工程材料基本概念之一
工程材料及其成型基础大纲

工程材料及其成型基础大纲一、概述1.工程材料及其成型的定义和概念2.工程材料的分类及应用领域3.工程材料的性能要求和测试方法二、金属材料1.金属材料的分类和特点2.金属的晶体结构和缺陷3.金属的力学性能及其测试方法4.金属材料的热处理和强化机制5.常见金属材料的应用和加工工艺三、非金属材料1.非金属材料的分类和特点2.非金属材料的结构和性能3.非金属材料的应用领域和特殊性能4.非金属材料的加工和成型工艺四、高分子材料1.高分子材料的分类和特点2.高分子材料的结构和性能3.高分子材料的加工和改性方法4.常见高分子材料的应用领域和加工工艺五、复合材料1.复合材料的概念和分类2.复合材料的结构和性能3.复合材料的增强机制和界面特性4.复合材料的制备和成型工艺5.常见复合材料的应用领域和加工方法六、成型工艺1.金属材料的成型方法和工艺流程2.非金属材料的成型方法和工艺流程3.高分子材料的成型方法和工艺流程4.复合材料的成型方法和工艺流程七、表面处理与涂装1.表面处理的目的和方法2.金属材料的表面处理工艺3.非金属材料的表面处理工艺4.涂装技术及其应用八、工程材料的环境损伤与防护1.工程材料在使用过程中的损伤类型和机理2.工程材料的防护措施和方法3.工程材料的可持续发展和环境保护九、新材料与材料设计1.新型工程材料的研究和应用现状2.材料设计的原则和方法3.材料设计与工程实践以上为工程材料及其成型基础大纲的主要内容,通过对材料基本概念、分类、性能和加工工艺的介绍,使学生能够掌握工程材料的选择、设计和加工方法,进而提高工程实践能力。
工程材料第一章 工程材料简介

第二节 金属材料及钢的热处理
(4)可锻铸铁 可锻铸铁是预先浇铸成白口铸铁,再经长时 间石墨化退火完成的。 5.有色金属材料 (1)铜及铜合金 根据所含合金元素的不同,可以分为纯铜、 黄铜、青铜和白铜等。 1)纯铜。 2)加工黄铜,铜和锌的合金称为黄铜,随着含锌量增加, 颜色逐渐变为淡黄。 3)加工青铜。 4)加工白铜。
图1-13 杆件受拉时的计算简图
第四节 构件受力变形及强度条件
(2) 拉伸与压缩时的强度条件 要保证构件工作时不被破 坏,必须使工作应力小于材料的极限应力。 2.剪切
第四节 构件受力变形及强度条件
图1-14 剪切作用的特点
表1-1 洛氏硬度试验原理及应用范围
第一节 工程材料的分类及性质
图1-4 冲击强度试验原理 a)试样安装 b)冲击试验机 1、8—支座 2—冲击点 3、7—试样 4—刻度盘
5—指针 6—摆锤
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
图1-5 钢铁材料的疲劳曲线
第一节 工程材料的分类及性质
第一节 工程材料的分类及性质
4.复合材料 二、工程材料的性质
工程材料的性质主要有强度、塑性、硬度、冲击强度 和疲劳强度等。 1.强度
图1-1 拉伸试样
第一节 工程材料的分类及性质
2.塑性 (1) 断后伸长率
第一节 工程材料的分类及性质
图1-2 低碳钢的应力应变曲线
第一节 工程材料的分类及性质
5.疲劳强度
第二节 金属材料及钢的热处理
一、常用金属材料 常用的金属材料有钢、铸铁和有色金属等。 1.钢的分类、牌号和应用 2.碳素钢
图1-6 碳元素对力学性能的影响
第二节 金属材料及钢的热处理
工程材料及成形技术基础课程

工程材料及成形技术基础课程引言工程材料及成形技术基础课程是工程相关专业的一门基础课程,旨在介绍工程材料的基本概念、特性及其在工程中的应用,以及常见的成形技术。
本文将从以下几个方面进行介绍:工程材料的分类、材料力学性能、材料的常见加工工艺等。
一、工程材料的分类1. 金属材料金属材料是工程中最常用的材料之一。
金属材料具有良好的导电、导热性能,较高的强度和硬度以及良好的可塑性和可加工性等特点。
金属材料可分为铁基材料、非铁金属和合金等。
•铁基材料:包括钢、铸铁等,广泛应用于工程结构、机械制造、汽车制造等领域。
•非铁金属:如铝、铜、镁等,常用于电子器件、航空航天等领域。
•合金:由两种或更多种金属元素混合而成,常用于制造具有特定性能要求的零部件。
2. 非金属材料非金属材料广泛应用于建筑、电子、光电等领域,常见的非金属材料包括聚合物、复合材料和陶瓷等。
•聚合物:如塑料、橡胶等,具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和可塑性等特点,广泛应用于包装、家电、汽车等领域。
•复合材料:由两种或多种不同材料的组合而成,具有优异的综合性能,如碳纤维复合材料在航空航天领域的应用。
