工程热力学材料

工程材料的种类：按组成特点可分为金属材料、陶瓷材料、

高分子材料、复合材料

高分子材料：以高分子化合物或高分子聚合物为主要组分所

构成的材料成为高分子材料

高分子材料种类：塑料、合成纤维、橡胶、胶黏剂

陶瓷材料：分为普通陶瓷材料、特种陶瓷材料、金属陶瓷

材料

复合材料：复合材料是由几种材料通过复合工艺组合而成的

新型材料，，它既能保留原组成材料的主要特性，

乂能通过复合效应获得原组分所不具备的性能,

还可以通过材料设计使各组分的性能互相补充

并彼此关联，从而使材料具有新的优越性能

强度指标：弹性极限、屈服强度

塑性：材料在外力作用下产生永久变形的能力，可用伸长率

和断面收缩率表示

硬度指标的试验方法：1）布氏硬度2）洛氏硬度3）维式

硬度

冲击韧性：是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一

般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）

工程材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、

热处理性能、切削加工性能

常见金属的晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排

六方品格

晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷

点缺陷：在三维空间各个方向上尺寸范围约为一个或几个原

子间距的缺陷

线缺陷：三维空间中两维方向的尺寸较小、另一维方向的尺

寸相对较大的缺陷

面缺陷：三维空间中两维方向上尺寸较大、另一维方向上尺

寸很小的缺陷

合金：两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素

组成的、具有金属特性的材料

由两个组元组成的合金称为一元合金，由两个以上组元组成

的合金称为多元合金

合金相的结构大致可分为固溶体和化合物两大类

固溶体中，晶格类型保持不变的组元称为溶剂，其余组元称

为溶质

高分子链主要有线型、支化型和体型

高分子材料的聚集态：晶态、部分品态、非品态

陶瓷的典型组织有晶相、玻璃相、气相

气相：气相是陶瓷材料中的气孔

加聚反应：一种或几种单体相互加成而连接成聚合物的反应

缩聚反应：一种或几种单体相互作用连接成聚合物，同时析

出新的低分子化合物的反应

物质由液态到固态的转变过程称为凝固

过冷液态金属中晶核的形成有自发形核和非自发形核两种

方式

铸锭组织的晶区组成：细等轴晶区、柱状晶区、等轴晶区

铁碳合金中的基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体

属于固溶体的相有铁素体、奥氏体，属于化合物的有相有渗

碳体

根据钢的成分不同，有三种转变方式：共析钢、亚共析钢、

过共析钢

改善金属材料性能的方法:热处理、合晶化、细晶强化、冷变

形等

热处理是将金属材料在固态下加热到预定的温度，并在该温

度下保持一段时间，然后以一定的冷却速度冷

却下来，以改变材料整体或表面组织，从而获

得所需使用性能或工艺性能的一种热加工工艺

钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理。常用的整体

热处理有退火、正火、淬火、回火，表面热处

理分为表面淬火与化学热处理

热处理通常由加热、保温、冷却三个阶段组成

珠光体向奥氏体转变包括奥氏体晶核的形成、晶核的长大、

残余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段

退火是将钢加热至适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却

的热处理工艺

正火又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30-50摄氏度,

保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾

或吹风冷却的金属热处理工艺

淬火是将钢加热到临界温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体

化，然后以大于临界冷却速度的冷却快冷到Ms以下进

行马氏体转变的热处理工艺

回火是将淬火后的钢件加热至A1以下某一温度，保温一段时间，然

