金属材料，特性：）、高分子材料（特性：质量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀性能好、绝缘性好。
）第1部分材料的原子结构与键合1.原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。
决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，以及原子集合体的形貌特征等。
原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。
原子的电子结构：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故称为电子云。
电子既具有粒子性又具有波动性，即波粒二象性。
2.材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。
【解析】结合键可分为化学键和物理键两大类。
化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德瓦尔斯力。
此外还有一种氢键，性质介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
金属键无饱和性和方向性。
离子键——正负离子依靠他们之间的静电引力结合在一起。
工程材料分类课件
目录
CONTENTS
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 新型工程材料 • 工程材料的选择与应用
01 工程材料概述
CHAPTER
定义与分类
定义
工程材料是指用于制造各类结构 件、零件和制成品的材料，具有 较高的力学性能、物理性能和化 学性能。
分类
根据其组成、结构和性能特点， 工程材料可分为金属材料、非金 属材料和复合材料等。
CHAPTER
材料的选择原则
01
02
03
04
适用性原则
选择适合工程要求的材料，满 足设计要求和性能指标。
安全性原则
确保材料具有足够的强度、耐 久性和稳定性，保证工程安全
。
经济性原则
在满足适用性和安全性的前提 下，选择价格合理、易于获取
的材料。
可循环利用原则
优先选择可循环利用的材料， 减少资源浪费和环境污染。
生物医用材料
生物医用材料的分类
生物医用材料可分为医用金属、医用高分子和医用复合材料等类型 。
生物医用材料的特性
生物医用材料应具备无毒、无免疫反应、良好的生物相容性和机械 性能等特点。
生物医用材料的应用
生物医用材料在医疗器械、人工器官、药物载体等方面有广泛应用， 如人工关节、心脏瓣膜等。
05 工程材料的选择与应用
纳米材料制备方法
制备纳米材料的方法有多种，如物理法、化学法、生物法等，可 根据不同需求选择合适的制备方法。
智能材料
智能材料的分类
智能材料可分为形状记忆合金、电流变体和智能纤维等类型。
智能材料的特性
智能材料具有自适应、自诊断和自修复等特性，能够根据环境变化 做出相应的反应。
工程材料的分类
工程材料的分类工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、机械制造等工程领域的材料。
根据其性质和用途的不同，工程材料可以被分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
首先，金属材料是指主要由金属元素组成的材料，如铁、铜、铝、镁等。
金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能，因此在工程中得到广泛应用。
根据其化学性质和晶体结构的不同，金属材料又可以分为黑色金属和有色金属两大类。
黑色金属主要是指铁、钢铁和铸铁，具有较高的强度和硬度，适用于制造建筑结构、机械零件等。
而有色金属则包括铜、铝、镁等，具有良好的耐腐蚀性和导热性，适用于制造电线、散热器等。
其次，非金属材料是指不含金属元素或金属含量较少的材料，如水泥、玻璃、陶瓷、塑料等。
非金属材料具有较轻的重量、良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，因此在建筑材料、电气材料等方面得到广泛应用。
根据其原料和制备工艺的不同，非金属材料又可以分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类。
无机非金属材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷等，具有较高的抗压强度和耐磨性，适用于建筑材料、陶瓷制品等。
而有机非金属材料则包括塑料、橡胶、纤维等，具有较轻的重量和良好的柔韧性，适用于制造塑料制品、橡胶制品等。