•陶瓷:具有高温稳定性、强度和硬度较高的特点,常用于耐火材料、电子陶瓷等领域。
3. 半导体材料半导体材料具有介于导体与绝缘体之间的电导特性,是电子器件制造中的重要材料。
常见的半导体材料有硅、锗等,广泛应用于集成电路、光电器件等领域。
二、材料力学性能1. 强度和硬度强度是材料抵抗外力作用下变形和破坏的能力,通常用抗拉强度、屈服强度等指标来衡量。
硬度是材料抵抗外部压力而发生塑性变形的难易程度,通常用洛氏硬度、维氏硬度等进行表征。
2. 韧性和脆性韧性是材料抵抗外力作用下断裂的能力,通常用断裂韧性来衡量。
脆性是材料在受到外力作用下迅速发生断裂的性质。
3. 延展性和可塑性延展性是材料在拉伸过程中发生塑性变形的能力,即材料的伸长率。
可塑性是材料经过加工而改变形状的能力,通常用冷、热加工性能来衡量。
工程材料学知识点

工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。
一般将人们去开掘的对象称为“原料”,将经过加工后的原料称为“材料”工程材料:主要利用其力学性能,制造结构件的一类材料。
主要有:建筑材料、结构材料力学性能:强度、塑性、硬度功能材料:主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有:半导体材料(Si)磁性材料压电材料光电材料金属材料:纯金属和合金金属材料有两大类:钢铁(黑色金属)非铁金属材料(有色金属)非铁金属材料:轻金属(Ni以前)重金属(Ni以后)贵金属(Ag,Au,Pt,Pd)稀有金属(Zr,Nb,Ta)放射性金属(Ra,U)高分子材料:由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成:C,H,O,N,S,Cl,F,Si三大类:塑料(低分子量):聚丙稀树脂(中等分子量):酚醛树脂,环氧树脂橡胶(高分子量):天然橡胶,合成橡胶陶瓷材料:由一种或多种金属或非金属的氧化物,碳化物,氮化物,硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。
陶瓷:结构陶瓷Al2O3,Si3N4,SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能:主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
材料可生产性:材料是否易获得或易制备铸造性:将材料加热得到熔体,注入较复杂的型腔后冷却凝固,获得零件的能力锻造性:材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性:利用部分熔体,将两块材料连接在一起能力第二章(详见课本)密排面密排方向fcc{111}<110>bcc{110}<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷:在三维空间各方向上尺寸都很小,是原子尺寸大小的晶体缺陷。
类型:空位:在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”。
间隙原子:在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子。
它们可能是同类原子,也可能是异类原子。
异类原子:在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子占据原有的原子位置。
建筑工程主材辅材

建筑工程主材辅材
建筑工程中,主材和辅材是关于建筑材料的两个重要概念。
主材是指构成建筑物主体的材料,辅材则是指起辅助功能的材料。
下面将分别介绍一些常见的主材和辅材。
主材:混凝土是建筑工程中最基本的主材之一。
它由水泥、砂、骨料和水按照一定的配比混合而成,具有良好的耐压和耐久性。
钢材也是一种重要的主材,常用于建筑物的结构框架和支撑部分。
砖块是一种常见的主材,有多种类型,如胶结砖、空心砖等,用于建筑物的墙体和隔墙。
此外,玻璃、石材等也常被用作主材。
辅材:砂浆是建筑工程中常用的辅助材料之一,用于填充和粘合建筑结构中的空隙。
水泥是制作砂浆的重要成分。
石膏板是一种常见的装修辅材,用于室内墙面和天花板的装饰和隔离。
绝缘材料也是建筑工程中常用的辅材,用于保温、隔热和防水等功能。
以上是建筑工程中常见的一些主材和辅材,它们在建筑工程中具有不同的功能和应用。
在选择和使用这些材料时,需要根据具体的建筑需求和要求进行慎重考虑。
工程材料考试重点.

