第一篇 工程材料基础知识
工程材料基础
工程材料基础工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、水利工程、机械制造等领域的材料，它们直接影响着工程的质量、耐久性和安全性。
在工程实践中，对于工程材料的选择、使用和管理都至关重要。
本文将从工程材料的基础知识入手，介绍其分类、特性和应用，帮助读者对工程材料有一个全面的了解。
首先，工程材料可以按照其来源和性质进行分类。
按照来源可分为天然材料和人工合成材料。
天然材料包括木材、石材、土壤等，它们具有原始的自然特性，常用于建筑和装饰。
人工合成材料则是经过人工加工和合成的材料，例如混凝土、钢材、塑料等，它们具有较高的强度和耐久性，广泛应用于工程建设中。
按照性质可分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料包括钢材、铝材、铜材等，具有良好的导热性和导电性，常用于结构件和机械制造。
非金属材料包括混凝土、玻璃、陶瓷等，具有较好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于建筑和电气设备。
复合材料则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，工程材料的特性对工程设计和施工具有重要影响。
首先是力学性能，包括材料的强度、刚度、韧性等。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力，刚度是材料抵抗变形的能力，韧性是材料吸收能量的能力。
其次是耐久性，包括材料的耐磨损、耐腐蚀、抗老化等性能，这些性能直接影响着工程的使用寿命。
再次是施工性能，包括材料的可加工性、可施工性、可维护性等，这些性能直接影响着工程的施工效率和质量。
最后是经济性，包括材料的成本、资源消耗、维护成本等，这些因素需要在工程设计和施工中进行综合考虑。
最后，工程材料的应用涉及到各个领域，需要根据具体工程的要求进行选择和设计。
在建筑领域，常用的材料包括混凝土、砖瓦、钢材等，它们需要满足建筑的结构、隔热、防水等要求。
在交通领域，常用的材料包括沥青、路基材料、桥梁材料等，它们需要满足道路的承载、耐久、抗冻融等要求。
在水利领域，常用的材料包括水泥、防渗材料、水工结构材料等，它们需要满足水利工程的防渗、耐水压、耐冲刷等要求。
工程材料基础知识
2．材料的硬度 （1）硬度的概念。硬度是指金属材料抵抗硬物体压入的能力，或者说金属表面对局部塑性变 形的抵抗能力。 （2）布氏硬度（HB）。将一定直径的淬火钢球以规定的载荷P压入被测材料表面，保持一定 时间后，卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积S，计算出平均应力值，以此作为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示，单位为N/mm2。 （3）洛氏硬度（HR）。测量洛氏硬度时，将压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试样表面，经 规定时间后，卸除主试验力，由测量的原残余压痕深度增量来计算硬度值，以符号HR表示。 洛氏硬度的优点是操作简便，压痕小，可用于成品和薄形件；缺点是测量数值分散，不如布氏 硬度测量准确。
（3）疲劳破坏的原因。疲劳断裂一般认为是由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等） 造成局部应力集中，形成微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件的有 效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加载荷而突然断裂。
为了提高零件的疲劳强度，除了改善其结构形状，避免应力集中外，还可以通过提高零件表面 加工光洁度和采用表面强化的方法来达到，如对零件表面进行喷丸处理、表面淬火等
西南科技大学毕业论文答辩
1.2.3 工程塑料 西南科技大学毕业论文答辩
1.2.4 材料的选用
1．选材的原则 机械零件的选材是一项十分重要的工作。选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当， 直接影响到产品的机械性能、使用寿命及制造成本。选材不当，严重的可能导致零件的完全失效。 根据生产经验，判断零件选材是否合理的基本标志有以下3点。 （1）能否满足必需的机械性能。材料的机械性能是选材时考虑的最主要依据。零件的工作条件往往比 较复杂，需要从受力状态、载荷性质、工作温度及环境介质等几个方面全面分析。 ① 受力状态有拉、压、弯和扭等。 ② 载荷性质有静载、冲击载荷、交变载荷等。 ③ 工作温度可分为低温、室温、高温和交变温度。 ④ 环境介质为与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱及盐等。 为了更准确地了解零件的机械性能，还必须分析零件的失效方式，从而找出对零件失效起主要作用的性 能指标。 （2）能否具有良好的工艺性能。在满足了必要的机械性能后，接下来选定的材料要具有良好的工艺性 能，即容易加工出需要的形状，而且质量优良。 （3）低成本。除此之外，还要考虑使用该材料制作的产品具有较低的成本。