最后，复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料通过一定方式组合而成的材料，如玻璃钢、碳纤维复合材料等。
复合材料具有优异的综合性能，既兼有金属材料的高强度和刚性，又具有非金属材料的轻质和耐腐蚀性能，因此在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
根据其组成材料和结构形式的不同，复合材料又可以分为层合复合材料和体积复合材料两大类。
层合复合材料主要是指由不同方向排列的单层材料组合而成，具有较高的强度和刚性，适用于制造飞机机身、汽车车身等。
而体积复合材料则是指由不同材料组成的复合材料，具有较高的抗冲击性和耐磨性，适用于制造运动器材、防弹装甲等。
综上所述，工程材料的分类主要包括金属材料、非金属材料和复合材料三大类，每类材料都具有各自独特的性能和应用领域，对于工程建设和制造业具有重要的意义。
工程材料与机械制造基础第二版答案
工程材料与机械制造基础第二版答案第一章：工程材料的概述1.定义：工程材料是指用于制造各种工程产品和构件的原料，包括金属材料、非金属材料和合成材料。
2.金属材料分类：金属材料按照基本组织可分为晶体、多晶体和非晶体。
按照化学成分可分为金属元素和合金。
按照制备方式可分为熔炼和粉末冶金方法。
3.非金属材料分类：非金属材料包括陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
陶瓷材料可分为无机非金属材料和有机非金属材料。
高分子材料是由高分子化合物制成的材料。
复合材料由两种或以上的基础材料组成。
4.合成材料分类：合成材料指人工合成的新材料，包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料。
第二章：金属材料的组织和性能1.金属的晶体结构：金属的晶体结构可分为体心立方结构、面心立方结构和六方最密堆积结构。
2.晶体缺陷：晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括金属原子的不可替代缺陷和可替代缺陷。
线缺陷包括位错和抱线。
3.金属的力学性能：金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性和延展性等。
4.金属的热学性能：金属的热学性能包括热膨胀系数、热导率和比热容等。
第三章：金属材料的制备与加工1.金属的提炼和精炼：金属的提炼过程包括冶炼和精炼。
冶炼是将矿石中的金属氧化物还原为金属的过程。
精炼是去除金属中的杂质，提高金属纯度的过程。
2.金属的凝固：金属的凝固过程包括液相凝固、凝固过程中的晶体生长和固相变形。
3.金属的成形加工：金属的成形加工包括锻造、压力加工、热处理和冷加工等。
4.金属的热处理：金属的热处理包括退火、淬火、回火和时效等。
第四章：非金属材料的组织和性能1.陶瓷材料的组织和性能：陶瓷材料的组织包括晶体和非晶体结构，性能包括强度、硬度和热稳定性等。
2.高分子材料的组织和性能：高分子材料的组织包括聚合物链和结晶结构，性能包括高分子材料的强度、弹性和耐热性等。
3.复合材料的组织和性能：复合材料的组织包括增强相和基体相，性能包括强度、刚度和耐热性等。
工程材料的分类
工程材料的分类
工程材料是指具有一定性能，在特定条件下能够承担某种功能、被用来制造零件和工具的材料.工程材料种类繁多,有如下常见分类方法。
按成分分类：金属材料、非金属材料、复合材料。
金属是工业中应用广泛的材料，其中钢铁的用量最大。
一般金属具的优良的工艺性能和力学性能；
非金属材料中，合成高分子材料、特别是塑料的使用广泛；而陶瓷具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘的特点，主要用于化工设备、电器绝缘件、机械加工刀具、发动机耐热元件等；
复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质，复合材料一般综合了各组分材料的优良性能，在生活用品、机器制造等各个领域已得到广泛应用。
按用途分类：结构材料（如机械零件、工程构件）、工具材料(如量具、刃具、模具）、功能材料（如磁性材料、超导材料等）
按领域分类:机械工程材料、建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料
工程材料的使用：材料种类繁多、性能各异,能符合设计者要求主要性能的材料是最合适的材料。
钢材具有较高的强度、较好的塑性,常用于制造受力的普通机器零件;
而制造飞机的结构件，那就不合适，这时选用质轻的铝合金或钛合金、复合材料更合适;
在高温下使用最好选用高熔点的陶瓷材料;
塑料具有良好的耐腐蚀性，可用在需要抗大气腐蚀的地方,但大多数塑料暴露在阳光下会严重老化，所以在室外长期使用时，选用塑料就不太合适。
