工程材料及热加工—工程材料的基础知识
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。
工程材料及热处理复习资料
工程材料及热处理课程简要学习指导书
1
一．名词解释题
间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。
再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。
淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。
枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。
时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。
同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。
临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。
热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。
二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。
共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。
比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。
置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。
变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。
晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。
固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。
形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。
残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。
调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。
淬硬性：钢淬火时的硬化能力。
过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。
本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。
C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。
CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。
马氏体：含碳过饱和的α固溶体。
热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。
热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。
回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。
可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。
机械工程材料与热加工工艺
机械工程材料与热加工工艺
摘要：本文主要阐述了机械工程材料的主要性能及其应用，同时说明机械工程材料热加工工艺，其中包括钢铁生产与质量、钢的热处理、低合金钢和合金钢、铸铁以及有色金属及其合金等。
关键词：机械工程；工程材料；热加工工艺
引言：机械工程材料种类繁多，其中最为常见就是有色金属材料，要根据有色金属材料特点，采用正确的制造技术和加热工艺，有效增强有色金属强度和耐腐蚀性等，确保所制作出的零部件，其质量和性能都有显著增强。
1机械工程材料的主要性能及其应用
机械工程各类产品多数都是由种类繁多、性能各异的金属材料和非金属，通过正确加工所制作出的零部件共同构成的。金属材料的机械性能主要是指金属材料在各种形式的外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，判断金属机械性指标包括金属材料强度、塑性和硬度等。金属材料在受力时抵抗产生弹性的能力则称为刚度。金属材料的硬度主要是指材料抵抗外物压力的能力，硬度越高，金属材料抵抗局部塑性变形的能力就越大。通常材料的硬度越高，其耐磨性就越强，强度和硬度间存在着内部联系。金属冲击韧性是材料在冲击荷载作用下，抵抗断裂的能力，现阶段机械工程技术常用一次摆锤冲击弯曲试验，测定材料受冲击荷载能力。机械工程所用零件种类较多，如发动机设备中的曲轴、连轴等，该类零件常在交变荷载下工作。此外，转动轴等零件虽然受到的荷载无法随时间交替变化，但零件本身是能够旋转的。以该两种情况为背景，零部件中都会产生随时间变化的应力，该种应力即称为“交变应力”。此外，以此种情况为背景工作的零部件，其最大应力要低于材料在静荷载小的极限，但经过长期工作的磨损，难免会出现断裂等情况，引发断裂事故。所以，要采取有效措施避免断裂事故发生。制造零部件和选用工艺时，要充分考虑所选材料的工艺性能，如低碳钢有着较强的塑性成形性能和可焊性，所以常被用作制造量器和刀具等[1]。 2机械工程材料表面处理方法
机械工程材料表面处理方法主要包括强化处理法、表面防护处理法、涂料涂装法和氧化处理法，其中，强化处理法即可分为表面覆盖层强化法、表面表型强化法两种，表面覆盖层强化法指的是在材料表面，获得特殊性能的覆盖膜，以此增强材料表面的刚度、硬度和耐疲劳性，增强材料质量。常见金属表面覆盖层强化法有金属热喷涂、表面气相沉积等方法，热喷涂法主要指的是将涂层材料进行熔化处理，经过高速气流将雾化成的颗粒，迅速喷射到零件表面，借此构成喷涂覆盖层。要按照实际情况合理选择喷涂材料，保证材料的耐磨性、耐腐蚀性等均符合基本要求，防止所选材料性能未达到基本要求，降低后续工作质量。氧化处理法也属于常见方法，氧化处理主要是采用化学或电化学方法，使工件表面形成氧化膜，借此改善工件的耐蚀性。表面防护处理法能分为化学镀和热浸镀，化学镀需要利用还原剂，确保金属离子能在溶液中，在催化剂的影响下还原材料表面的金属镀层。化学镀能在非金属、金属和半导体等材料基体上镀覆，因该方法适用对象众多，所以应用领域尤为广泛[2]。