工程材料知识点
工程材料知识点1. 工程材料分类1.1 金属材料1.1.1 铁碳合金1.1.2 非铁金属1.1.2.1 铜合金1.1.2.2 铝合金1.2 非金属材料1.2.1 塑料1.2.2 陶瓷1.2.3 复合材料1.3 特种材料1.3.1 纳米材料1.3.2 生物材料2. 材料性能2.1 力学性能2.1.1 强度2.1.2 硬度2.1.3 韧性2.1.4 疲劳性能2.2 物理性能2.2.1 密度2.2.2 热膨胀系数2.2.3 导热性能2.3 化学性能2.3.1 耐腐蚀性2.3.2 化学稳定性3. 材料选择原则3.1 满足工程设计要求 3.1.1 功能需求 3.1.2 经济性3.1.3 可加工性 3.2 考虑环境因素3.2.1 温度3.2.2 湿度3.2.3 化学介质 3.3 考虑可持续性3.3.1 材料回收 3.3.2 环保性4. 材料加工工艺4.1 铸造4.2 锻造4.3 焊接4.4 热处理4.5 机械加工4.5.1 切削加工 4.5.2 非传统加工5. 材料测试与评估5.1 力学性能测试5.1.1 拉伸试验 5.1.2 冲击试验 5.2 物理性能测试5.2.1 热导率测试 5.2.2 密度测定 5.3 化学性能测试5.3.1 耐腐蚀测试5.3.2 化学成分分析6. 材料应用案例6.1 建筑行业6.1.1 结构材料6.1.2 装饰材料6.2 汽车工业6.2.1 车身材料6.2.2 发动机材料6.3 航空航天6.3.1 轻质高强度材料6.3.2 耐高温材料7. 材料发展趋势7.1 智能材料7.2 绿色材料7.3 3D打印材料8. 结语工程材料是现代工业和建筑的基础，了解不同材料的特性、性能和应用对于工程设计和产品开发至关重要。
随着科技的进步，新材料的研发和应用将不断推动各行各业的发展，提高产品性能，降低成本，同时更加注重环保和可持续性。
因此，工程师和设计师需要不断更新材料知识，掌握最新的材料技术和应用趋势。
工程材料知识点
第一章材料的结构与组成1、填写出下表中三种典型金属的基本参数2、根据刚性模型，计算体心立方、面心立方及密排六方晶格的致密度。
体心立方：首先在一个晶胞中总共有8*1/8+1=2个原子，这个两个原子的体积为V1=2*4/ 3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。
根据晶胞中的原子分布可知，体心立方密排方向为[111]，从而可以得到4r=a*√3。
根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√3/8=68%。
面心立方：一个胞共有8*1/8+6*1/2=4个原子，这个两个原子的体积为V1=4*4/3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。
面心立方密排方向为[110]，从而有4r=a*√2。
根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√2/6=74%。
密排六方：4/3πr^6/a^3=（4/3πx（a/2）^6)/6x(√3a/4)xc=0.743、晶粒的大小对材料力学性能有哪些影响？用哪些方法可使液态金属结晶后获得细晶粒？晶粒度的大小对金属材料的力学性能有很大影响。
金属材料晶粒越小，其综合力学性能越好，即强度、硬度、塑性、韧性越高。
细化液态金属结晶晶粒的方法：增大过冷度、变质处理、振动或搅拌。
4、什么是过冷度？过冷度和冷却速度有什么关系？金属在实际结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，这种现象称为过冷。
理论结晶温度T0和实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。
金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。
5、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。
其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。
线缺陷包括刃型位错、螺型位错。
面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。
它们对力学性能的影响：使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等。
第二章材料的力学行为1、说明下列力学性能指标的名称、单位及其含义。
工程材料学知识点总结
工程材料学知识点总结一、材料的基本性质1. 密度：材料的密度是指单位体积内的质量。
密度越大，材料的质量就越大，密度越小，材料的质量就越小。
2. 弹性模量：材料的弹性模量是指材料在受力时产生弹性变形的能力。
弹性模量越大，材料的刚度就越大，抗压抗弯能力就越强。
3. 强度：材料的强度是指材料在受力时承受拉伸、压缩、剪切等力的能力。
强度越大，材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度就越大。
4. 韧性：材料的韧性是指材料在受外力作用下能够吸收能量的能力。
韧性越大，材料的抗冲击性就越好。
5. 硬度：材料的硬度是指材料的抗划伤、抗刮伤能力。
硬度越大，材料就越难被划伤或刮伤。