《工程材料》第一章第二节 材料的结合方式及工程材料键性
要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。
下晶体和非晶体iO2的结构
非晶态
第二节 材料的结合方式 及工程材料键性
一 、结合键
● ●
原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。 一般可把结合键分为
离子键、共价健、金属键和分子键四种。
1. 离子键 正离子和负离子由静电引力相互吸引；同时当它们 十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定 的离子键。NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成。
2. 共价键
由共用价电子对产生的结合键叫共价键。最具有代 表性的共价晶体为金刚石。属于共价晶体的还有 SiC、Si3N4、BN等化合物。
共价键的结合力很大，所以共价晶体强度高、硬 度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。
3. 金属键
正离子和电子气之间产生强烈的静电吸引力，使
全部离子结合起来。这种结合力就叫做金属键。
二、工程材料的键性
1. 金属材料
工程应用的金属材料，原子间的结
合键基本上为金属键，皆为金属晶 体材料。
2. 陶瓷材料
存在有一定成分的共价键，但离子
键是主要的。
3. 高分子材料
大分子内的原子之间由很强的共价 键结合，而大分子与大分子之间的结 合力为较弱的范特瓦尔斯力。
三、晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件
金属键无所谓饱和性和方向性。
金属键的特性
1. 良好的导电性和导热性。 2. 正的电阻温度系数。
绝大多数金属具有超导性，即 在温度接近于绝对零度时电阻 突然下降，趋近于零。
3.良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
工程材料第一章wu
工程材料第一章1.1 工程材料的概念工程材料是指在工程建设中用作建筑构件和工程设备制造所需材料的统称。
它们的种类、性能、用途大不相同，主要包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
1.2 工程材料的分类1.2.1 金属材料金属材料是指具有金属特性的材料。
主要包括铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛、铅、锡、金、银等常用的金属材料。
金属材料的特点是具有良好的导电、导热、塑性、韧性等性能，可用于制造各种类型的构件和零部件。
1.2.2 非金属材料非金属材料是指除金属以外的所有材料。
主要包括玻璃、陶瓷、塑料、橡胶、木材、纤维等。
不同种类的非金属材料具有不同的特性，如硬度、韧性、透明度、阻燃性等。
它们被广泛地应用于建筑、交通、电子、化工等领域。
1.2.3 复合材料复合材料是指两种或两种以上不同材料通过各种方法结合而成的材料。
复合材料通常具有很高的强度和刚度，同时可以降低材料的密度。
它们被广泛地应用于航空、汽车、体育器材等领域。
1.3 工程材料的应用工程材料的应用非常广泛，从建筑到交通，从电子到化工等等。
以下是其中一些应用范围的简介：1.3.1 建筑工程材料在建筑中的应用范围非常广泛。
例如，钢材、水泥、玻璃、木材等等都是建筑中常用的材料，它们被用来制造房屋的结构、墙体、窗户等等。
1.3.2 交通工程材料在交通领域也有广泛的应用，例如，汽车、火车、飞机等交通工具的制造都离不开各种金属、塑料等工程材料。
此外，道路、桥梁、隧道等交通建筑也需要大量的工程材料来建造。
1.3.3 电子在电子领域中，工程材料被用于制造电路板、元器件、电池等设备。
例如，半导体材料、导体材料、绝缘材料等等都是电子领域中重要的工程材料。
1.3.4 化工化工领域是工程材料的重要应用领域之一，例如，工程塑料、橡胶材料、高分子材料等等都被广泛地应用于化工生产中的制造设备、管道、容器等等。
1.4 工程材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，工程材料的种类越来越多，性能越来越优越。
第1章工程材料的基本知识
