工程材料的基本知识

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。

建筑工程基本知识大全建筑工程是指以建筑物为对象，进行建设、改建、修缮的一系列工程活动的总称。

本文将介绍建筑工程的基本知识，包括建筑材料、建筑结构、建筑设备、建筑施工和建筑管理等相关内容。

一、建筑材料建筑材料是指用于建筑各种构件和装修的材料。

常见的建筑材料包括水泥、砖块、钢筋、玻璃、木材等。

水泥一般用于制作混凝土，砖块是建筑墙体的主要材料，钢筋用于加固混凝土结构，玻璃用于窗户和幕墙，木材则用于梁柱和装修。

选择适当的建筑材料对于建筑物的安全和舒适度至关重要。

二、建筑结构建筑结构是支撑建筑物自重和外部荷载的骨架系统。

常见的建筑结构形式包括框架结构、梁柱结构、砖混结构等。

框架结构适用于中小跨度的建筑物，梁柱结构适用于大跨度的建筑物，砖混结构则适用于多层住宅。

建筑结构设计需要考虑建筑物的承载力、刚度和稳定性等因素。

三、建筑设备建筑设备是指用于建筑工程中的施工和运输等活动的机械设备。

常见的建筑设备包括塔吊、混凝土搅拌车、挖掘机等。

塔吊用于高层建筑的吊装和安装，混凝土搅拌车用于现场搅拌混凝土，挖掘机用于土方开挖和基础施工。

合理使用建筑设备可以提高施工效率和质量。

四、建筑施工建筑施工是指按照设计方案进行实际施工的过程。

建筑施工包括基础工程、主体结构和装修工程。

基础工程是建筑物的承载和稳定的基础，主体结构是建筑物的骨架，装修工程是建筑物的内外饰面和设备安装。

在施工过程中，需要注意施工工艺、质量控制和安全防护等问题。

五、建筑管理建筑管理是指对建筑工程进行计划、组织、协调、控制和评价的管理活动。

建筑管理包括项目管理、工程管理和施工管理等方面。

项目管理涉及各个阶段的规划和决策，工程管理涉及施工进度和质量控制，施工管理涉及具体的施工组织和施工安全。

有效的建筑管理有助于提高工程效果和经济效益。

综上所述，建筑工程涉及广泛的领域，包括建筑材料、建筑结构、建筑设备、建筑施工和建筑管理等方面的知识。

了解和掌握这些基本知识对于从事建筑工程相关工作的人员非常重要。

第2章工程材料的基本知识2.1 金属材料的主要性能用来制造零件的金属材料应具有优良的使用性能及工艺性能。

所谓使用性能，是指机器零件在正常工作情况下金属材料应具备的性能，它包括机械性能(或称之为力学性能)、物理和化学性能。

而工艺性能是指零件在冷、热加工制造过程中，金属材料应具备的与加工工艺相适应的性能。

2.2金属材料的机械性能所谓机械性能，是指零件在载荷作用下所反映出来的抵抗变形或断裂的性能。

机械性能指标是零件在设计计算、选材、工艺评定以及材料检验时的主要依据。

由于外加载荷性质的不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击及循环载荷等)，所以对金属材料的机械性能指标要求也将不同。

常用的机械性能指标包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。

一. 强度金属材料在外力作用下抵抗破坏(过量的塑性变形或断裂)的性能叫做强度。

由于外力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等，所以强度也分为：抗拉强度、）抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度。

一般以测定材料的抗拉强度（σb 为主。

二. 硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。

目前常用的测定硬度的方法为压入法。

它是用特定的几何形状压头在一定载荷作用下，压入被测试样材料表面，根据被压入的程度来测定其硬度值。

所以硬度值的物理意义是金属材料表面抵抗局部压入塑性变形的能力。

常用的硬度的指标有：布氏硬度(HBS或HBW)及洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)。

1. 布氏硬度布氏硬度测定原理是用一定大小的载荷将一定直径的淬火钢球或硬质合金球压求出应入被测金属表面，保持一定时间后卸载，根据载荷P和压痕的表面积F凹力值作为布氏硬度值。

布氏硬度试验法用于测定硬度不高的金属材料，如铸铁、有色金属、一般经退火、正火后的钢材等。

2. 洛氏硬度洛氏硬度测定原理是以测量压痕深度为硬度的计量指标，由于采用了不同的压头及载荷，可用来测量从极软到极硬的金属材料的硬度。

洛氏硬度的三种标度(HRA、HRB、HRC)中，常用的是HRC洛氏硬度，它采用金刚石圆锥体做压头，可用来测量硬度很高的材料，如淬火钢、调质钢等。

第一章机械零件的失效分析一、基本要求本章主要介绍了机械零件在常温静载下的过量变形、在静载和冲击载荷下的断裂、在交变载荷下的疲劳断裂、零件的磨损失效和腐蚀失效以及在高温下的蠕变变形和断裂失效。

要求学生掌握全部内容。

二、重点内容1零件的过量变形以及性能指标,如屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。

2零件在静载和冲击载荷下的断裂及性能指标，如冲击韧性、断裂韧性等。

3零件在交变载荷下的疲劳断裂、疲劳抗力指标及影响因素。

4零件的磨损和腐蚀失效以及防止措施。

5零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。

三、难点断裂韧性及衡量指标，影响断裂的因素。

四、基本知识点第一节零件在常温静载下的过量变形1、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。

弹性变形：外力去除后可恢复变形。

塑性变形：外力去除后不可恢复。

低碳钢，正火、退火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料都具有图1-1所示的应力-应变行为。

