工程材料学 1
工程施工材料学
工程施工材料学是一门研究工程施工中使用的各种材料的特性和应用的学科。
工程施工材料学对于保证工程质量、提高工程效益、降低工程成本具有重要意义。
本文将从工程施工材料学的定义、研究内容、作用和意义等方面进行探讨。
一、工程施工材料学的定义工程施工材料学是一门综合性学科，它以材料科学为基础，结合工程施工的实际情况，研究工程施工中使用的各种材料的特性和应用。
工程施工材料学涉及的材料包括混凝土、钢材、木材、土工材料、保温材料、装饰材料等。
二、工程施工材料学的研究内容工程施工材料学的研究内容包括以下几个方面：1. 材料的基本性质：研究材料的力学性能、物理性能、化学性能等基本性质，为工程设计提供依据。
2. 材料的制备和加工：研究材料的制备方法、加工工艺和质量控制方法，以保证材料的性能和质量。
3. 材料的应用：研究材料在工程施工中的具体应用，包括施工工艺、施工技术和管理等方面。
4. 材料的选择和评价：研究如何根据工程特点和设计要求，合理选择材料，并进行评价。
5. 材料的改性和改性技术：研究如何通过改性和改性技术，提高材料的性能和应用范围。
三、工程施工材料学的作用和意义工程施工材料学在工程施工中具有重要作用，主要体现在以下几个方面：1. 保证工程质量：工程施工材料学通过对材料的研究和应用，可以保证工程的质量和性能。
2. 提高工程效益：工程施工材料学可以提高材料的利用效率，降低工程成本，提高工程效益。
3. 促进技术创新：工程施工材料学的研究和应用，可以推动工程施工技术的发展，促进技术创新。
4. 保障人身安全：工程施工材料学可以研究出更安全、更可靠的材料，保障工程施工中的人身安全。
5. 保护环境：工程施工材料学可以研究出更环保、更可持续的材料，推动工程施工的可持续发展。
总之，工程施工材料学是一门非常重要的学科，它对于保证工程质量、提高工程效益、降低工程成本具有重要意义。
我们应该加强对工程施工材料学的研究和应用，推动工程施工技术的发展，为我国工程建设做出更大的贡献。
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
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。
工程材料学教学大纲.doc
《工程材料学》教学人纲学分：2 总学时：36理论学时：27 实验学时：9适用专业：农机化、农机化师范大纲执笔人：许令峰大纲审定人：赵立新一、说明1.课程的性质、地位和任务材料是现代工业技术的物质基础，正确选择材料，确定合理的加工工艺，使零件既能满足性能要求，又能充分发挥材料的潜力，是一个机械工程人员必须具备的能力。
工程材料学是研究常用工程材料的实用性能与化学成分、内部显微组织之间的相互关系，找出其内在规律，以便采用合理的热处理工艺方法，来控制其内部组织，提高材料的性能。
2.课程教学的基本要求理论知识方面：本课程是一门与牛产实践联系很密切的课程，在课程学习前，应进行金工实习，以便学生建立有关材料与工艺的感性知识。
应安排学生在学完机械制图、机械制造基础等有关基础课或专业基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，并避免不必要的重复，课堂教学应力求使学生弄清基本概念，掌握基本内容，使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识，具备根据零件工作条件合理选择和使用材料，正确制定热处理工艺方法，妥善安排工艺路线的初步能力。
由于材料学的不断发展，知识不断更新，所以授课教师在吃透教材的基础上，应广泛阅读有关参考资料，紧跟本学科的发展,备课过程中随时补充新内容，使学生及时了解到本学科的重要发展及发展动向。
实验技能方面：观察材料內部组织结构必须借助于金相显微镜或其他仪器，学生必须首先掌握金相显微镜的构造及使用，并且学会金相显微试样制备。
还应掌握不同含碳量的碳钢硬度的测定。
3.课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关材料学方面的理论知识。
除课堂教学外，尚需进行必要的课堂讨论和习题课等，以进一步培养学牛分析问题和独立工作的能力.教学大纲内容（一）课堂理论教学第一章：金属的机械性能（1学时）拉伸图的分析，弹性和刚度、强度、塑性、硬度、疲劳强度、冲击韧性和断裂韧性的含义。
《工程材料学1》习题
《工程材料》习题第一章第二章习题一、名称解释疲劳强度、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、判断题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
6、晶界是一种面缺陷，所以晶界面积越大，金属的机械性能越差。