第1章工程材料的基本知识第1章工程材料的基本知识主要内容：1.1金属材料1.2非金属材料的力学性能一、工程材料的种类：工程材料：金属材料、非金属材料和复合材料；1、金属材料：黑色金属、有色金属2、非金属材料：高分子材料、陶瓷材料3、复合材料：金属基复合材料、非金属基复合材料1、使用性能：力学性能、物理性能、化学性能；2、工艺性能：铸成性能、切削性能、冲压性能、焊接加工性能、热处理性能；二、工程材料的主要性能：1.1金属材料金属材料的力学性能也表示机械性能，指金属材料出外载荷1.1.1金属材料的力学性能促进作用下，其抵抗变形和毁坏的能力；特别注意：材料在相同的外部条件和载荷促进作用下，可以呈现相同的特性；例如：常温状态下和低、低温状态下金属材料的力学性能就不一样；静载荷和动载荷促进作用下金属材料的力学性能也不一样；常见的金属材料的力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等；1、强度和塑性(1)强度强度就是指金属材料出外(静)载荷促进作用下抵抗塑性变形和脱落的能力。
强度指标通常用单位面积所忍受的载荷(即力)则表示，符号为σ,单位为mpa。
工程中常用的强度指标存有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度就是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的形变，或已经开始发生塑性变形时的最高形变值，用σs则表示。
抗拉强度就是指金属材料在拉力的促进作用下，被折断前所能够忍受的最小形变值，用σb则表示。
对于大多数机械零件(例如压力容器),工作时不容许产生塑性变形，所以屈服强度就是零件强度设计的依据；对于因脱落而失灵的零件(例如螺栓),而用抗拉强度做为其强度设计的依据。
(2)塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。
断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。
工程材料的分类
工程材料的分类工程材料是指在工程施工中用于建筑、结构、道路、桥梁、水利等工程的各种材料。
根据其用途和性能特点，工程材料可以被分为多种不同的类型。
下面将对工程材料的分类进行详细介绍。
首先，根据材料的性质和组成成分，工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
金属材料是由金属元素组成的材料，包括钢铁、铝、铜、镁等，具有良好的导热导电性能和机械性能，常用于结构和设备制造。
非金属材料包括混凝土、玻璃、陶瓷、塑料等，具有轻质、隔热、绝缘等特点，广泛应用于建筑和装饰。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点，如碳纤维复合材料、玻璃钢等。
其次，根据用途和功能特点，工程材料可以分为结构材料、装饰材料、保温隔热材料、防护材料等。
结构材料是用于构建建筑、桥梁、道路等工程结构的材料，包括钢筋混凝土、钢结构、木材等。
装饰材料是用于美化和装饰建筑内外部的材料，包括瓷砖、壁纸、涂料等。
保温隔热材料是用于保温隔热的材料，包括保温板、保温棉、隔热膜等。
防护材料是用于防护结构和设备的材料，包括防腐涂料、防水材料、防火材料等。
此外，根据材料的来源和制备方式，工程材料可以分为天然材料、人工合成材料和再生材料。
天然材料是指来源于自然界的原始材料，如木材、石材、沙土等，具有天然的纹理和色彩，常用于装饰和建筑。
人工合成材料是指通过化学合成或加工制备的材料，如水泥、玻璃、塑料等，具有统一的性能和规格，广泛应用于工程建设。
再生材料是指通过再生利用废弃材料或资源制备的材料，如再生混凝土、再生塑料等，具有环保和资源节约的特点。
综上所述，工程材料的分类是多方面的，不同的分类标准可以帮助我们更好地了解和应用工程材料，从而更好地满足工程建设的需求。
在实际工程中，我们需要根据具体的工程要求和环境条件选择合适的材料，以确保工程的质量和安全。
同时，随着科技的发展和工程技术的进步，工程材料的分类也将不断丰富和完善，为工程建设提供更多更好的选择。
材料科学基础第一章
5）晶体中原子的堆垛方式
39
40
6）晶体结构的多晶型性
多晶型性:有些金属（如Fe， Mn，Ti，Co，Sn，Zr等） 固 态下在 不同温 度或不 同 范 围内具 有不同 的晶体 结 构的性质。 同素异构转变：多晶型的金属在温度或压力变 化时，由一种结构转变为另一种结构的过程称 为多晶型性转变，也称为同素异构转变。
晶胞－空间点阵中反映晶格特征的最小的几何 单元。
10
通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为 晶胞。 晶胞参数： 点阵常数晶胞大小 晶轴夹角晶胞形状
11
晶胞选取原则：
a 能够充分反映空间点阵的对称性；
b 相等的棱和角的数目最多；
c 具有尽可能多的直角；
d 体积最小。
12
结构晶胞：构成了晶体结构中有代表性的部分 的晶胞。 特点:空间重复堆垛，就得到晶体结构。
44
SiC型：类似于金刚石型 SiO2型：面心立方 点阵，1个硅原子 被4个氧原子所包 围，每个氧原子则 介于两个硅原子之 间，起着连接两个 四面体的作用。单 胞共有24个原子。
