材料基础知识
材料科学基础知识
材料科学基础知识一、概述材料科学是一门涉及材料的结构、性能、制备和应用的学科。
在现代科学技术发展中，材料科学起着重要的作用。
材料科学的发展涉及多个学科领域，如物理学、化学、工程学等。
本文将介绍材料科学的基础知识，包括材料分类、结构与性能关系、制备方法等。
二、材料分类根据材料的组成和性质，可以将材料分为金属材料、陶瓷材料、聚合物材料和复合材料四大类。
1. 金属材料：金属材料具有良好的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铝、铜等。
金属材料的特点是强度高、可塑性好。
2. 陶瓷材料：陶瓷材料具有较高的熔点和硬度，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
陶瓷材料的特点是脆性大、电绝缘性好。
3. 聚合物材料：聚合物材料是由高分子化合物组成的，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
聚合物材料的特点是具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
4. 复合材料：复合材料是由两种或多种不同种类材料组合而成的材料，常见的复合材料有纤维增强复合材料、金属基复合材料等。
复合材料的特点是综合性能优良。
三、结构与性能关系材料的结构对其性能有着重要的影响。
以下是常见的结构与性能关系。
1. 晶体结构：晶体是由离子、原子或分子按照一定规律排列而成的有序结构。
晶体的结构确定了材料的硬度、导电性等性能。
2. 硬度与强度：材料的硬度和强度与其原子、分子的排列有关。
晶体结构和材料的晶粒大小会影响材料的硬度和强度。
3. 导电性与绝缘性：材料的导电性与其电子的运动有关。
金属材料具有良好的导电性，而陶瓷材料则具有较好的绝缘性。
4. 磁性与非磁性：材料的磁性与其原子或分子的磁矩有关。
铁、镍等金属具有磁性，而大部分非金属材料则是非磁性的。
四、材料制备方法材料的制备方法经过了长期的发展和探索，现在已经有许多成熟的制备方法。
以下是常见的材料制备方法。
1. 熔融法：熔融法是通过加热材料使其熔化，然后再进行浇铸、凝固等操作来制备材料。
熔融法广泛应用于金属和玻璃等材料的制备过程。
2. 沉积法：沉积法利用化学反应、物理吸附等方法，将原料分子沉积到基材上，形成所需的材料。
材料基础知识
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(2) 基本性质
a. b. c. d. e. f. g. 共价键，部分范氏键 分子量大，无明显容点，有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf； 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 比重小 绝缘性好 优越的化学稳定性 成型方法多
(3) 用途
结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电器零件 建筑材料：贴面板、地贴 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料 涂 装：涂料 粘 合 剂：粘合剂 日 用：织物（衣服）胶鞋 运 输：轮胎，传送带
如果汽车重量减轻10%，油耗可降低8～10%
德国奔驰公司，研制出以铝合 金为框架的车体，使汽车重量减 少40%
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50年代造 武汉长江大桥 用普 通钢Q235，跨度128m
60年代 南京长江大桥 16Mn钢 (节约钢材15%) 跨度160m
90年代 九江大桥 用15MnVN(节 约钢材20%) 跨度216m
a. 金属键，常规法生产的为晶体结构； b. 常温下固体熔点较高； c. 金属光泽； d. 纯金属范性大、展性、延性大； e. 强度较高； f. 导热、导电性好； g. 空气中移氧化，如钢、铁等生成氧化膜，合金可改性 抗氧化性。
(4) 用途 Application
a. 结构材料:如机床,建筑机械设备、工程交通工具； b. 导体材料，电线芯（铜） c. 工具
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1-2 材料科学与工程概述 Brief Introduction
1-2-1材料的重要作用
Importance of Materials for the Development of Human History and Science &Technology 材料是人类社会发展的巨大推动力，生产工具制造的 物质基础是材料。 石器时代 —— 陶器时代 —— 青铜时代 —— 铁期时 代——复合材料
金属材料基础知识
1、金属材料的机械性能的含义是什么？金属及合金的机械性能是指材料的力学性能，即受外力作用时所反映出来的性能。
它是衡量金属材料的重要指标。
2、金属材料的主要机械性能指标有哪些？金属材料的主要机械性能有：弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性。