7、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
8、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
三、选择题1、决定金属结晶后晶粒大小的因素a)液态金属的形核率b)金属的实际结晶温度c)结晶速率d)晶核的长大速率2、工程上使用的金属材料一般都具有a)各向异性b)各向同性c)伪各向异性d)伪各向同性3、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度a)越高b)越低c)越接近理论结晶温度d)不能确定4、多晶体的晶粒越细，则其a)强度越高，塑性越好b)强度越高，塑性越差c)强度越低，塑性越好d)强度越低，塑性越差5、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化6、铸造条件下，冷却速度越大，则a)过冷度越大，晶粒越细b)过冷度越大，晶粒越粗c)过冷度越小，晶粒越细d)过冷度越大，晶粒越粗四、填空题1、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越，晶粒越，强度越，塑性越。
2、金属的结晶主要由和两个基本过程组成。
3、金属结晶过程中，细化晶粒的方法有、和。
4、实际金属中存在、、缺陷。
其中，位错是缺陷，晶界是缺陷。
第三章习题一、名称解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、判断题9、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
10、由于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
11、固溶体的强度、·一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出d)多数要发生共析转变2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是：a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
工程材料学(第1章 合金化理论)
2 优质碳素结构钢
（1）用于较为重要的机械零件，可以通过各种热处理调整零件的 力学性能。
二、碳钢的分类
1．按钢中的碳含量
1600 C 1400 C 1200 C 1000 C
d
L
g
（1）按Fe-Fe3C相图分类 亚共析钢： 0.0218%≤wc≤0.77% 共 析 钢： wc =0.77% 过共析钢： 0.77%＜wc≤2.11% （2）按碳含量多少分类 低碳钢： wc ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢： wc＞0.6%
3．按钢的用途分类，碳钢可分为
（1）碳素结构钢：主要用于各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑 构件等。也可用于不太重要的机件。 （2）优质碳素结构钢：主要用于制造各种机器零件，如轴、齿轮、 弹簧、连杆等。 （3）碳素工具钢：主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具 等。 （4）一般工程用铸造碳素钢：主要用于制造形状复杂且需一定强 度、塑性和韧性零件。
第一章 合金化理论
1.1 碳钢概论
碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途
主 要 内 容
1.2 钢的合金化原理
Me在钢中的存在形式 Me与铁和碳的相互作用 Me对Fe-Fe3C相图的影响 Me对钢热处理的影响 Me对钢性能的影响
1.3 合金钢的分类与牌号
重点及基本要求
1.了解碳钢中的常存元素及其影响，重点掌握 碳钢的分类与应用。
（3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些金属 或合金形成非晶体相结构。钢中非晶体相的作用目前仍 缺乏较详细的实验和理论依据。
工程材料学
1.工程材料学：是材料学的实用部分,主要阐述金属材料的成分、组织、性能及应用等方面的一般规律。
2.材料的分类1、金属材料①黑色金属—铁和以铁为基的合金(钢、铸铁等)②有色金属—黑色金属以外的所有金属及其合金。
2、高分子材料①塑料—主要指工程塑料。
又分热塑性和热固性塑料。
②合成纤维—由单体聚合而成再经过机械处理成纤维材料。
③橡胶—经硫化处理，弹性优良的聚合物.④胶粘剂—分树脂型、橡胶型和混合型。
3,陶瓷材料4,复合材料3.金属键：金属正离子与自由电子间的静电作用，使金属原子结合起来形成金属整体，这种结合方式称为金属键。
