Engineering Materials工程材料学知识分享
unit 2 Engineering Materials
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Ceramic-matrix Composites (CMC)（陶瓷基复合材料）
Composites with a ceramic matrix are another important development in engineered materials because of their resistance to high temperatures and corrosive environments. （陶瓷基复合材料是工程中又一重大成就，因为它们具有 很好的抗高温及抗腐蚀性能）
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Key
sentences
6、Porous Aluminum Blocks of aluminum have recently been produced that are 37% lighter than solid aluminum and have uniform permeability (microporosity). This characteristic allows their use in applications where a vacuum or differential pressure has to be maintained. Examples are the vacuum holding of fixtures for assembly and automation and the vacuum forming or thermoforming of plastics.
1、Engineering Materials
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Introduction
In generally, engineering materials may be further subdivided into metals, ceramics, composites and polymers. （金属、陶瓷、复合材料和聚合物）
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。
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。
工程材料知识点总结
1、晶格：描述原子在晶体中排列规律的三维空间几何点阵。
2、晶胞：晶格中能够代表晶格特征的最小几何单元致密度=原子所占的总体积÷晶胞的体积属于面心立方晶格的常用金属：γ铁、铝、铜、镍等。
属于体心立方晶格的常用金属：α铬、钨、钼、钒、α铁、β钛、铌等。
属于密排六方晶格的常用金属：镁、锌、铍、α钛、镉等。
晶面：晶体中由物质质点所组成的平面。
晶向：由物质质点所决定的直线。
每一组平行的晶面和晶向都可用一组数字来标定其位向。
这组数字分别称为晶面指数和晶向指数。
晶面指数的确定：晶面与三个坐标轴截距的倒数取最小整数，用圆括号表示。
如（111）、（112）。
晶向指数的确定：通过坐标原点直线上某一点的坐标，用方括号表示。
如[111]晶面族：晶面指数中各个数字相同但是符号不同或排列顺序不同的所有晶面。
这些晶面上的原子排列规律相同，具有相同的原子密度和性质。
如{110}=（110）+（101）+（011）+（101）+（110）+（011）晶向族：原子排列密度完全相同的晶向。
如<111>=[111]+[111]+[111]+[111]由于各个晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子间的相互作用力也不相同。
因此在同一单晶体内不同晶面和晶向上的性能也是不同的。
这种现象称为晶体的各向异性。
晶粒——金属晶体中，晶格位向基本一致，并有边界与邻区分开的区域。
亚晶粒——晶粒内部晶格位向差小于2°、3°的更小的晶块。
实际金属晶粒大小除取决于金属种类外，主要取决于结晶条件和热处理工艺。
晶界——晶粒之间原子排列不规则的区域。
亚晶界——亚晶粒间的过渡区。
晶体缺陷：是指晶体中原子排列不规则的区域。
1、点缺陷2、线缺陷3、面缺陷点缺陷类型主要有三种：（1）间隙原子（2）晶格空位（3）置换原子间隙原子：在晶格的间隙处出现多余原子的晶体缺陷。
☆晶格空位：在晶格的结点处出现缺少原子的晶体缺陷线缺陷·位错：指晶体中若干列原子发生有规律的错排现象。
工程材料学基础知识
编号﹕ H80
铜含量 黄的拼音
3.青铜(Cu-Sn﹐ Cu-Al﹐ Cu-Be等合金)﹕
以Cu-Sn为例﹕其机械性能受其Sn含 量 影响。并随Sn增加其强度和塑性都提 高﹐当Sn >5-6%后﹐塑性急剧降低﹐工 业用锡青铜的Sn含量一般在3-14%之间 。
放入金属模中﹐经加热﹐加压后使其固 化成型。也可采用此法﹐将浸有树脂的薄 片材料﹐迭加起来﹐经加热﹐加压后﹐制 成塑料层压板﹐称为层压法。
5.浇铸成型﹕将含有固化剂或催化剂和 其它添加剂的熔融树脂浇入模具中﹐树脂 经过固化反应﹐便固化成型。
8.聚碳酸脂(PC) ﹕抗拉﹐抗弯强度 高﹐并有较高的透光率(85%)﹐可以制作 齿轮﹐大型灯罩﹐防护玻璃等。
9.聚四氟乙烯(F-4)﹕不受任何化学药 品的腐蚀﹐此化学稳定性优于金属﹐陶瓷。 被称为“塑料王”。有毒﹐黏度高﹐所以 只能采用类似粉末冶金的模压﹐烧结成型 工艺。
塑料材料名词释义
二.热固性材料﹕ 1.酚醛塑料(PF)﹕以粉状供应﹐是常用的
三.塑料的成型方法﹕
1.注塑成型﹕将粉状或粒状塑料放在注塑 机的料简内﹐加热融化后﹐用很高的速度 将其注入合的模具内﹐冷却后脱模﹐获 得所需形状的塑料制品。
2.挤压成型﹕又称挤出成型﹐将塑料粉末 或颗粒﹐通过料斗加入挤压筒内﹐经加热 使塑料熔融呈流动状态﹐并随着螺杆的转 动不断向前推进﹐然后将塑料在压力下通
5.ABS塑料﹕A代表丙烯蜻﹐B代表丁二 烯﹐S代表丙乙烯。冲击强度高﹐硬度高﹐ 良好的耐磨性﹐尺寸稳定。用途广泛﹕机 械中可以制作齿轮﹐设备外科﹐化工设备 的各种容器﹐管道等。电器工业中的仪 表﹐设备的各种配件等。
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）。
工程材料课件 (Engineering Materials)
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
工程材料的基本知识
4、铁碳合金的分类
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5、典型铁碳合金的结晶过程分析 1）共析钢的结晶过程
1点温度以上，合金处于液态； 缓冷到1点温度时，开始从液相结晶出奥氏体，温度继 续下降，奥氏体量逐渐增加； 直至2点温度结晶终止，液相全部结晶为奥氏体； 2点至3点间为单一奥氏体的冷却； 当温度降到S点时，奥氏体在恒温下发生共析转变，转 变为珠光体； S点以下，珠光体冷却至室温。
• 硬度的测试方法很多，生产中常用的硬度测试方法（压入
硬度法）有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。
• （一）布氏硬度试验法
• 布氏硬度试验法是用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球
作为压头，在载荷P的作用下压入被测试金属表面，保持一定
时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位
面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。
8）P点 碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃，Wc=0.0218%
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2、特性线 1）ACD线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳 合金在此线以上处于液相。 2）AECF线 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此 线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。 3）ECF水平线 共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线（1148℃） 时，均发生共晶转变，生成莱氏体。
• 布氏硬度指标有HBS和HBW，前者所用压头为淬火钢球，
适用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、 调质钢及铸铁、有色金属等；后者压头为硬质合金，适用于布 氏硬度值为450~650的金属材料，如淬火钢等。
• 布氏硬度测试法，因压痕较大，故不宜测试成品件或薄片
金属的硬度。
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• （二）洛氏硬度试验法 • 洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或