45
第三节 原子的不规则排列
原子的不规则排列产生晶体缺陷（在晶体中所 占比例低）。 晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现 不完整性的区域。 晶体缺陷是以一定的形态存在，按一定的规律 产生、发展、运动和交互作用，对晶体的性能 和物理化学变化有重要的影响。
53
2）螺型位错 screw dislocation
模型：滑移面//位错线。（位错线//晶体滑移方 向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位 错运动方向。） 分类：左螺型位错,右螺型位错。 左螺型位错和右螺型位错有着本质的区别。 无论位置如何摆放也不会改变其类型。 螺型位错特征：滑移方向//位错线
01--《工程材料》第一章
洛氏硬度(3R)
HRB 荷重 100kg 1/6"球 HRC 荷重 150kg 金刚石 HRD 荷重 100kg 金刚石
洛氏薄片硬度(3S)
15N 荷重 15kg 30N 荷重 30kg 45N 荷重 45kg
肖 氏 硬 度 HS
抗 拉 强 度 kg/mm
2
维氏 硬度 HV 荷重 50kg
600
590 580 570 560
-
52.3
51.7 51.1 50.5 49.8 49.1 48.4 47.7 46.9 46.1 45.3 44.5 43.6
64.8
64.4 63.9 63.5 62.9 62.2 61.6 61.3 60.7 60.1 59.4 58.8 58.2
86.6
86.3 86.0 85.7 85.4 85.0 84.7 84.3 83.9 83.6 83.2 82.8 82.3
历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁（资本主义 大工业时期）→合成材料（20世纪）→复合材料 （20世纪40年代） 发展： ①阐明金属的成分，组织，性能之间的关系； ②新的研究方法应用，金属学的进一步发展； 应用：生产、生活中的无处不在 介绍： ①材料的评价 ②材料的构成 ③材料的强化 ④材料的使用
试验：在拉伸试验机上缓慢地加载进行拉伸，使试样 承受轴向拉力P，并引起试样沿轴向产生伸ΔL, 测出某一P值时的ΔL, 记录于表。
处理：①计出拉应力σ：σ=P/F ②算出应变ε:ε=(L1—L0)/L0×100% ③以拉应力σ为纵坐标，以应变ε为横坐标组 成坐标系，将对应的σ、ε画出一系列的点 , 圆滑连续各点即得应力--应变图：如下图
2.抗拉强度 抗拉强度：材料抵抗破坏的最大承载能力 屈强比：σs/σb。愈小，工程构件的可靠性愈 高; 太小，强度有效利用率太低 强度在设计时的应用： ①屈服强度：不允许塑性变形的零件用 ②抗拉强度：允许塑性变形的零件用 强化途径：形变加工、合金化、热处理 (三)塑性 塑性变形：材料在外力作用下，产生不能恢复原 状的变形 塑性：指材料产生塑性变形而不断裂的性能 指标：伸长率δ=(L1-L0)/L0×100% 断面收缩率ψ=(S0-S1)/S0×100%
第1章工程材料的分类与键合方式
第1章 工程材料的分类与键合方式
3. 共价键
• 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同 原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转 移，原子间借共用电子对所产生的力而结合， 形成共价键。
• 通过共价键结合的材料同 样具有强度高、 熔点高、 脆性大的特点，其导电性 依共价键的强弱不同。
• 镁合金滚梯踏板
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3.5 合金的晶体结构
合金是由两种或两种以上的 金属元素或金属元素与非金 属元素通过冶炼等方法结合 而成的具有金属特性的物质。
所谓相是指金属或合金中凡 成分相同、结构相同，并与
其它部分有界面分开的均匀
组成部分。
固态合金中的相分为固溶体 和金属化合物两类。
第1章 工程材料的分类与键合方式
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，c/a=1.633
原子半径 ：r = 1 a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构
• 锌合金水龙头