16、加工硬化:随着塑性变形的增加,金属晶格的位错密度不断增加,位错间的相互作用 增加,提高了金属的塑性变形抗力,使金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性显著降低, 这成为加工硬化。 17、再结晶:金属从一种固体晶态过渡到另一种固体晶态的过程。 18、固溶体:在固态下,合金的组元相互溶解而形成的均匀的固相,成为固溶体。 19、固溶强化:固体晶格畸变增加了位错运动阻力,金属的滑移变形比较困难,塑性和韧 性略有下降,使合金的强度和硬度随着溶质原子的浓度的增加而提高,这叫做固溶强化。 20、细晶强化:晶粒越细小,金属的力学性能就越好。细化晶粒而使金属材料力学性能提 高的方法称为细晶强化。 21、相图:合金相图是用图解的方法表示合金在极其缓慢的冷却速度下,合金状态随温度 和化学成分的变化关系,又称为平衡图。 22、匀晶反应:一种无限互溶的液相结晶后形成无限固溶体的反应。 23、共晶反应:由一种液态在恒温下同时结晶析出两种固相的反应叫做共晶反应。 24、C曲线:共析钢的过冷奥氏体在不同的温度下发生等温转变时,其在不同温度下的变 化速率的等温转变动力学曲线形状像字母C故称之为C曲线。 25、正火:是将钢加热到Ac3以上30-50℃(亚共析钢)或者Acm以上30-50℃(过共析 钢),保温一定时间后在空气中冷却,得到索氏体组织。 26、淬火:是将钢加热到Ac3以上30-50℃(亚共析钢)或或者油冷),使奥氏体转变为马氏体的热 处理工艺。27、回火:是将淬火钢加热到Ac1一下的某一温度,保温一定时间,然后冷却 至室温,以改善组织并消除内应力的热处理工艺。 28、完全退火:将钢加热到Ac3以上30℃左右,保温一定时间后随炉(或埋入石灰、砂中) 缓慢冷却,目的是通过完全重结晶,获得细化晶粒,并降低硬度,改善切削性能和消除内 应力。
一、 基本概念 1、 晶体:自然界的许多固体物质的基本质点的排列具有一定的规律性,并且这些固 体物质具有规则的外形和一定的熔点等特征,称之为晶体。 2、 晶格:将小球堆积结构模型抽象成的空间格架,把晶体原子的振动中心看作为结 点,用线条把这些结点连接起来形成的空间格架叫做晶格。 3、 晶体缺陷:实际晶体中原子规则排列遭到破坏而偏离理想结构的区域。可分为点 缺陷、线缺陷和面缺陷三类。 4、 相:合金中具有形同的化学成分、相同的晶体结构并且有界面与其他部分隔离开 的均匀的组成部分成为“相”。 5、 显微组织:将用适当方法处理后的金属试样磨面借助于显微镜观察到的组织的统 称。 6、 铁素体:(用F或者α表示)碳溶于α-Fe中形成的体心立方晶格的间隙固溶体。 7、 奥氏体:(用A或者γ表示)碳溶于γ-Fe中形成的面心立方晶格的间隙固溶体。 8、 过冷奥氏体:奥氏体冷却到 以下时处于不稳定状态,这种在 温度以下还未发生 转变的奥氏体称为过冷奥氏体。 9、 渗碳体:即是Fe3C相,含碳量为6.69%,它是一种复杂的铁碳间隙化合物。渗 碳体的硬度很高,强度极低,脆性非常大,对铁碳合金的力学性能有很大影响。 10、 屈氏体:珠光体在600 550 转变得到片层更薄的珠光体称为屈氏体。 11、 索氏体:珠光体在650 600 转变得到片层较薄的珠光体称为索氏体。 12、 马氏体:奥氏体转变形成碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。 13、 回火马氏体:低饱和度的α固溶体和细小的 碳化物的混合物。 14、 回火屈氏体:α固溶体与大量弥散分布的细小渗碳体的混合物。 15、 回火索氏体:再结晶的体素体和颗粒状渗碳体的混合物。
建筑工程材料

建筑工程材料建筑工程材料是指在建筑施工过程中所使用的各种材料,包括水泥、钢筋、砖块、混凝土等。
这些材料在建筑工程中起着至关重要的作用,直接影响着建筑物的质量、安全性和使用寿命。
因此,选择合适的建筑工程材料对于建筑工程的成功实施至关重要。
首先,水泥是建筑工程中不可或缺的材料之一。
它主要用于混凝土的制作,是建筑物的主要承重材料。
水泥的质量直接关系到混凝土的强度和耐久性,因此在选择水泥时,需要考虑其标号、强度等指标,以确保建筑物的结构牢固、稳定。
其次,钢筋是建筑工程中另一个重要的材料。
它主要用于加固混凝土结构,提高建筑物的抗震性能和承载能力。
在选择钢筋时,需要考虑其材质、直径、强度等指标,以确保其符合设计要求,能够有效地增强建筑结构的稳定性和安全性。
另外,砖块是建筑工程中常用的墙体材料。
它具有良好的隔热、隔音性能,能够有效地提高建筑物的舒适度和节能性能。
在选择砖块时,需要考虑其材质、强度、吸水率等指标,以确保墙体结构的稳定和耐久。
此外,混凝土是建筑工程中使用最广泛的材料之一。
