第1篇工程材料的基本知识

工程材料基础工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、水利工程、机械制造等领域的材料，它们直接影响着工程的质量、耐久性和安全性。

在工程实践中，对于工程材料的选择、使用和管理都至关重要。

本文将从工程材料的基础知识入手，介绍其分类、特性和应用，帮助读者对工程材料有一个全面的了解。

首先，工程材料可以按照其来源和性质进行分类。

按照来源可分为天然材料和人工合成材料。

天然材料包括木材、石材、土壤等，它们具有原始的自然特性，常用于建筑和装饰。

人工合成材料则是经过人工加工和合成的材料，例如混凝土、钢材、塑料等，它们具有较高的强度和耐久性，广泛应用于工程建设中。

按照性质可分为金属材料、非金属材料和复合材料。

金属材料包括钢材、铝材、铜材等，具有良好的导热性和导电性，常用于结构件和机械制造。

非金属材料包括混凝土、玻璃、陶瓷等，具有较好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于建筑和电气设备。

复合材料则是由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点，如碳纤维复合材料、玻璃钢等。

其次，工程材料的特性对工程设计和施工具有重要影响。

首先是力学性能，包括材料的强度、刚度、韧性等。

强度是材料抵抗外部力量破坏的能力，刚度是材料抵抗变形的能力，韧性是材料吸收能量的能力。

其次是耐久性，包括材料的耐磨损、耐腐蚀、抗老化等性能，这些性能直接影响着工程的使用寿命。

再次是施工性能，包括材料的可加工性、可施工性、可维护性等，这些性能直接影响着工程的施工效率和质量。

最后是经济性，包括材料的成本、资源消耗、维护成本等，这些因素需要在工程设计和施工中进行综合考虑。

最后，工程材料的应用涉及到各个领域，需要根据具体工程的要求进行选择和设计。

在建筑领域，常用的材料包括混凝土、砖瓦、钢材等，它们需要满足建筑的结构、隔热、防水等要求。

在交通领域，常用的材料包括沥青、路基材料、桥梁材料等，它们需要满足道路的承载、耐久、抗冻融等要求。

在水利领域，常用的材料包括水泥、防渗材料、水工结构材料等，它们需要满足水利工程的防渗、耐水压、耐冲刷等要求。

工程材料知识点1. 工程材料分类1.1 金属材料1.1.1 铁碳合金1.1.2 非铁金属1.1.2.1 铜合金1.1.2.2 铝合金1.2 非金属材料1.2.1 塑料1.2.2 陶瓷1.2.3 复合材料1.3 特种材料1.3.1 纳米材料1.3.2 生物材料2. 材料性能2.1 力学性能2.1.1 强度2.1.2 硬度2.1.3 韧性2.1.4 疲劳性能2.2 物理性能2.2.1 密度2.2.2 热膨胀系数2.2.3 导热性能2.3 化学性能2.3.1 耐腐蚀性2.3.2 化学稳定性3. 材料选择原则3.1 满足工程设计要求 3.1.1 功能需求 3.1.2 经济性3.1.3 可加工性 3.2 考虑环境因素3.2.1 温度3.2.2 湿度3.2.3 化学介质 3.3 考虑可持续性3.3.1 材料回收 3.3.2 环保性4. 材料加工工艺4.1 铸造4.2 锻造4.3 焊接4.4 热处理4.5 机械加工4.5.1 切削加工 4.5.2 非传统加工5. 材料测试与评估5.1 力学性能测试5.1.1 拉伸试验 5.1.2 冲击试验 5.2 物理性能测试5.2.1 热导率测试 5.2.2 密度测定 5.3 化学性能测试5.3.1 耐腐蚀测试5.3.2 化学成分分析6. 材料应用案例6.1 建筑行业6.1.1 结构材料6.1.2 装饰材料6.2 汽车工业6.2.1 车身材料6.2.2 发动机材料6.3 航空航天6.3.1 轻质高强度材料6.3.2 耐高温材料7. 材料发展趋势7.1 智能材料7.2 绿色材料7.3 3D打印材料8. 结语工程材料是现代工业和建筑的基础，了解不同材料的特性、性能和应用对于工程设计和产品开发至关重要。