• 以碳的两种自然形态(石墨与金刚石)说明键合方式的差异如何直接反 映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高硬度，对电、 热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式， 却具有层状结构，为六方排列的层(或片)，每一层内的每一个碳原于 以3个电子与邻近的3个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层 内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作 用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子在层内是容易移动 的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性 是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们 力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。
工程材料知识点总结
工程材料知识点总结第一章材料科学的基本知识1.1固体材料中的原子排列 1.1.1晶体中的原子结合1. 构成晶体的原子间结合键分为三种强键：金属键、离子键、共价键，以及在分子间存在的较弱的结合键：分子键和氢键。
（金属原子间依靠金属键结合形成金属晶体，除了铋、锗、镓等亚金属为共价键结合外，绝大多金属都是金属晶体。
）1.1.2晶体结构晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。
为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。
晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。
由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。
组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。
晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。
1）体心立方晶格晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。
致密度为0.68属于体心立方晶格的金属有（见书上，要求至少记住三个）。
2）面心立方晶格原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个）致密度为0.74典型金属（见书上，要求至少记住三个）。
3）密排六方晶格每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。
典型金属（见书上，要求至少记住三个）。
各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。
1.1.3晶体中的缺陷1）点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。
点缺陷的形成主要是由于原子在以各自的平衡位置为中心不停的作热振动的结果。
2)线缺陷：在三维空间中两维方向尺寸较小，另一维方向的尺寸相对较大的缺陷。
位错是晶格中的某处有一列或若干列原子发生了某些有规律的错排现象。
位错的基本形式：刃型位错、螺型位错。
工程材料的划分
工程材料一、工程材料及其分类（一）金属材料：黑色金属：（铁和以铁为基的合金）有色金属：铝、铜、鈦等（二）非金属材料：耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料、陶瓷材料（三）高分子材料：塑料，橡胶，合成纤维等（四）复合材料：二种以上不同材料的组合二、常用工程材料（一）金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料1. 黑色金属:（1）钢---含碳量2.11%以下（铁----含碳量2.11%以上）钢材的优良特性钢种含碳量对钢性质影响含碳量低，钢的强度较低，但塑性大含碳量高，钢的强度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。
有害元素：硫、磷（影响塑性和韧性）有益元素：硅、锰它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。
1）分类：按化学成分：①碳素钢②合金钢按质量：①普通钢②优质钢、高级优质钢优质碳素钢的牌号：两位数字表示，数字代表含碳量的百分之几低合金高强度结构钢：代表屈服点的字母“Q”、屈服点等级、质量等级和脱氧程度组成例如：Q235 — A. F表示：屈服点为235 Mpa 的质量为 A 级的沸腾钢；Q235 分为A、B、C、D四个质量等级；D最好、A最差；F—沸腾钢A、B级按脱氧程度分为：沸腾钢（F）半沸腾钢（B）C级为镇静钢（Z）可以不写D级为特殊镇静钢（TZ）可以不写不锈耐酸钢:不锈耐酸钢简称不锈钢。