它具有良好的抗压、抗拉性能,能够满足不同建筑结构的需要。
在选择混凝土时,需要考虑其配合比、强度等指标,以确保混凝土的质量和性能符合设计要求。
总的来说,建筑工程材料的选择对于建筑工程的质量和安全至关重要。
在实际施工中,需要根据建筑设计要求和工程环境条件,合理选择和使用各种建筑工程材料,以确保建筑物的结构稳定、安全可靠。
同时,对于建筑工程材料的质量监控和施工过程的质量管理也至关重要,只有这样,才能确保建筑工程的顺利实施和建成后的安全可靠使用。
《工程材料》课程教学大纲

《工程材料》课程教学大纲课程编码:XXX学时:XX学时学分:XX学分一、课程目的和基本要求1.掌握工程材料的基本概念、分类、结构和特性;2.了解工程材料的性能和应用;3.掌握工程材料的选择和设计方法;4.具备解决工程材料问题的基本能力。
二、教学内容和教学方法1.教学内容1.1工程材料的基本概念和分类1.2金属材料1.2.1金属材料的组织结构1.2.2金属材料的力学性能和物理性质1.2.3金属材料的热处理1.2.4金属材料的腐蚀与防护1.2.5金属材料的选用和设计1.3硅酸盐材料1.3.1硅酸盐材料的组织结构1.3.2硅酸盐材料的物理性质1.3.3硅酸盐材料的烧结与成型1.3.4硅酸盐材料的性能与应用1.3.5硅酸盐材料的选用和设计1.4高分子材料1.4.1高分子材料的结构和性质1.4.2高分子材料的物理性质1.4.3高分子材料的加工和成型1.4.4高分子材料的应用和选用1.5复合材料1.5.1复合材料的基本概念和分类1.5.2复合材料的组织结构和性能1.5.3复合材料的制备工艺和应用1.5.4复合材料的选用和设计1.6新型工程材料1.6.1纳米材料1.6.2智能材料1.6.3生物材料1.6.4混凝土材料2.教学方法本课程采用理论教学相结合的方式进行授课,并通过实验课程、案例分析和课堂讨论等形式加强实际应用和解决问题的能力培养。
三、评价标准和教学辅助手段1.课程评价本课程的评价方式包括平时成绩和期末考试成绩两部分,其中平时成绩占总评成绩的30%,期末考试成绩占总评成绩的70%。
2.教学辅助手段教学过程中将使用多媒体教学手段辅助讲解,并配备必要的实验设备和材料,以提高学生的实践操作能力。
四、参考教材1.《工程材料学》(第X版),XXX等编著,XXX出版社,XXXX年。
2.《材料力学》(第X版),XXX等编著,XXX出版社,XXXX年。
教学大纲制定说明:1.本课程教学大纲参照了相关课程教学大纲,针对本课程的特点和发展需要进行了适当的调整和完善。
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一、晶体结构和结晶过程的概念Structures of the metals and concepts of crystallization1.晶体、非晶体的概念、联系和区别concepts 、relations and difference between crystal and amorphous body(noncrystal)概念:∙Composition/concentration:∙allotropic transformations 同素异晶转变:there are no compositional alterations ∙incongruent transformations:Eutectic and eutectoid reactions, as well as the melting of an alloy∙Crystal and amorphous state:∙Pure metal纯金属∙Metallic Solid solution (Sosoloid)固溶体∙Metallic Compound:cementite 金属化合物( Fe3C)∙Mechanical mixture:pearlite机械混合物:珠光体∙Binary eutectic systems (Eutectic reaction)∙BCC 体心立方晶格 Body-centered cubic∙FCC 面心立方晶格∙HCP 密排六方晶格Hexagonal close-packed lattice (HCP)∙Crystallographic planes 滑移面∙ferrite [‘ferait] 铁素体∙cementite [si'mentait, si'men.tait] Fe3C∙eutectoid [ju:‘tektɔid]共析混合物∙Proeutectoid先共析体∙hypoeutectoid [haipəuju(:)‘tektɔid] 亚共析∙hypereutectoid [haipərju‘tektɔid]过共析∙pearlite [‘pə:lait, ’pə.lait] 