即在拉伸应力的作用下的变形过程分为四个阶段：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。

2、静载试验材料性能指标刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。

等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。

强度：材料抵抗变形或者断裂的能力，屈服强度、抗拉强度、断裂强度。

弹性指标：弹性比功。

塑性指标：伸长率、断面收缩率。

硬度：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC ）、维氏硬度（HV ） 3过量变形失效过量弹性变形抗力指标：弹性模量E 或者切变模量G 。

过量塑性变形抗力指标：比例极限、弹性极限或者屈服强度。

第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂1、基本概念断裂：材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的现象。

韧性断裂：断裂前发生明显宏观塑性变形。

脆性断裂：断裂前不发生塑性变形，断裂后其断口齐平，由无数发亮的小平面组成。

2、冲击韧性及衡量指标冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。

第一章土木工程材料的基本性质1.密度：绝对密实状态下，单位体积的质量。

p=m/v p为密度，g/cm；v 为材料在绝对密实状态下的体积cm3绝对密实状态下的体积指的是不包括空隙在内的体积2.表现密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。

P0=m/V0 P0为表现密度，V0为材料在自然状态下的体积，或称表现体积cm3。

材料的表现体积是指包含内部孔隙的体积。

3.堆积密度P0'=m/V0' P0' 为堆积密度，V0' 材料的堆积体积。

材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量。

堆积体积是容器体积。

4.材料的亲水性与憎水性：土木工程中的建、构筑物常与水或大气中的水汽相接触。

表面接触时，相互作用的结果是不同的。

沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角（a）称为润湿边角，润湿角越小，润湿性越好。

a为0时完全被水所侵润。

a<=900，亲水性材料，a>900憎水性材料5.软化系数=材料在吸水饱和状态下的抗压强度/材料在干燥状态下的抗压强度范围（0-1）6.材料的抗渗性，材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，抗渗系数K=(Qd)/(AtH) K为渗透系数cm/h；Q为透水量cm3，d为试件厚度cm，A为透水面积cm2，t为时间h，H为静水压力水头cm；渗透系数越小，抗渗性越好。

第二章1、按化学成分钢材分为：碳素钢和合金钢。

钢的基本成分：铁和碳2、碳素钢根据含碳量分为：低碳钢（小于0.25%）、中碳钢（0.25%-0.6%）、高碳钢（大于0.6%）；合金钢按合金总含量：低合金钢（小于5%）、中和金钢（5%-10%）、钢合金钢（大于10%）3、钢材中主要元素：碳、硅、锰、钛、钒、铌、磷、硫、氧、氮4、弹性阶段，屈服阶段，强化阶段，颈缩阶段5、钢材冷加工：冷拔，冷拉，冷轧热加工：退火，正火，淬火，回火，离子注入7.碳素钢在常温下形成的基本组织有铁素体、渗透体、珠光体。

第三章1.石膏的主要成分：硫酸钙。

第一章工程材料根底知识参考答案1．金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏〔过量塑性变形或断裂〕的性能。

强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力〔即应力σ，单位为Mpa〕表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形〔永久变形〕而不被破坏的能力。

金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。

常用的硬度指标有布氏硬度〔HBS、HBW〕、洛氏硬度〔HRA、HRB、HRC等〕和维氏硬度〔HV〕。

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号αk表示。

疲劳强度是指金属材料在无限屡次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。

疲劳强度用σ–1表示，单位为MPa。

2．对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。

硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料外表局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。

3．比拟布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。

答：〔1〕布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的外表，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量剩余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位外表积上所受的压力表示硬度值。

实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。

布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属〔有色金属〕、硬度较低的钢〔如退火、正火、调质处理的钢〕〔2〕洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F 的作用下，将压头压入材料外表，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用剩余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。

PPT填空题和简答题1一、填空题1、金属结晶包括形核与长大两个过程。

3、晶粒和晶粒之间的界面称为晶界。

4、在结晶过程中，细化晶粒的措施有提高冷却速度、变质处理、振动。

5、由于溶质原子的溶入，固溶体发生晶格畸变，变形抗力增大，使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

6、常见的金属晶格类型体心立方、面心立方和密排立方。

7、在晶体缺陷中，点缺陷主要有空位、间隙原子、置换原子，线缺陷主要有刃型位错、螺型位错，面缺陷主要有晶界、亚晶界8、金属结晶时，实际结晶温度必须低于理论结晶温度，结晶过冷度主要受冷却速度影响。

9、当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高，这一现象称为固溶强化。

10.再结晶退火的前提是冷变形＋足够高的温度，它与重结晶的区别在于无晶体结构转变。

1.奥氏体的晶格类型是面心立方。

2.铁素体的晶格类型是体心立方。

11.亚共析钢的室温组织是F+P 。

1.钢的淬透性是指钢淬火时所能达到的最高硬度值。

23．渗碳钢渗碳后的热处理包括淬火和低温回火，以保证足够的硬度。

24.在光学显微镜下观察，上贝氏体显微组织特征是羽毛状，下贝氏体显微组织特征呈针状。

5.零件失效的基本类型为_表面损伤、过量变形、断裂。

2.线型无定型高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态、粘流态。

1、一个钢制零件，带有复杂形状的内腔，该零件毛坯常用铸造方法生产。

2、金属的流动性主要决定于合金的成分3、流动性不好的铸件可能产生冷隔和浇不足缺陷。

4、铸造合金充型能力不良易造成冷隔和浇不足等缺陷，12.过共析钢的室温组织是P+Fe3C 。

13.共晶反应的产物是Ld1. 20钢齿轮、45钢小轴、T12钢锉的正火的目的分别是：提高硬度，满足切削加工的要求、作为最终热处理，满足小轴的使用要求、消除网状渗碳体。

2、在正火态的20钢、45钢、T8钢；、T13钢中，T8 钢的σb值最高。

3、在正火态的20钢、45钢、T8钢；、T13钢中，T13钢的HBS值最高。