随着科技的进步，新材料的研发和应用将不断推动各行各业的发展，提高产品性能，降低成本，同时更加注重环保和可持续性。

因此，工程师和设计师需要不断更新材料知识，掌握最新的材料技术和应用趋势。

常用工程材料的基础知识在工程领域中，材料是构建各种结构和产品的基础。

了解常用工程材料的特性、性能和应用，对于工程师和技术人员来说至关重要。

这不仅有助于在设计和制造过程中做出明智的选择，还能确保工程项目的质量、可靠性和经济性。

一、金属材料金属材料在工程中应用广泛，具有良好的力学性能、导电性和导热性。

1、钢铁钢铁是最常见的金属材料之一。

根据其碳含量的不同，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

低碳钢具有较好的韧性和可加工性，常用于制造薄板、钢丝等；中碳钢强度较高，常用于制造机械零件，如齿轮、轴等；高碳钢硬度高，常用于制造刀具、模具等。

此外，合金钢通过添加合金元素，如铬、镍、钼等，改善了钢的性能，使其具有更高的强度、耐磨性、耐腐蚀性等。

例如，不锈钢含有铬元素，能在空气中形成一层致密的氧化膜，具有良好的耐腐蚀性，常用于制造化工设备、餐具等。

2、铝及铝合金铝是一种轻质金属，具有良好的导电性和导热性，耐腐蚀性也较好。

铝合金通过添加其他元素，如铜、镁、锌等，提高了强度和硬度，同时保持了铝的轻质特性。

铝合金广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域，如飞机外壳、汽车轮毂、铝合金门窗等。

3、铜及铜合金铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电线、电缆、电器元件等。

铜合金如黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）等，具有不同的性能特点。

黄铜具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，常用于制造阀门、管件等；青铜强度较高，常用于制造轴承、弹簧等。

二、非金属材料1、塑料塑料是一类具有高分子量的有机化合物。

其优点包括重量轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于加工成型等。

常见的塑料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等。

聚乙烯常用于制造薄膜、管材等；聚丙烯具有较高的强度和耐热性，常用于制造汽车零部件、家电外壳等；聚苯乙烯透明度高，常用于制造包装材料、玩具等；聚氯乙烯具有良好的耐腐蚀性，常用于制造管道、板材等。

工程塑料如聚酰胺（PA，俗称尼龙）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）等，具有更高的强度、耐热性和耐磨性，广泛应用于机械制造、电子电器等领域。

第一章材料的结构与组成1、填写出下表中三种典型金属的基本参数2、根据刚性模型，计算体心立方、面心立方及密排六方晶格的致密度。

体心立方：首先在一个晶胞中总共有8*1/8+1=2个原子，这个两个原子的体积为V1=2*4/ 3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。

根据晶胞中的原子分布可知，体心立方密排方向为[111]，从而可以得到4r=a*√3。

根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√3/8=68%。

面心立方：一个胞共有8*1/8+6*1/2=4个原子，这个两个原子的体积为V1=4*4/3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。

面心立方密排方向为[110]，从而有4r=a*√2。

根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√2/6=74%。

密排六方：4/3πr^6/a^3=（4/3πx（a/2）^6)/6x(√3a/4)xc=0.743、晶粒的大小对材料力学性能有哪些影响？用哪些方法可使液态金属结晶后获得细晶粒？晶粒度的大小对金属材料的力学性能有很大影响。

金属材料晶粒越小，其综合力学性能越好，即强度、硬度、塑性、韧性越高。

细化液态金属结晶晶粒的方法：增大过冷度、变质处理、振动或搅拌。

4、什么是过冷度？过冷度和冷却速度有什么关系？金属在实际结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，这种现象称为过冷。

理论结晶温度T0和实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。

金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。

5、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。

其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷包括刃型位错、螺型位错。

面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。

它们对力学性能的影响：使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等。

第二章材料的力学行为1、说明下列力学性能指标的名称、单位及其含义。

工程材料知识工程材料是指在工程结构中使用的材料，包括金属材料、非金属材料、复合材料和高分子材料等。

其质量和性能直接关系到工程安全和可持续发展。

因此，对于工程材料的知识，对于工程师来说至关重要。

1. 金属材料金属材料是工程结构中最常用的材料之一。

它具有强度高、容易加工、抗腐蚀、导电、导热和廉价等特点。

根据组织结构，金属材料可以分为晶体、多晶体和非晶体三种；根据化学成分，可以分为铁基材料、有色材料和稀有金属材料三种。

工程师需要了解这些不同种类材料的特点以及如何选取适合的金属材料来应用于电子、机械、建筑和航空等各种领域。

2. 非金属材料非金属材料是组成工程结构的另一类重要材料。

它包括陶瓷、玻璃、聚合物和半导体等。

这些材料通常具有较低的密度、良好的耐热性、耐腐蚀性和高的绝缘性等特点。

非金属材料在建筑、电子、医疗、能源和环境等领域中有广泛的应用。

工程师需要了解这些不同种类的材料的物理和化学特性以及工程结构中如何选择和应用这些材料。

3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上不同材料组合而成，具有比单一材料更高的性能和应用价值。