工程材料第二章知识点
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工程材料
第二章 金属材料组织和性能的控制
一、名词解释。
一次结晶 过冷度 二次结晶 自发晶核 非自发晶核 同素异构转变 变质处理 相图
支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化
再结晶 临界变形度 热处理 过冷奥氏体 退火 马氏体 淬透性 淬硬性 调质处理 滑移 再结晶 冷加工 热加工 过冷度 实际晶粒度 本质晶粒度 淬火 回火 正火
一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶
过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在 一个自能差
二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶
（或金属的同素异构转变）
自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核 非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶 同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同 素异构转变
变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长 大，以细化晶粒和改善组织
相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为 平衡图或状态图
支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体 的现象
扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线 的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火
共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应
组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。组织组 成物可以是单相，或是两相混合物
变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到 70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的 位向趋于一致，这种结构叫做形变织构
机械工程材料及热处理工艺
1、常用金属的晶格有 （ 体心立方晶格 ） 、（ 面心立方晶格 ）和（ 密排六方晶格 ）三种。
2、实际金属的晶体缺陷有（ 点缺陷 ） 、（ 面缺陷 ）和（ 线缺陷 ）三种。
3、点缺陷包括（ 空位 ） 、（ 置换原子 ）和（ 间隙原子 ）等；线缺陷有（ 刃型位错 ）和（ 螺型位错 ）两种 ；面缺陷通常指金属中的（ 晶界 ）和（ 亚晶界 ） 。
4、在固态合金中的基本相结构为（ 固溶体 ）和（ 金属化合物 ）两种。
5、固溶体根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同,又可以分为（ 置换 ）固溶体和（ 间隙 ）固溶体。
1、金属结晶过程包括两个阶段：即（ 晶核的形成 ）和（ 晶核的长大 ） 。 （ 过冷 ）是结晶的必要条件。细化晶粒的方法有（ 增大过冷度 ）、 （ 变质处理 ）、
（机械振动 ） 、（ 超声振动 ）、 （ 电磁振动 ）等。
2、晶核的形成主要有（ 自发形核 ）和（ 非自发形核 ）两种形式
3、合金状态图都是用实验的方法绘制的，常用（ 热分析法 ）来测定。
4、若结晶冷却速度较快，则须通过（ 扩散 ）退火来消除偏析。
5、一定成分的液相在一定温度下同时结晶出两个不同成分 固相的过程称（ 共晶反应 ），反应式为（ r=a+b ）；一个固相同时转变为两种不同的新固相的转变（反应）称（ 共析反应 ），反应式为（ l=a+b ）
1.影响晶粒度的因素主要有 过冷度 和 异质晶核 两个方面。
2.合金化强化主要途径有 固溶强化 和 第二相强化（又称弥散强化） 两种。
工程材料知识点总结(全)
1 第二章
第三章
第四章 材料的性能
1、布氏硬度
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。
缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,
铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。
2、洛氏硬度
HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。
HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
3、维氏硬度
维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。
4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。
分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。
5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。
6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。
7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。
第三章 金属的结构与结晶
1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每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。
晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。
由任意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。
晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。
2 ①体心立方晶格
晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。
属于体心立方晶格的金属有 铁、钼、铬等。
工程材料及热加工
1
学习“工程材料及热加工”心得
“工程材料及热加工”是制造类专业的一门专业基础课，是培养实用型技术人才及提升学生工程素养的重要的专业基础课。它以机器的生产过程为主线，着重介绍机器零件常用材料及毛坯热加工成形方面的知识。
金属材料的各项属性。金属材料在不同环境下所表现出的性能是不同的，其力学性能主要有：强度、塑性、刚度、弹性、硬度等。金属材料在拉伸过程中的表现是其塑性、强度、弹性模量、弹性极限和弹性比功测定的主要依据。材料硬度的衡量主要是用硬度计测得，硬度标准主要分为布氏硬度，洛氏硬度和维氏硬度。根据材料性能和使用要求的不同而选用不同的硬度计进行测量。材料的安全性也是在实际生产应用过程中需要严格把关的，其主要的损坏表现为断裂，决定其断裂类型的因素主要有：①材料本质②加载方式③温度④应力集中⑤零件尺寸。零件在使用过程中还会出现疲劳，并有一定的疲劳极限，提高疲劳极限有助于零件的使用寿命的延长，其方法主要有：①零件设计之初尽量减少零件的尖角②减低零件表面粗糙度③采用表面强化处理。
由两种以上的金属或者非金属的元素组成的具有金属特性的物质，叫做合金。合金在固态下，组元仍谈能相互溶解而形成的均匀相，称为固溶体，根据其溶质原子在晶格的分布情况的不同，固溶体可以分为间隙固溶体和置换固溶体，当形成置换固溶体时，由于溶质原子直径的差异而导致固溶体晶格的畸变，也正是由于晶格的畸变，使固溶体的塑性变形能力增强，使材料的强度硬度增强，这种现象叫做固溶强化，是提高金属材料力学性能的主要途径之一。
金属与合金的冷却和结晶。液态金属在随温度下降的过程中，当冷却到某一温度，温度趋于某一稳定值，这个温度值就称为结晶温度。金属的结晶其实是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。金属晶粒的大小对于金属的力学性能有着很大的影响，晶粒越小，金属的硬度、强度、塑性和韧性越好。因此如何细化晶粒就显得十分重要，工业上常用方法如下：①增加过冷度②变质处理③附加振动。铁碳合金相图。传统工业中说提到的钢铁，起基本组元是铁和碳两种元素，故称为铁碳合金。铁和碳可形成Fe3C、Fe2C，FeC等。但是由于铁碳合金中碳的含量大于5%时又没实际应用价值，所以我们研究的主要是Fe-Fe3C。其相图如下：
工程材料与热加工
工程材料与热加工
工程材料是指在工程设计、施工和维修中使用的各种材料。它们需要具备一定的力学性能、物理性能、化学性能和耐久性，同时还要满足特定的工程要求。热加工是指通过加热来改变材料的组织结构和性能。下面将介绍工程材料与热加工的相关内容。
一、工程材料的分类及其特点
根据其组成和性能特点，工程材料可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
1.金属材料
金属材料是指具有金属性质的材料，具有良好的导电、导热、塑性、韧性和抗冲击能力等特点。金属材料常用于制造机械设备、建筑结构和电子元器件等方面。
2.无机非金属材料
无机非金属材料是指不含金属元素的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。无机非金属材料具有良好的耐高温、阻燃、耐腐蚀和绝缘等特性，广泛应用于建筑、化工和电子行业。
3.有机高分子材料
有机高分子材料是指由有机高分子化合物制成的材料，如塑料、橡胶和纤维。有机高分子材料具有良好的耐候性、耐磨性和柔韧性等特点，广泛应用于汽车、电器和纺织行业。
二、热加工的原理和方法 热加工是通过加热来改变材料的组织结构和性能，常用的热加工方法有热轧、热拉伸、热淬火等。
1.热轧
热轧是指将金属材料加热至一定温度后，通过轧制机械对其进行塑性变形的过程。热轧能够改善材料的组织结构、提高机械性能和表面质量，常用于生产薄板、钢管和型材等。
2.热拉伸
热拉伸是指将金属材料加热至一定温度后，在拉伸力的作用下对其进行塑性变形的过程。热拉伸能够提高材料的强度和韧性，常用于生产丝线、钢丝和钢筋等。
3.热淬火
热淬火是指将金属材料加热至一定温度后，迅速冷却至室温的过程。热淬火能够使材料的组织结构发生变化，从而获得高强度和高硬度的材料，常用于生产汽车零部件和机械工具等。
三、热加工对材料性能的影响
热加工能够改变材料的组织结构和性能，对材料的力学性能、物理性能和化学性能等方面有着显著的影响。
1.组织结构
热加工能够改变材料的晶粒大小和形状，从而影响材料的强度、韧性和硬度等性能。
工程材料与热加工复习资料-学生(含部分答案)
1 工程材料与热加工
复 习 资 料
第1章 材料的力学性能
疲劳断口的三个区域。
疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成
5．金属塑性的2个主要指标。
伸长率和断面收缩率
6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。
7．材料的工艺性能包括哪些？
包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。
第2章 金属的晶体结构与结晶
二、问答题
1．金属中常见的晶体结构有哪几种？(α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构)。
体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。α-Fe 是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立方体晶格结构
晶体和非晶体的特点和区别。
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？
点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷分为：空位、间隙原子、置换原子
4．固溶体的类型有哪几种?