珠光体、珍珠岩∙austenite [‘ɔ:stə.nɑit] 奥氏体∙peritectic[peri‘tektik, .perə’tektik]包晶的,包晶体∙congruent transformations 一致性转变∙allotropic transformation同素异晶转变∙isomerism 同分异构Transformation晶体与非晶体的转化∙晶化(crystallizing)/脱玻化(devitrification): (1)can be happened spontaneously because noncrystal with high internal energy,unstable晶化过程可以自发进行,因为非晶态内能高、不稳定,而晶态内能低、稳定。
(2)非晶化(noncrystallizing):damage of regular arrangement of inner atoms 因内部质点的规则排列遭到破坏而转化为非晶态。
Examples:非晶化一般需要外能。
如天然石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体;把晶体硫加热熔化(温度超过300℃)再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫.∙Most solids are crystals因为晶体比非晶体稳定,所以晶体的分布十分广泛,自然界的固体物质中,绝大多数是晶体。
Difference∙anisotropic property ;isotropic(各项同性)∙fixed melting temperature∙X-ray diffraction∙low internal energy and stable2.晶格、晶胞和晶格常数的含义crystal lattice/a reduced sphere、unit cell andlattice parameters(length of sides and angles of planes)∙coordination number(配位数):For metals, each atom has the same number of nearest-neighbor or touching atoms, which is the coordination number∙ atomic packing factor (APF)(致密度):is the sum of the sphere volumes of all atoms within a unit cell (assuming the atomic hard-sphere model) divided by the unit cell volume3.三种常见晶格的介绍及其相关计算∙The Face-Centered Cubic Crystal Structure、The Body-Centered Cubic Crystal Structure and the hexagonal close-packed crystal structureFigure: For the face-centered cubic crystal structure, (a) a hard-sphere unit cell representation, (b) a reduced sphere unit cell, and (c) an aggregate of many atoms.Figure: For the body-centered cubic crystal structure, (a) a hard-sphere unit cell representation, (b) a reduced sphere unit cell, and (c) an aggregate of many atoms.Figure: For the hexagonal close-packed crystal structure(HCP), (a) a reduced-sphere unit cell (a and c represent the short and long edge lengths, respectively), and (b) an aggregate of many atoms.Thinking:why c=1.66a?see the following picture for hint密排六方晶胞是一个六方柱体。
柱体的上、下底面六个角及中心各有一个原子,柱体中心还有3个原子。
属于这类晶胞类型的金属有:铍(Be)、镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)等。