常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维增强复合材料和Kevlar纤维增强复合材料等。

复合材料具有轻质化、高强度和高刚度等特点，因此在航空、汽车、运动器材和建筑等领域有很广泛的应用。

工程师需要了解复合材料的制造和组合技术并为工程结构选择适合的复合材料。

4. 高分子材料高分子材料是一类相对新的工程材料，它们由重复单元组成，具有较好的可溶性、成型性、成本低和良好的力学性能等特点。

高分子材料包括塑料、橡胶和纤维等。

这些材料在汽车、医疗、包装和电子等领域中有广泛的应用。

工程师需要了解高分子材料的化学结构和物理性能，以及在不同的应用中如何选择和使用这些材料。

总之，工程材料知识对于设计和开发安全、可靠的工程结构至关重要。

工程师需要了解材料的物理和化学特性，以及如何选择和使用不同种类的材料来确保工程结构在使用过程中的安全性和性能。

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?。

第1章工程材料的基本知识第1章工程材料的基本知识主要内容：1.1金属材料1.2非金属材料的力学性能一、工程材料的种类：工程材料：金属材料、非金属材料和复合材料；1、金属材料：黑色金属、有色金属2、非金属材料：高分子材料、陶瓷材料3、复合材料：金属基复合材料、非金属基复合材料1、使用性能：力学性能、物理性能、化学性能；2、工艺性能：铸成性能、切削性能、冲压性能、焊接加工性能、热处理性能；二、工程材料的主要性能：1.1金属材料金属材料的力学性能也表示机械性能，指金属材料出外载荷1.1.1金属材料的力学性能促进作用下，其抵抗变形和毁坏的能力；特别注意：材料在相同的外部条件和载荷促进作用下，可以呈现相同的特性；例如：常温状态下和低、低温状态下金属材料的力学性能就不一样；静载荷和动载荷促进作用下金属材料的力学性能也不一样；常见的金属材料的力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等；1、强度和塑性(1)强度强度就是指金属材料出外(静)载荷促进作用下抵抗塑性变形和脱落的能力。

强度指标通常用单位面积所忍受的载荷(即力)则表示，符号为σ,单位为mpa。

工程中常用的强度指标存有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度就是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的形变，或已经开始发生塑性变形时的最高形变值，用σs则表示。

抗拉强度就是指金属材料在拉力的促进作用下，被折断前所能够忍受的最小形变值，用σb则表示。

对于大多数机械零件(例如压力容器),工作时不容许产生塑性变形，所以屈服强度就是零件强度设计的依据；对于因脱落而失灵的零件(例如螺栓),而用抗拉强度做为其强度设计的依据。

(2)塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。

伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。

断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。

伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。

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。

大一建筑工程材料知识点建筑工程材料是指在建筑工程中使用的各种材料，包括金属材料、非金属材料、有机材料等。

在大一学习建筑工程专业时，了解和掌握一些基本的建筑工程材料知识是非常重要的。

本文将介绍一些大一建筑工程材料的基本知识点。

一、水泥水泥是建筑工程中最常用的材料之一，它具有很强的黏结力和硬化性能。

水泥主要用于混凝土、砂浆和石膏制品的制作。

根据用途的不同，水泥可以分为普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、石膏水泥等。

二、混凝土混凝土是由水泥、砂子、骨料和适量水按照一定比例搅拌而成的一种人工建筑材料。

混凝土具有良好的抗压强度和耐久性，被广泛应用于建筑工程中的基础、柱、梁、板等构件的制作。

三、砖砖是一种常用的建筑材料，它可以分为砖墙砖和空心砖两种。

砖墙砖通常用于墙体的搭建，而空心砖则多用于隔墙、隔音墙等场合。

砖具有良好的抗压强度和隔热性能，在建筑工程中发挥着重要的作用。

四、钢筋钢筋是一种常用的金属材料，它主要用于混凝土结构中的增强作用。

钢筋具有良好的抗拉强度和延展性，可以有效增加混凝土结构的强度和韧性。

五、玻璃玻璃是一种无机非金属材料，它具有透明、坚硬、耐腐蚀等特点。

玻璃在建筑工程中主要用于窗户、阳光房等部位的装饰和隔离。

不同类型的玻璃具有不同的特性，如单层玻璃、夹层玻璃、中空玻璃等。

六、木材木材是一种常用的有机材料，它具有轻便、隔热、吸音等特点。

木材在建筑工程中常用于楼梯、地板、门窗等部位的制作。

根据不同的用途和材质，木材可以分为实木、人造板、胶合板等。

七、屋面材料屋面材料主要用于建筑物的顶部覆盖，起到防水、隔热、保温、美观等作用。

常见的屋面材料包括石板、瓦片、沥青瓦等。

总结：以上介绍了大一建筑工程专业中常见的一些材料知识点，包括水泥、混凝土、砖、钢筋、玻璃、木材和屋面材料等。

这些材料在建筑工程中扮演着重要的角色，了解它们的特性和应用是建筑工程专业学习的基础。

学习建筑工程材料知识有助于提升对建筑工程的理解和应用能力。