它是指在空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质中具有高稳定性的钢种。
它在化工、石油、食品机械和国防工业中广泛应用。
按不锈钢使用状态的金相组织，可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。
现将各类不锈钢的特点简述如下：a 铁素体型不锈钢。
铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素，通常含铬量的质量分数大于或等于13.00%，不含镍。
某些钢种还添加有铝、钛和硫等。
高铬钢（17.0%~30.0%Cr）有良好的抗高温氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蚀性，故其在硝酸和氮肥工业中广泛使用。
(戴)第1章 材料的结构
单斜晶系
a≠b≠c， a≠b≠c，α＝γ＝90°≠β 90°
三斜晶系
a≠b≠c， 90° a≠b≠c，α≠β≠γ≠ 90°
7、布拉菲（A.Bravais)点阵 布拉菲（A.Bravais)点阵 ——14 14种空间点阵 ——14种空间点阵
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
底心正交
体心正交 面心正交
表：物质的键能与熔融温度
材料 键的类型
结合能 kJ/mol
熔点 ℃
MgO NaCl C SiC Al Cu Fe
离子键 离子键 共价键 共价键 金属键 金属键 金属键
1000 640 713 1230 324 339 406
2800 800 >3500 2600 660 1083 1538
1.2 晶体学基础
1、空间点阵 、
2、晶格 、
将点阵用一系列平行的直线连接起 构成的空间格架。 来，构成的空间格架。
3、晶胞 、
从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的 基本单元作为点阵的组成单元， 基本单元作为点阵的组成单元，这种最小 的几何单元称晶胞。 的几何单元称晶胞。
材料科学基础
第一章
空间点阵 空间点阵与晶胞
晶胞
4、晶胞大小和形状表示方法 晶胞的棱边长度ａ 晶胞的棱边长度ａ、ｂ、ｃ，称为点阵常数、晶格常数； 称为点阵常数、晶格常数； 棱边的夹角为α 棱边的夹角为α、β、γ（称为晶轴间夹角）。 称为晶轴间夹角）
z
y x
5、选取晶胞的原则 ①应反映出点阵的高度对称性； 应反映出点阵的高度对称性； ②棱和角相等的数目最多； 棱和角相等的数目最多； ③棱边夹角为直角时，直角数目最多； 棱边夹角为直角时，直角数目最多； ④晶胞体积最小。 晶胞体积最小。
材料科学基础第一章
图 金属键、金属的导电性和金属的变形
（3）金属键型晶体的特征 良好的延展性 良好的导电性 具有正的电阻温度系数 导热性好 金属不透明、具有金属光泽（自由电子可吸收可见光
的能量 ）
4.范德瓦尔键 分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷， 一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微 弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德瓦尔斯键也 叫分子键。 范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。 比化学键的键能少1～2个数量级。
1.共价键 （1）共价键的定义 有些同类原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多数 元素或电负性相差不大的原子互相接近时，原子之间不产 生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。 （2）共价键的特点 共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠， 形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。 共价键具有方向性、饱和性。 金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氢化合物。
最强
金属键 自由电子气与正离子实 之间的库仑引力
分子键 原子间瞬时电偶极矩的 感应作用
较强
无方向性键、配位数高、 塑性较好、有光泽、好 的导热、导电性
无方向性键、结构密堆、 高熔点、绝缘
最弱
思考题
为什么金属具有良好的塑性,而共价晶体一般硬而且脆?