6. 热膨胀系数：材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时产生体积膨胀或收缩的程度。
热膨胀系数越大，材料在温度变化时的变形就越大。
二、金属材料1. 铁素体和奥氏体：铁素体是铁碳合金中的烤饼组织，具有较低的强度和硬度；奥氏体是铁碳合金中的馒头组织，具有较高的强度和硬度。
2. 钢的分类：钢可以按照成分分为碳钢、合金钢和特种钢；按照用途分为结构钢、工具钢和耐磨钢。
3. 铸铁的分类：铸铁可以按照形态分为白口铸铁和灰口铸铁；按照成分分为白口铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁。
4. 不锈钢的特性：不锈钢具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特性，适用于化工、食品加工、医疗器械等领域。
5. 铝合金的应用：铝合金具有轻质、耐腐蚀、导热性好的特性，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
三、非金属材料1. 水泥混凝土：水泥混凝土应用广泛，常见于建筑、桥梁、水利工程等领域。
它具有强度高、耐久性好、施工方便等特点。
2. 砖瓦：砖瓦是建筑材料的重要组成部分，主要用于墙体、地面、屋面的施工。
它们具有隔热、隔音、防潮等特性。
3. 玻璃：玻璃具有透明、坚硬、抗腐蚀等特点，广泛应用于建筑、家具、日用品等领域。
4. 塑料：塑料具有轻质、耐腐蚀、可塑性好的特性，广泛应用于包装、日用品、建筑材料等领域。
5. 纤维素材料：纤维素材料主要包括木材、纸张、纺织品等，具有可再生、易加工、环保等特点。
第一章 工程材料基础知识
δ < 2 ~ 5%
属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属强度与塑性新、旧标准对照表
新标准 GB/T228-2002
性能 断面收缩率
σb
• 硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他 力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于 图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。
• 测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏 硬度法等）。
符号 Z
断后伸长率
A
A11.3
屈服强度
－
上屈服强度 下屈服强度
规定残余伸长强度
ReH ReL Rr 例如：Rr0.2
抗拉强度
Rm
2、硬度测量
旧标准 GB/T228-1987
性能 断面收缩率
符号 ψ
断后伸长率
δ5
δ10
屈服点
σs
上屈服点 下屈服点
规定残余伸长应力
σsU σsL σr 例如：σr0.2
抗拉强度
维氏硬度测量原理
• 维氏硬度特点：测量范围大，可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料；量压痕小。 • 维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。
*上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较。 * 各种硬度的换算经验公式：硬度在 200~600HBS 时 ：1HRC 相当于 10HBS ；硬度小于 450HBS 时：1HBS 相当于 1HV * 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容
材料工程基础知识点总结
材料工程基础知识点总结
第一章、材料的性能及应用
1、常用的力学性能，如：σS，σb，σe，σP 等所表示的含义，弹性模量E及其主要影响因素、塑性指标的意义。
不同材料所适用的硬度（HB、HR、HV）测量方法。
第二章、原子结构和结合键
1、结合键的类型(主要为金属键、离子键、共价键)及其主要特点，它们对材料性能的主要影响
第三章、晶体结构
1、晶面与晶向的标注和识别
2、BCC、FCC、HCP三种常见金属晶体结构中所含的原子数、它们的致密度。
3、相、固溶体、中间相、固溶强化的概念、固溶体的分类、中间相的分类以及固溶体和中间相的主要区别。
第四章、晶体缺陷
1、晶体缺陷的分类、位错的含义和分类及特点。
位错（及点缺陷）密度的变化对材料性能（主要是力学性能）的影响。
2、晶界原子排列?的特点及其分类，晶界的特性；相界的分类、润湿
第五章、固体材料中原子的扩散
1、Fick第一定律的含义、非稳态扩散的误差函数解的应用计算
2、扩散的机制及影响扩散的主要因素以及在工业上的应用（如：工业渗碳为何在奥氏体状态下进行）
第六章、相平衡与相图原理
1、Gibbs相律含义，二元匀晶、共晶相图分析，杠杆定律的应用计算；相图与合金使用性（强度、硬度）和工艺性（铸造）的关系
2、铁碳相图（简化版）及其标注上面主要的成分点和温度及相；不同含碳量的合金从高温到室温下组织的变化，利用杠杆定律计算组织或相组成物的含量（主要针对C%<2.11%的合金，即钢）第七章、材料的凝固
1、液态合金结构的特点，过冷度及其与冷却速率的关系?。
工程材料基础知识-课后习题及答案.docx