后冷却至室温的热处理工艺

陶瓷增韧：（1）晶须或纤维增韧

（2）颗粒弥散强化增韧

（3）氧化错相变增韧

（4）显微结构增韧：1）晶粒的超细化与纳米化

2）晶粒形状自补强增韧

（5）表面强化和增韧：1）表面微氧化技术

2）表面退火处理

3）离子注入表面改性

4）其他方法

（6）复合增韧

碳钢：以用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢

P107碳钢的编号

碳钢中的常存元素：镒、硅、硫、磷

碳钢存在以下不足：淬透性低、碳钢的强度和屈强比较低、

碳钢的回火稳定性差、特殊性能差

合金钢的分类：1）按合金元素的含量，可分为低合金钢、

中合金钢、高合金钢

2）按小试样正火或铸造状态的显微组织，

可分为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏

体钢、莱氏体钢

3）按用途分为：合金结构钢、合金工具钢、

特殊性能用钢

合金元素在钢中的作用：提高钢的力学性能、提高钢的淬透

性、提高钢的回火稳定性、使钢具有特殊性能

工程用合金结构钢，1）成分特点：低碳、加入以镒为主的

合金元素、加入铝、钛或钮等辆加

元素

2）性能要求：高强度、高韧性、良好

的焊接性能和冷成形性能、低的冷

脆转变温度、良好的耐蚀性

合金刃具钢，1）用途：主要用于制造各种金属切削刀具，

车刀、铳刀、钻头等

2）性能要求：高硬度、高耐磨性、高热硬性、

足够的塑性和韧性

合金模具钢：分为冷作模具钢、热作模具钢

不锈钢成分特点：1）C含量2）Cr含量3）Ni含量4）加

入Mo、Cu、Ti、Nb、Mn、N等，Cr

在非氧化性酸和碱溶液中的钝化能

力差，加入Mo、Cu等元素，口J提高

钢在非氧化性酸中的耐蚀能力

灰口铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁

滑动轴承合金的性能要求：1）强度和硬度高，以承受轴颈

的压力

2）韧性好、疲劳强度高，以承

受轴颈的振动、冲击以及周期性的

交变载荷

3）摩擦系数小，并能储存润滑

油，以减轻轴颈的磨损

4）良好的导热性、耐蚀性和较

小的膨胀系数，以防与轴颈咬合

5）良好的磨合能力，使载荷均

匀分布

6）良好的加工工艺性

塑料是一种以有机合成高分子化合物为主要组成的高分子

材料

塑料助剂：填料或增强材料、增塑剂、固化剂、稳定剂、阻

燃剂、抗静电剂

塑料的分类：热塑性塑料、热固性塑料

热塑性特点：加热时软化并熔融，可塑造成型，冷却后即成

型并保持既得形状，而且该过程可

反复进行

热固性塑料特点：初加温时软化，可塑造成型，但固化后再

加热将不再软化，也不溶于溶剂

工程塑料的主要性能特点：质量轻、比强度高、耐热性高、

化学稳定性好、优良的电绝缘性、

力学性能优良、加工成形能耗少

胶黏剂：胶黏剂又称黏合剂或黏结剂，胶黏剂是以黏料位、

为主剂或基料，配合各种固化剂、

增塑剂、稀释剂、填料以及其他助

剂等配制而成

常见胶黏剂：树脂型胶黏剂、橡胶型胶黏剂、复合型胶黏剂、

耐热胶黏剂

树脂型胶黏剂：分为热塑性树脂胶黏剂、热固性树脂胶黏剂

传统陶瓷所用原料主要为黏土、石英和长石

玻璃：普通玻璃、铅玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英玻璃、钢化

玻璃、微晶玻璃

复合材料是将两类或两类以上的固体材料组合得到的材料,

其中一类称为基体相，其余称为强

化相；基体相可以是金属、陶瓷或

聚合物，强化相可以是纤维、板片

或颗粒的形式分布于基体相中

复合材料的性能特点：高的比强度和比模量、良好的抗疲劳

性能和抗断裂性能、良好的高温性

能、优异的减震性能、其他特殊性

能

陶瓷基复合材料的应用：P234

铸造是指将液态金属浇入与零件形状、尺寸相适应的铸型型

腔中冷却凝固后得到毛坯或零件的

一种工艺

金属液的充型能力：流动性、铸型条件、浇注条件、铸件结

构

合金液的收缩：收缩是指金属液在铸型中从液态冷却到室温

时体积和尺寸的缩小。从浇注温度

到室温，经历液态收缩、凝固收缩、

固态收缩

收缩的影响因素：金属成分、浇注温度、铸件结构、铸型条

件

铸造内应力分为收缩应力、相变应力、热应力

根据气体的来源可分为侵入气孔、析出气孔、反应气孔

熔模铸造的工艺过程：1）制蜡模2）结壳3）脱蟒4）焙

烧5）浇注

冷塑性变形对金属的显微组织及力学性能的影响：1）晶粒