3、什么是弹性和韧性？金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后恢复原来的形状的性能，叫弹性；这种随着外力而消失得变形叫弹性变形，其大小与外力成正比。
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能，叫塑性。
外力消失时留下的这部分不可恢复得变形叫塑性变形，其大小与外力不成正比。
4、什么叫应力？什么叫应变？材料受到拉伸时单位截面上的拉力叫应力，用σ表示。
材料受到拉伸时单位长度上的伸长量叫应变，用ε表示。
5、什么叫弹性极限？材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，用σb表示。
6、什么叫屈服极限？金属材料开始出现明显的塑性变形的应力叫做屈服极限，用示。
有些材料屈服极限很难测定，通常规定产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服极限，用σ0.2表示。
7、什么叫刚度？刚度用什么来衡量？金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫刚度。
在弹性范围内，应力与应变的比值叫做弹性模数，弹性模数越大，刚度越大。
8、什么叫强度？强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
9、表示材料强度的指标有哪些？表示材料强度的指标有：1)、屈服强度：金属材料发生屈服现象时的屈服极限。
σs=P s/F0 (Pa)P s—试样产生屈服现象时所承受的最大外力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
2）、抗拉强度：金属材料在拉断前所承受的最大应力。
以σb表示。
σb=P b/F0 (Pa) P b—试样在断裂前的最大拉力，N(牛顿)；F0—试样原来的截面积，㎡。
10、什么叫硬度？金属材料抵抗更硬的物体压入其内部的能力叫做硬度。
11、衡量材料的硬度的指标有哪些？衡量硬度的指标有：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度(HV)。
材料学基础知识
材料学基础知识1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。
2. 材料在弹性范围内，应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E （单位MPa ）。
E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。
6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。
7. 应力场强度因子I K ，这个I K 的临界值，称为材料的断裂韧度，用C K I 表示。
换言之，断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。
8. 晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
9. 非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
10. 把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵。
用一些假想的空间直线把这些点连接起来，就构成了三维的几何格架称为晶格。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。
11. 体心立方晶格（bcc ）；面心立方晶格（fcc ）；密排六方晶格（hcp ）12. 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。
任意两个原子的连线称为原子列，其所指的方向称为晶向。
立方晶系中，凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。
13.在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同，则原子间结合力的大小也不同，因而金属晶体不同方向上性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。
14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。
位错的基本类型有两种，即刃型位错和螺旋位错。
15.由于塑性变形过程中晶粒的转动，当形变量达到一定程度（70%以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。
择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
(完整版)材料科学基础基础知识点总结
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）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。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
材料科学基础108个重要知识点