第一章工程材料基础知识参考答案1.金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。
强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力（即应力。
，单位为Mpa）表示。
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。
金属塑性常用伸长率5和断面收缩率出来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。
常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号a k表示。
疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。
疲劳强度用。
-1表示，单位为MPa。
2.对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。
硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
3.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：（1）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d,用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。
实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。
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。
工程材料基础知识要点
第一章机械零件的失效分析一、基本要求本章主要介绍了机械零件在常温静载下的过量变形、在静载和冲击载荷下的断裂、在交变载荷下的疲劳断裂、零件的磨损失效和腐蚀失效以及在高温下的蠕变变形和断裂失效。
要求学生掌握全部内容。
二、重点内容1零件的过量变形以及性能指标,如屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。
2零件在静载和冲击载荷下的断裂及性能指标，如冲击韧性、断裂韧性等。
3零件在交变载荷下的疲劳断裂、疲劳抗力指标及影响因素。
4零件的磨损和腐蚀失效以及防止措施。
5零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
三、难点断裂韧性及衡量指标，影响断裂的因素。
四、基本知识点第一节零件在常温静载下的过量变形1、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。
弹性变形：外力去除后可恢复变形。
塑性变形：外力去除后不可恢复。
低碳钢，正火、退火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料都具有图1-1所示的应力-应变行为。
即在拉伸应力的作用下的变形过程分为四个阶段：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。
2、静载试验材料性能指标刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。
等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
强度：材料抵抗变形或者断裂的能力，屈服强度、抗拉强度、断裂强度。
弹性指标：弹性比功。
塑性指标：伸长率、断面收缩率。
硬度：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC ）、维氏硬度（HV ） 3过量变形失效过量弹性变形抗力指标：弹性模量E 或者切变模量G 。
过量塑性变形抗力指标：比例极限、弹性极限或者屈服强度。
第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂1、基本概念断裂：材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的现象。
韧性断裂：断裂前发生明显宏观塑性变形。
脆性断裂：断裂前不发生塑性变形，断裂后其断口齐平，由无数发亮的小平面组成。
2、冲击韧性及衡量指标冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。
工程材料知识点总结
工程材料复习总结第一部分项目一：工程材料1．金属材料一般是指具有金属特性的物质。
2．金属材料通常分为钢铁材料、非铁金属材料、粉末冶金材料。
3．钢铁材料是指以铁、碳为主要元素组成的铁碳合金，分为工业用钢、工程铸铁。
4．非合金钢（碳素钢），通常分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。
5．工业用钢是指碳的质量分数在%11.2以下并含有其他元素的铁碳合金；工程铸铁是指碳的质量分数在%.2以上并含有其他元素的铁碳合金。
116．钢材生产过程：轧制→锻造→拉拔→挤压7．钢材分类：板材、型材和管材。
项目二：工程材料性能1．力学性能：材料在力的作用下表现出来的特性。