图 金属的变形
图 共价键的断裂
§1.1.2 工程材料的键性
密排六方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
第一章 材料的结构
第一节 材料的结合方式
§1.1.1 化学键
结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或固 体的方式和结合力的大小。 结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。 根据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化学 键和物理键。 化学键(涉及到原子外层电子的重新分布，电子在键合后 不再仅仅属于原来的原子 )。 化学键有：离子键、共价键、金属键。
工程材料的分类
⼀般将⼯程材料按化学成分分为⾦属材料、⾮⾦属材料、⾼分⼦材料和复合材料四⼤类。
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：
有⾊⾦属材料——⿊⾊⾦属以外的所有⾦属及其合⾦。
⿊⾊⾦属材料——铁和以铁为基的合⾦（钢、铸铁和铁合⾦）。
⾮⾦属材料
耐⽕材料。
耐⽕材料是指能承受⾼温下作⽤⽽不易损坏的材料。
常⽤的耐⽕材料有耐⽕砌体材料、耐⽕⽔泥及耐⽕混凝⼟。
耐蚀（酸）⾮⾦属材料。
耐蚀（酸）⾮⾦属材料的组成主要是⾦属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合⾦的理想代⽤品。
耐⽕隔热材料。
耐⽕隔热材料⼜称为耐热保温材料。
常⽤的隔热材料有硅藻⼟、蛙⽯、玻璃纤维（⼜称矿渣棉）、⽯棉以及它们的制品。
⾼分⼦材料种类很多，⼯程上通常根据机械性能和使⽤状态将其分为三⼤类：
橡胶。
塑料。
分热塑性塑料和热固性塑料两种。
合成纤维。
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周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
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是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
• 以碳的两种自然形态(石墨与金刚石)说明键合方式的差异如何直接反 映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高硬度，对电、 热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式， 却具有层状结构，为六方排列的层(或片)，每一层内的每一个碳原于 以3个电子与邻近的3个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层 内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作 用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子在层内是容易移动 的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性 是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们 力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。
离子键结合的材料强度高、 硬度高、熔点高、脆性大， 都是良好的绝缘体，无色透 明。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.3 共价键
• 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同 原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转 移，原子间借共用电子对所产生的力而结合， 形成共价键。
• 通过共价键结合的材料同 样具有强度高、 熔点高、 脆性大的特点，其导电性 依共价键的强弱不同。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
第1章 工程材料的结构与性能特点
学习要点：
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构 1.4 合金的相结构
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.4 分子键
分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合 键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生 较弱的静电引力，由这种分子力结合起来的键 叫做分子键。
由于结合力很弱，因而由分子键结合的固体材 料的熔点和硬度都比较低。因无电子存在，都 是良好的绝缘材料。
金属材料分为黑色金 属和有色金属两类 。
1.1 工程材料的分类
金属材料
• 有色金属有许多优良的物理、化学、低温、 断裂等性能，已成为现代工业中非常重要 的材料。主要包括铝及铝合金、镁及镁合 金、锌及锌合金、铜及铜合金、钛及钛合 金，以及镍、铌、钽、贵金属材料(金、银、 铂)等
绪论
1.2.2．陶瓷材料
塑料、橡胶及合成纤维等。
1.1 工程材料的分类
绪论
1.2.4 复合材料
复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
复合材料分为金属基复合材料、 陶瓷基复合材料和聚合物基复合 材料。
1.1 工程材料的分类
• 不同的材料具有不同的性能。它们所表现的 性能差异，是由其内部原子的结合方式和排 列结构所决定的。作为工程技术人员，要了 解机械工程材料的性能并合理使用材料，要 掌握其性能特点，就必须从本质上了解它们 的内部结构及其在外界条件（如加热、冷却 等）影响下的基本变化规律。
陶瓷材料属于无机非金属材料，是以共价键和离子键结合 为主的材料，其性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。 陶瓷材料分为传统陶瓷（普通陶瓷）、特种陶瓷（精细
陶瓷）和金属陶瓷三类 。
1.1 工程材料的分类
世博意大利馆透明混凝土
绪论
1.2.3 高分子材料
高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物，是以分子键 和共价键结合为主的材料。 高分子材料具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好及 密度小等优良性能。 工程上使用的高分子材料主要包括