材料科学基础108个重要知识点1.晶体--原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2.中间相--两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3.亚稳相--亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4.配位数--晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5.再结晶--冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6.伪共晶--非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7.交滑移--当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8.过时效--铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ”，θ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9.形变强化--金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10.固溶强化--由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11.弥散强化--许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12.不全位错--柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13.扩展位错--通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
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?。
材料员基础必学知识点
材料员基础必学知识点
1. 材料分类和特性：了解常见材料的分类（如金属、非金属、塑料、橡胶等）以及其特性（如强度、硬度、耐腐蚀性等）。
2. 材料的采购和供应：了解材料采购的流程和要点，包括与供应商的沟通、材料质量的检验、采购合同的签订等。
3. 材料的储存和保管：了解材料的储存和保管方法，包括分仓储存、标识和记录、保管环境要求等。
4. 材料的测量和计量：了解材料测量和计量方法，如重量、体积、长度的测量，以及单位换算。
5. 材料的标识和识别：了解材料的标识方法，如标牌、标签的制作和粘贴，以及材料的识别方法，如颜色、纹理、磁性等特征。
6. 材料的混合和配比：了解材料的混合和配比方法，如不同材料的配比计算、搅拌比例控制等。
7. 材料的加工和处理：了解常见材料的加工和处理方法，如金属的切削、焊接，塑料的注塑成型等。
8. 材料的检验和质量控制：了解材料的检验方法，如外观检查、物理性能测试，以及质量控制措施，如抽样检验、不合格品处理等。
9. 材料的报废和回收：了解材料的报废和回收方法，如分类回收、再利用、环保处理等。
10. 材料安全和环保：了解材料使用的安全注意事项，如防止火灾、爆炸等事故，并关注材料的环保性能，如是否含有有害物质等。
以上是材料员基础必学的知识点，掌握这些知识可以帮助材料员更好地管理和使用材料，确保项目的顺利进行。
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材料基础知识
一、钢板：
钢板按厚度分，薄板<16毫米（最薄0.2毫米），中厚板16-20毫米，厚板＞20毫米
薄板的宽度为500-1500毫米；厚的宽度为
600~3000毫米。
薄板按钢种分，有普通钢、优质钢、合金钢、弹簧钢、不锈钢、工具钢、耐热钢、轴承钢、硅钢和工业纯铁薄板等；
按专业用途分，有油桶用板、搪瓷用板、防弹用板等；
按表面涂镀层分，有镀锌薄板、镀锡薄板、镀铅薄板、塑料复合钢板等
表示方式：Q(屈服点)235（屈服强度，xxxMPa）B （质量等级：A:只要求保证化学成分和力学性能；B：要求做常温冲击试验；C、D：要求做重要焊接结构试验，D级为优质，其余为普通）
1、碳素结构钢
性能：牌号：例Q235-A·F，表示σs=235MPa（最小屈服点为235MPa每平方）。
牌号注解：Q是屈服强度A质量等级（有ABCD四级），F沸腾钢。
应用：一般工程结构和普通机械零件。
如Q235可制作螺栓、螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等。
优点：价格低廉，工艺性能（如焊接性和冷成形性）优良
不足：
(1)淬透性低。
一般情况下，碳钢水淬的最大淬透直径只有10mm-20mm。
(2) 强度和屈强比较低。
如普通碳钢Q235钢的σs为235MPa，而低合金结构钢16Mn的σs则为360MPa以上。
40钢的σs（屈服指数）/σb（抗拉强度）仅为0.43, 远低于合金钢。
(3)不能满足特殊性能的要求。
碳钢在抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。
2、低合金高强度结构钢（GB/T1591-2008,最小屈服点为345MPa）质量等级由A-E
性能：
1.在含碳量方面属于低碳，含碳量一般小于0．20%；