2．力学指标：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。
实验：拉伸试验、硬度试验、冲击试验、疲劳试验。
3．变形：材料受到外力作用时，机器零件和部件在宏观上将表现出形状和尺寸的变化。
4.⎩⎨⎧变形外力之后被保留下来的产生不能自行恢复卸除外力继续加大，材料将塑性变形，变形随之消失外力不大时，去除外力弹性变形变形5. 荷载（负荷、负载）：材料所受的力。
⎪⎩⎪⎨⎧化向随时间发生周期性变大小、方向或大小和方变动载荷突然增加的载荷冲击载荷载荷大小不变或变动很慢的静载荷分类6．强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
7．变形的五种基本形式：拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、弯曲。
8．力—伸长曲线()1Oe 弹性变形阶段：发生弹性变形()2eeL 微量塑性变形阶段：弹性变形（大部分）+塑性变形（小部分）()3'eLeL 屈服阶段：屈服现象（水平线段或锯齿形线段）()4M eL '均匀变形阶段：材料发生大量塑性变形()5mz 缩颈阶段：缩颈现象，在z 点发生断裂图2-1 力—伸长曲线9．强度指标强度指标是判定材料强度大小的量化数据，通常用应力表示。
应力是指试验过程中的力除以试样原始横截面积的商，即试样单位横截面积上所受到的力，用符号R 表示，单位为MPa （兆帕）。
常用金属、非金属材料知识
常用材料基础知识第一节工程常用材料基础知识一、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。
（一）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 ）黑色金属材料——铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。
（ 2 ）有色金属材料——黑色金属以外的所有金属及其合金。
有色金属按照性能和特点可分为：轻金属、易熔金属、难熔金属、贵重金属、稀土金属和碱土金属。
（二）非金属材料非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料和陶瓷材料等。
（ 1 ）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。
（ 2 ）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。
（ 3 ）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。
常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
（ 4 ）陶瓷材料。
（二）非金属材料非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料和陶瓷材料等。
（ 1 ）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。
（ 2 ）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。
（ 3 ）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。
常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
（ 4 ）陶瓷材料。
二、常用工程材料的性能和特点（一）金属材料1 、黑色金属含碳量小于 2 ． 11 ％（重量）的合金称为钢，合碳量大于 2 ． 11 ％（重量）的合金称为生铁。
工程材料知识点总结
工程材料知识点总结一、工程材料的分类工程材料是指在建筑、道路、桥梁等工程中使用的各种材料。
工程材料按用途和性能可分为结构材料、装饰材料、防护材料。
结构材料主要用于承受力学作用，包括混凝土、钢材、木材等；装饰材料主要用于美观和环境保护，包括瓷砖、玻璃、涂料等；防护材料主要用于防水、隔热、防腐等，包括防水材料、隔热材料、防腐材料等。
二、混凝土及混凝土材料1. 混凝土的组成：混凝土是由水泥、骨料、粉煤灰、矿渣粉等混合配制而成的人工石料。
水泥是混凝土的胶凝材料，骨料是混凝土的填充材料，粉煤灰和矿渣粉是混凝土的掺合材料。
2. 混凝土的性能指标：混凝土的性能指标包括抗压强度、抗折强度、抗渗性、耐久性等。
三、钢材及钢材结构1. 钢材的种类：钢材主要包括普通碳素结构钢、低合金高强度结构钢、不锈钢、耐候钢等。
2. 钢材的性能：钢材具有优良的强度、韧性和可塑性，广泛应用于建筑结构中。
3. 钢结构的设计：钢结构的设计主要包括受力分析、结构优化、节点设计等。
四、木材及木结构1. 木材的种类：木材主要包括软木、硬木、板材等，不同种类的木材具有不同的物理力学性能。
2. 木结构的特点：木结构轻质、强度高、易加工、热工性能好，在建筑中得到广泛应用。
3. 木结构的设计：木结构的设计主要包括结构设计、连接设计、防腐设计等。
五、砖瓦及建筑装饰材料1. 砖瓦的种类：砖瓦主要包括粘土砖、红砖、瓷砖、玻璃砖等，根据用途和性能不同分为墙砖、地砖、护墙板等。
2. 建筑装饰材料的种类：建筑装饰材料主要包括大理石、花岗岩、涂料、墙纸等，用于装饰、改善建筑室内外环境。