4.离子键：当正电性金属原子与负电性非金属原子形成化合物时，通过外层电子的重新分布和正、负离子间的静电作用而相互结合，故称这种结合键为离子键。
5.共价键：当两个相同的原子或性质相差不大的原子相互接近时，它们的原子间不会有电子转移。
此时原子间借共用电子对所产生的力而结合，这种结合方式称为共价键。
6.分子键：这种存在于中性的原子或分子之间的结合力称为分子键。
共价键晶体和离子键晶体结合最强，金属键晶体次之，分子键晶体最弱。
7.晶体：材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则、周期性排列。
非晶体：原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。
8.晶体中原子（分子和离子）在空间的规则排列的方式称为晶体结构。
把每一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。
晶格中的每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面称为晶面，由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。
9.①体心立方晶格特点：具有相当高的强度和较好的塑性。
这种晶格的金属有：铬、钼、钨、钒和铁（912℃以下，α—Fe ）等。
晶胞原子数：2，原子半径：致密度：0.68致密度=Va /Vc。
②面心立方晶格特点：塑性良好。
这种晶格的金属有：铝、钢、镍和铁（912℃—1394℃，γ—Fe)等。
晶格常数：a=b=c；晶胞原子数：4，原子半径：致密度：0.74.③密排六方晶格属于密排六方晶格的金属有C（石墨）Be、Mg、Zn、Cd、α-Co、Ti等。
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（1）过冷度
（2）未熔杂质的影响
五、金属铸锭的组织
（1）点缺陷—在三维尺度上都很小的，不超过几个原 子直径的缺陷。
最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。 （2）线缺陷—二维尺度很小而第三维尺度很大的缺
陷（位错）。 （3）面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。
四、金属的结晶
凝固—一切物质从液态到固态的转变过程。 结晶—通过凝固能形成晶体结构。 结晶过程—金属从液态转变为固态（晶态）的过程。 一次结晶—把金属从液态转变为固体晶态的过程。
工程材料学
绪论
工程材料按其性能特点分为：结构材料和功能材料
按化学材料分类法对工程黑材色料金进属行材分料类 铸铁
金属材料
钢
有色金属材料
工程材料
陶瓷材料 氧化物 陶瓷
非氧化物陶瓷
高分子材料
塑料 橡胶
合成纤维
复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
树脂基复合材料
面向二十一世纪，新材料的发展趋势如下：
1、继续重视高性能的新型金属材料； 2、结构材料趋向于复合化； 3、低维材料正在扩大应用； 4、非晶（亚稳态）材料日益受到重视； 5、功能材料迅速发展； 6、特殊条件下应用的材料； 7、材料的设计及选用计算机化。 本课程的内容有金属学热处理学金属材料三方面组成， 基本要求如下： 1、在金属学方面： 了解金属和合金的组织结构、结晶过程、塑性变形与 再结晶以及二元合金的基本理论 2、在热处理方面：
1、纯金属结晶的条件 自由能—物质中能够自动向外界释放出多余的或能够对外
作功的这一部分能量。
液态金属要结晶必须过冷。过冷是指液态金属实际冷
却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。它表明金属在液态
和固态之间存在一个自由能差。这个能量差就是促使液体
结晶的动力。
2、纯金属的结晶过程
一、晶核的形成和成长过程
二、影响晶核的形成和成长速率的因素
具有这种晶格的金属有铍（Be）、镁（Mg）、锌 （Zn）、镉（Cd）等。
三、金属的实际结构和晶体缺陷
（一）概念： 1、单晶体—晶体的内部晶格位向完全一致。 2、晶粒—外形不规则的小晶体。 3、多晶体—由多晶粒组成的晶体结构。
4、晶界—晶粒与晶粒之间的接触界面。如图1-8 、 1-9所示。
5、亚晶（嵌镶块）—在晶格位向上彼此有微小差别的 晶内小区域
T0
图1-4 液体和晶体在不同温度下的自由能变化
二次结晶（或重结晶）—把金属从一种固体晶态转变为另 一种固体晶态的过程。
温度 △T
T1
时间 纯铜的冷却曲线
纯铜的熔点（又称理论结晶温度） T1 开始结晶温度 △T-过冷度
段-液态金属逐渐冷却 bcd段-温度低于理论结晶温度 de段-金属正在结晶
段-金属全部转变为固态晶体 后，金属晶体逐渐冷却