2.在合金方面一元钢和二元钢占有较大的比重；
3.在供货状态方面多为热轧状态交货；
4.不少钢种加入稀土元素以提高综合性能；
5.大部分普通低合金钢是属于铁素体+珠光体型的。
3、热轧钢板（生产一般结构用钢和焊接结构用钢、硬度低，加工容易、延展性能好）GB/T 709适用于轧制宽度不小于600mm的单轧钢板、钢带；GB/T 3274-2007规定。
对于厚度为3-400mm的碳钢和低合金热轧钢和厚度
为3-25.4mm的热轧钢带尺寸，外形和允许公差也同样适用
按边缘状态分：切边Q 不切边BQ
按轧制精度分：较高精度 A 普通精度 B
定义：钢板是平板状，矩形的，可直接轧制或由宽钢带剪切而成。
钢带是指成卷交货，宽度不小于或等于600mm 的宽钢带。
热连轧钢板产品包括钢带（卷）及有其剪切而成的钢板。
而钢带（卷）可以分为直发卷及精整卷（分卷、平整卷及纵切卷）。
质量为7.85g/cm³
4、镀锌板（镀锌钢板是为防止钢板表面遭受腐蚀延长其使用寿命，在钢板表面涂以一层金属锌，这种涂锌的钢板称为镀锌板。
）
5、花纹钢板（菱形、扁豆形、圆豆形）
花纹钢板的尺寸应符合下列规定：
基本厚度：2-10mm。
宽度：600～1800mm，按50mm进级。
长度：2000～12000mm，按100mm进级。
花纹钢板由于其表面有突棱，有防滑作用，可用作地板、厂房扶梯、工作架踏板等
6、镇静钢板
镇静钢板是由普通碳素结构钢镇静钢热轧制成的钢板。
低合金钢板都是镇静钢和半镇静钢钢板。
由于强度较高，
性能优越，能节约大量钢材，减轻结构重量。
二、型材
1、H型钢（Q235B、Q345B等）
H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，因其断面与英文字母“H”相同而得名。
由于H型钢的各个部位均以直角排布，因此H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点
各种民用和工业建筑结构;各种大跨度的工业厂房和现代化高层建筑，尤其是地震活动频繁地区和高温工作条件下的工业厂房;要求承载能力大、截面稳定性好、跨度大的大型桥梁;重型设备;高速公路;舰船骨架;矿山支护;地基处理和堤坝工程;各种机器构件。
按产品用途分为H型钢梁、H型钢柱、H型钢桩、极厚翼缘H型钢梁，我国的热轧H型钢国标则主要包括
HZ(窄翼缘)、HH(宽翼缘)、HU(钢桩)三类
计算公式：【t1(H-2t2)+2B·t2+0.858r2】*0785
腹板
翼缘板
2、工字钢（工字钢也称为钢梁（分普通工字钢和轻型工
字钢。
）
10号工字钢，其腰宽为10cm，我国热轧普通工字钢的腰宽为100～630mm
规格：100-630mm（对应10#-63#，20以上分ab，30以上分abc）
3、钢管（两端开口并具有中空同心圆断面，其长度与周边之比较大的钢材）
材质：焊接钢管材质Q195A、Q215A、Q235A、
Q345A等
规格：5.5-310mm
重量计算方式：0.02466*厚（外径-厚）/米
4、方矩管（方形管材和矩形管材的一种称呼，也就是边长相等和不相等的的钢管。
）又名方形和矩形冷弯空心型钢，简称方管和矩管，代号分别为方形F和矩形J，方矩管的弯曲度每米不得大于2mm，总弯曲度不得大于总长度的0.2%
材质：1、普碳钢分为：Q195、Q215、Q235、
SS400、20#钢、45#钢等。
2、低合金钢分为：Q345、16Mn、Q390、ST52-3等。
规格：5.5-310mm，方矩管的通常交货长度为
4000mm-12000mm，以6000mm和12000mm居多。
表达方式：方管：16（边长）×16（边长）×0.4～1.5（厚度）；矩管：10（短边长）×20（长边长）×0.6～1.5（单位：mm）
重量计算：[2×﹙长﹢宽﹚－4×壁厚]×壁厚×0.00785
5、角钢（俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材，有等边角钢和不等边角钢4-19m）
材质：碳素结构钢（Q235）
规格：热轧等边角钢的规格为2#-25#。
重量计算：0.00785*（边宽+边宽-边厚）*边厚，
例如50*5角钢：（50+50-5）*5*0.00785=3.73
表达方式：方管：16（边长）×16（边长）×0.4～1.5（厚度）；矩管：10（短边长）×20（长边长）×0.6～1.5（单位：mm）
表达方式：其规格以边宽×边宽×边厚的毫米数表示。
如“∟30×30×3”，即表示边宽为30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。
也可用型号表示，型号是边宽的厘米数，如∟3#。
6、槽钢（截面为凹槽形的长条钢材，属建造用和机械用碳素结构钢）5-19m
材质：碳素结构钢（Q235）
规格：热轧普通槽钢的规格为5-40#。
其规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫米数表示。
（5-40mm，14以上分ab，24以上分abc）
表达方式：如100*48*5.3，表示腰高为100毫米，腿宽为48毫米，腰厚为5.3毫米的槽钢，或称10#槽钢。
腰高相同的槽钢，如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加a b c 予以区别，如25#a 25#b 25#c等。