晶胞常数:底面边长 a 和高 c,原子半径:r=1/2a原子数:n=12×1/6+2×1/2+3 =6致密度: K= nV原子/V晶体= 0.74原子配位数:12高的计算过程:取密排六方中间层某原子,为保证密排,其投影位于底面三个原子三角形的中心,该投影距离底面某原子的距离为d1=a/(3^(1/2)),而由于该中间层原子距离底面原子距离为d2=a,故c=2*(d2*d2-d1*d1)^(1/2)=1.633二、晶体的结晶过程Processes of crystallization1.Concept of crystallization、conditions and steps of crystallization: crystallization,crystal structures2.塑性变形plastic deformation、再结晶recrystallization 、冷热加工cold work的基本概念:3.实际晶体中晶体缺陷介绍imperfection in real crystal、塑性变形和再结晶的实质nature of plastic deformation and recrystallization概念:∙Imperfection 晶体缺陷:点、线、面(体)Point Defects点缺陷( cation [美'kætaɪən]and anion vacancy)、阴离子空隙anion[美'ænaɪən]interstitial;Dislocations—linear defects线缺陷(edge dislocation刃型位错 and screwdislocation螺型位错);Interfacial defects面缺陷(grain boundary晶界/亚晶界、twin planes孪晶);bulk or volume defects体缺陷:pores, cracks, foreign inclusions, and other phases∙Imperfection 晶体缺陷:点、线、面(体)Point Defects点缺陷( cation [美'kætaɪən]and anion vacancy)、阴离子空隙anion[美'ænaɪən]interstitial;Dislocations—linear defects线缺陷;Interfacial defects面缺陷(grain boundary 晶界/亚晶界、twin planes孪晶);bulk or volume defects体缺陷:pores,cracks, foreign inclusions, and other phases∙单晶体塑性变形的实质 Nature of plastic deformation:dislocation motion4.三种典型晶体结构及金属晶体中晶面和晶向的表示方法。
Slip system:Slip occurs on specific crystallographic planes and within these planes only in certain directions. A slip system represents a slip plane–slip direction combination.∙Operable slip systems depend on the crystal structure of the material. The slip plane is that plane that has the densest atomic packing, and the slip direction is the direction within this plane that is most closely packed with atoms.∙The slip system for the FCC crystal structure is{111} <110>, so the number of slip direction is 4x3=12; for BCC several are possible: {110} <111>,{211} <111> and {321} <111> , so it is6x2=12; for HCP: it is1x3=3.三、Composition and structures of alloys合金的组成与结构1.Solid Solutions 固溶体single phase2.Metals compounds金属化合物single phase3.Mechanical mixtures 机械混合物single phase?。