六、防护材料1. 防水材料：防水材料主要包括沥青防水卷材、聚合物防水涂料等，用于建筑屋面、地下室、卫生间等防水工程。
2. 隔热材料：隔热材料主要包括聚苯板、岩棉、玻璃棉等，用于建筑外墙、屋面、地面隔热保温。
3. 防腐材料：防腐材料主要包括防腐漆、防腐涂料等，用于建筑结构、设备等的防腐蚀。
《工程材料基础》知识点汇总
1.工程材料按属性分为：金属材料、陶瓷材料、碳材料、高分子材料、复合材料、半导体材料、生物材料。
2.零维材料：是指亚微米级和纳米级（1—100nm）的金属或陶瓷粉末材料，如原子团簇和纳米微粒材料；一维材料：线性纤维材料，如光导纤维；二维材料：就是二维薄膜状材料，如金刚石薄膜、高分子分离膜；三维材料：常见材料绝大多数都是三位材料，如一般的金属材料、陶瓷材料等；3.工程材料的使用性能就是在服役条件下表现出的性能，包括：强度、塑性、韧性、耐磨性、耐疲劳性等力学性能，耐蚀性、耐热性等化学性能，及声、光、电、磁等功能性能；工程材料按使用性能分为：结构材料和功能材料。
4.金属材料中原子之间主要是金属键，其特点是无方向性、无饱和性；陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键，离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性；高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键，其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。
尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能；半导体材料中主要是共价键和离子键，其中，离子键是无方向性的，而共价键则具有高度的方向性。
5.晶胞：是指从晶格中取出的具有整个晶体全部几何特征的最小几何单元；在三维空间中，用晶胞的三条棱边长a、b、c（晶格常数）和三条棱边的夹角α、β、γ这六个参数来描述晶胞的几何形状和大小。
6.晶体结构主要分为7个晶系、14种晶格；7.晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[uvw]；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为（hkl）。
8.实际晶体的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷，其中体缺陷有气孔、裂纹、杂质和其他相。
9.实际金属结晶温度Tn总要偏低理论结晶温度T0一定的温度，结晶方可进行，该温差ΔT=T0—Tn即称为过冷度；过冷度越大，形核速度越快，形成的晶粒就越细。
章工程材料基础知识金属材料学及热处理复习重点
含有4个原 子体积组成。
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面心立方晶格
. 密排六方晶格 hexagonal closepacked lattice
特点：硬度高、
脆性大。如： 锌(Zn) , 镁(Mg), 镉(Cd)等金属。
a=b＜c
. 晶格致密度
——原子排列的紧密程度。
致密度=—原—子体—积— =
晶胞体积
——43a—π3 —r3
原子半径 r =
3 4
a
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C
b a
结果：体心=0.68 面心=0.74 六方=0.74
2.实际晶体的结构 单晶体：原子从一个核心按同一方向进行排列生长而
成的晶体
多晶体：由不同方位的单晶体组成的晶体
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金属的实际晶体结构
（一）、多晶体结构
晶粒
由多个单晶粒组成的晶体为多晶体
晶界
二、金属的晶体结构
Байду номын сангаас
1、常见的晶格类型 . 体心立方晶格 body—centered cubic lattice
特点：b 较好。
如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。
含有2个原 子体积组成。
体心立方晶格
. 面心立方晶格 face—centered cubic lattice
特点： 较好。
如： ＞912℃ Fe , Cu, Al 等金属。
2、线缺陷 ：在晶 格中呈线状分布的 缺陷。↗↗，↘↘
刃型位错
线缺陷
3、面缺陷：呈 面状分布的缺 陷。↑↑ ，↓↓
晶界
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面缺陷
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感谢您的观看！
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通常：钢铁材料晶粒尺寸 为 0.1～0.001mm ◆ 显微组织：在显微镜下观 察到其形态、大小、分布不同 的组成物。
工程材料基础
工程材料基础
工程材料基础是指对工程材料的基本性质和特点进行系统、全面的学习，包括材料的
组成、性能、结构、加工工艺等方面的知识。
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。