置换固溶体、间隙固溶体
5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?
晶体的形成、晶体的长大
6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?
纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度
金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象
理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度
过冷度与冷却速度有何关系？
结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。
7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?
在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。
细化晶粒的常用方法有哪几种?
增加过冷度、变质处理、振动或搅拌
8．什么是共析转变？
在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变
二、填空题
1．珠光体是由___铁素体_____和____渗碳体_____组成的机械混合物(共析组织)。
2．莱氏体是由_____奥氏体___和____渗碳体_____组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达____2.11%______，在727℃时碳的质量分数为____0.77%___。
工程材料及热加工工艺基础
工程材料及热加工工艺基础
引言
工程材料及热加工工艺是现代工程领域中至关重要的一部分。了解材料的特性以及如何通过热加工工艺将材料加工成所需的形状和性能是工程师们必备的知识。本文将介绍工程材料的分类以及常用的热加工工艺，帮助读者对这一重要领域有一个基础的了解。
工程材料的分类
工程材料是指用于制造机械、结构件以及其他工程产品的材料。根据其组成和性能，工程材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料。
金属材料
金属材料是指有着优良导电性和导热性的材料，常见的金属材料包括铁、钢、铝、铜等。金属材料通常具有良好的可塑性、可焊性和可加工性，使其成为工程中最常用的材料之一。
聚合物材料
聚合物材料是一类由多个单体分子通过化学键结合而成的大分子化合物。常见的聚合物材料包括塑料、橡胶等。聚合物材料具有较低的密度和良好的绝缘性能，适用于制造轻型结构件和绝缘材料。
陶瓷材料
陶瓷材料是一类由非金属元素通过化学键结合而成的材料，具有良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。常见的陶瓷材料包括瓷器、砖瓦等，适用于制造耐火材料和陶瓷制品。
热加工工艺的分类
热加工工艺是指通过加热和控制温度来改变材料的形状和性能的过程。常见的热加工工艺包括锻造、热轧、热处理等。
锻造
锻造是通过将金属材料加热至可锻温度，然后在压力的作用下使其发生塑性变形，从而改变材料的形状和性能的过程。锻造可以分为冷锻和热锻两种方式，适用于制造各种型号和形状的金属零件。 热轧
热轧是指将金属坯料加热至较高温度，然后通过辊轧机械将其压延成所需的板材、型材等形状的过程。热轧可以提高材料的密度和机械性能，适用于制造高强度的金属制品。
热处理
热处理是指将材料加热至一定温度，然后在控制的气氛或介质中冷却，以改变材料的组织结构和性能的过程。常见的热处理工艺包括退火、淬火、回火等，可以提高材料的硬度、强度和韧性。
结论
工程材料的选择和热加工工艺的应用对于确保工程产品的质量和性能至关重要。通过了解工程材料的分类以及常用的热加工工艺，工程师们可以更好地选择合适的材料，并通过热加工工艺将其加工成所需的形状和性能。希望本文能帮助读者对工程材料及热加工工艺有一个基础的了解。