金属材料主要由金属元
素组成，具有优秀的导电、导热和机械性能，常用于制造建筑结构和机械设备。
非金
属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，根据性质的不同可以应用于不同领域，如建筑、电子、化工等。
复合材料是由两种或两种以上不同材料组合而成，相互补充、增强性能，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点。
工程材料的性能包括机械性能、物理性能、化学性能和热性能等。
机械性能包括强度、韧性、硬度等，能够反映材料的承受能力和变形能力。
物理性能包括密度、导热性、
导电性等，直接影响材料的使用效果和工艺加工。
化学性能指材料在化学介质中的抗
腐蚀能力和稳定性。
热性能包括热膨胀系数、热导率等，影响材料在高温环境下的变
形和损伤。
工程材料的结构是指材料的内部组织和形态特征，包括晶体结构、晶粒大小和相的组
成等。
材料的结构对其性能有很大影响，如晶体结构的完整性和晶粒的大小会影响材
料的强度和韧性。
工程材料的加工是指材料的加工与制造过程，包括材料的成型、加热处理、焊接、涂
层等。
不同材料有不同的加工特点和要求，需要选择合适的加工工艺和设备，以保证
材料的质量和工程的可靠性。
通过对工程材料基础的学习，可以更好地理解和应用材料科学原理，为工程设计和制
造提供基础支持，提高工程质量和效率。
工程材料学_第一章-金属学基础知识
晶向（crystal direction） ：
通过晶体中任意两个原子中心连线来表示晶体结构的空间的各 个方向。 晶胞原子数：一个晶胞内包含的原子数目。
原子半径：晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间
平衡距离的一半，与晶格常数有一定的关系。 配位数：晶格中任一原子处于相等距离并相距最近原子数
的性能、塑性变形及其组织 转变均有极为重要的作用 。
通过冷塑性变形，提高位错
密度使得金属强度、硬度提
高的方法称为加工硬化。
面缺陷－晶界与亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
金属的晶体结构
合金与合金的相结构
•单相合金组织(homogeneous structure )与多相合金组织 (Heterogenous structure):显微组织为单相的称为单相组织，为 多相的称为多相组织。
•合金组织的相：构成合金组织的各个相称为合金组织的相。 • 相结构：相组成物的晶体结构称为合金的相结构
二、合金的相结构
点位置的异类原子
线缺陷
位错( dislocation )：晶格的一部分相对
于另一部分发生的局部滑移现象，或者说 局部原子发生有规律的位置错排现象
面缺陷
晶界( grain boundary ) 亚晶界( sub-boundary )
点缺陷
置换原子
间隙原子
化合物离子晶体两种常见的缺陷
晶格空位
（1）晶面(crystal face)和晶向（ crystal directions ）:
晶向指数(indices of directions)和晶面指数(indices of crystal－plane)是分
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第一篇工程材料基础知识
第一章金属材料的主要性能第二章金属及合金的晶体结构第三章铁碳合金
第四章钢的热处理
带着问题学习
１．我们在设计时选材的主要依据是什么？２．材料的性能是不是设计要考虑的唯一因素？对产品来说，有最好的材料吗？
第一章材料的主要性能
在设计机械零件和选材时，应根据零件的工作条件，损坏形式，找出对材料力学性能的要求，这是材料选择的基本出发点。
第一章材料的主要性能
第一节
（１）弹性变形：
材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。
１．两种基本变形
F
F
F
第一节材料的力学性能
（２）塑性变形：
材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。
F
F
F
极限载荷点
l k
l e
ｅ
弹性极限点s Ｓ
屈服点
L
k
d
第一节
２．强度：
当σｅ＜σ＜σｓ时，只产生微量的塑性变形。
当σ＞σｓ时，材料将产生明显的塑性变形。
条件屈服强度：σ０．２＝Ｆ０．２／Ｓ０
（ＭＰａ）
（２）屈服强度（σＳ
）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。
σＳ＝Ｆｓ／Ｓ０（Ｍ
Ｐａ）屈服强度
是塑性材料选材和评定的依据。
对于无明显屈服的塑性材料，规定以产生０．２％残余变形的应力值为其屈服极限。
s e
l 1
l L
1
F
D D d
F 1200
h
材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
1 H
2
７、几种常用金属材料的力学性能
曲轴
失效：在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象即称为。
失效分析：的目的就是要分析零件的失效原因并提出相应的防止和改进措施，其结论对零件的设计、选材、加工与使用都有重大的指导意义。
一、失效与失效分析
第二节、力学性能与失效形式的关系
二、失效形式
对结构材料的失效而言，前三种是最主要的；其中断裂失效（尤其是脆性断裂）因其危险性而易受重视、且研究最多，疲劳断裂最普遍，是断裂失效的主要方式。
对于功能材料，物理性能降级是其主要失效形式，但也存在断裂与腐蚀、磨损等问题。
三、失效原因
第二节、力学性能与失效形式的关系
屈服强度的工程意义
按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。
屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。
例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。
因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。
复习题
1.说明σS、σ0.2、σb、σ－1、δ％、αk、45-
50HRC、300HBS的名称和含义
2.了解变速箱齿轮，驾驶室外壳（车身），发动机中的活塞的工况，你选材时分别考虑哪些主要力学性能，为什么？你考虑选什么材料合适生产上述零件，写出你选材料的牌号和主要力学性能指标。
带着问题学习
１．不同材料具有不同性能，它主要与什么有关（内因）？
２．性能－组织－成分的内在关系是什么？
为了使生产的金属产品具有期望的性能，控制三件事
金属的成分
合适的显微组织
加工路线
显微组织是决定性能的主要内因（本章的工程意义）
第二章金属及合金的结晶
晶格与晶胞
Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、α－Ｔｉ、 －Ｃｒ金属的典型晶体结构密排六方晶格：第一节
第二节实际金属的体结构与晶体缺陷
一．单晶体与多晶体的基本概念１．单晶体（ｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌ）的特征：＊晶体由一个晶格排列方位完全一
致的晶粒组成。
＊晶体具有各向异性。
例如：单晶硅、单晶锗等。
湖北汽车工业学院材料工程教研室工程材料课程组制作
第二节实际金属的体结构与晶体缺陷单晶体结构示意图
２．多晶体（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）的特征
＊晶体是由许多颗晶格排列方位不
相同的晶粒组成。
＊晶体具有各向同性。
例如：常用的金属等。
第二节实际金属的体结构与晶体缺陷
第二节实际金属的体结构与晶体缺陷多晶体结构示意图
１、点缺陷
空位（ｖａｃａｎｃｙ）
间隙原子（ｇａｐａｔｏｍ）
置换原子（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌａｔｏｍ）二、晶体缺陷
间隙原子置换原子
晶格空位
点缺陷的热运动，造成原子扩散。
高温下扩散加快
应用：化学热处理，退火，烧结等。
物理性能：
电阻增加，体积增大。
应用：测空位浓度，研究空位变化规律。
力学性能：
点缺陷的存在是材料高温蠕变的重要原因。
过饱和点缺陷形成空位片：强度提高，脆性增大。
点缺陷与材料的行为
２
刃型位错示意图
正刃型位错
负刃型位错
３．面缺陷
晶界
晶粒与晶粒之间的界面。
亚晶界
相邻晶粒位向很小（一般１～２）的小角度晶界。
晶界与亚晶界结构示意图
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
Ø当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏聚－－内吸附
Ø晶界上原子具有较高的能量，且存在较多的晶体缺陷，使原子的扩散速度比晶粒内部快得多
Ø常温下，晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料的晶粒越细，则单位体积晶界面积越多，其强度，硬度越高
Ø晶界比晶内更易氧化和优先腐蚀
面缺陷与材料的行为
第二节实际金属的体结构与晶体缺陷
金属是由许多大小、形状、晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的多晶体。
一般金属的晶粒越细小，其力学性能越好。
晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。
二、金属的同素异晶转变
Fe
−
δ
同素异晶转变在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。
Ｌ１５３８℃１３９４℃
９１２℃
Fe、Sn、Ti、Mn
Fe
−
γ
Fe
−
α
Fe
纯铁在晶体状态下有两种原子排列形式.
二、金属的同素异晶转变
第四节合金的结构
相与组织
在固体材料中，具有同样聚集状态，同样原子排列特征性质，并以界面相互隔开的均匀组成部分称之为相。
相可以是单质，也可以是化合物。
材料的性能与各组成相的性质、形态、分布和数量直接有关。
不同的相具有不同的原子排列方式，相的种类也很多，但按其原子排列的特点可以归纳分为二类，一类为固溶体，另一类为化合物。
常将用肉眼观察到的或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态、分布的图象统称为组织。
组织则可以理解是一种结合形态。
比如共晶组织，组织可以由多个相组成。
第四节合金的结构
一、固溶体
置换固溶体间隙固溶体
＝４５５０％ＨＢ＝８０。