工程熱力學(xué)材料

工程材料的種類：按組成特點可分為金屬材料、陶瓷材料、

高分子材料、復(fù)合材料

高分子材料：以高分子化合物或高分子聚合物為主要組分所

構(gòu)成的材料成為高分子材料

高分子材料種類：塑料、合成纖維、橡膠、膠黏劑

陶瓷材料：分為普通陶瓷材料、特種陶瓷材料、金屬陶瓷

材料

復(fù)合材料：復(fù)合材料是由幾種材料通過復(fù)合工藝組合而成的

新型材料，，它既能保留原組成材料的主要特性，

乂能通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能,

還可以通過材料設(shè)計使各組分的性能互相補充

并彼此關(guān)聯(lián)，從而使材料具有新的優(yōu)越性能

強(qiáng)度指標(biāo)：彈性極限、屈服強(qiáng)度

塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形的能力，可用伸長率

和斷面收縮率表示

硬度指標(biāo)的試驗方法：1）布氏硬度2）洛氏硬度3）維式

硬度

沖擊韌性：是反映金屬材料對外來沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一

般由沖擊韌性值（ak）和沖擊功（Ak）

工程材料的工藝性能包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、

熱處理性能、切削加工性能

常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排

六方品格

晶體缺陷：點缺陷、線缺陷、面缺陷

點缺陷：在三維空間各個方向上尺寸范圍約為一個或幾個原

子間距的缺陷

線缺陷：三維空間中兩維方向的尺寸較小、另一維方向的尺

寸相對較大的缺陷

面缺陷：三維空間中兩維方向上尺寸較大、另一維方向上尺

寸很小的缺陷

合金：兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素

組成的、具有金屬特性的材料

由兩個組元組成的合金稱為一元合金，由兩個以上組元組成

的合金稱為多元合金

合金相的結(jié)構(gòu)大致可分為固溶體和化合物兩大類

固溶體中，晶格類型保持不變的組元稱為溶劑，其余組元稱

為溶質(zhì)

高分子鏈主要有線型、支化型和體型

高分子材料的聚集態(tài)：晶態(tài)、部分品態(tài)、非品態(tài)

陶瓷的典型組織有晶相、玻璃相、氣相

氣相：氣相是陶瓷材料中的氣孔

加聚反應(yīng)：一種或幾種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)

縮聚反應(yīng)：一種或幾種單體相互作用連接成聚合物，同時析

出新的低分子化合物的反應(yīng)

物質(zhì)由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程稱為凝固

過冷液態(tài)金屬中晶核的形成有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種

方式

鑄錠組織的晶區(qū)組成：細(xì)等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、等軸晶區(qū)

鐵碳合金中的基本相：鐵素體、奧氏體、滲碳體

屬于固溶體的相有鐵素體、奧氏體，屬于化合物的有相有滲

碳體

根據(jù)鋼的成分不同，有三種轉(zhuǎn)變方式：共析鋼、亞共析鋼、

過共析鋼

改善金屬材料性能的方法:熱處理、合晶化、細(xì)晶強(qiáng)化、冷變

形等

熱處理是將金屬材料在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫

度下保持一段時間，然后以一定的冷卻速度冷

卻下來，以改變材料整體或表面組織，從而獲

得所需使用性能或工藝性能的一種熱加工工藝

鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理。常用的整體

熱處理有退火、正火、淬火、回火，表面熱處

理分為表面淬火與化學(xué)熱處理

熱處理通常由加熱、保溫、冷卻三個階段組成

珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變包括奧氏體晶核的形成、晶核的長大、

殘余滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化四個階段

退火是將鋼加熱至適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻

的熱處理工藝

正火又稱?；?，是將工件加熱至Ac3或Accm以上30-50攝氏度,

保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧

或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝

淬火是將鋼加熱到臨界溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體

化，然后以大于臨界冷卻速度的冷卻快冷到Ms以下進(jìn)

行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝

回火是將淬火后的鋼件加熱至A1以下某一溫度，保溫一段時間，然

后冷卻至室溫的熱處理工藝

陶瓷增韌：（1）晶須或纖維增韌

（2）顆粒彌散強(qiáng)化增韌

（3）氧化錯相變增韌

（4）顯微結(jié)構(gòu)增韌：1）晶粒的超細(xì)化與納米化

2）晶粒形狀自補強(qiáng)增韌

（5）表面強(qiáng)化和增韌：1）表面微氧化技術(shù)

2）表面退火處理

3）離子注入表面改性

4）其他方法

（6）復(fù)合增韌

碳鋼：以用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼

P107碳鋼的編號

碳鋼中的常存元素：鎰、硅、硫、磷

碳鋼存在以下不足：淬透性低、碳鋼的強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低、

碳鋼的回火穩(wěn)定性差、特殊性能差

合金鋼的分類：1）按合金元素的含量，可分為低合金鋼、

中合金鋼、高合金鋼

2）按小試樣正火或鑄造狀態(tài)的顯微組織，

可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏

體鋼、萊氏體鋼

3）按用途分為：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、

特殊性能用鋼

合金元素在鋼中的作用：提高鋼的力學(xué)性能、提高鋼的淬透

性、提高鋼的回火穩(wěn)定性、使鋼具有特殊性能

工程用合金結(jié)構(gòu)鋼，1）成分特點：低碳、加入以鎰為主的

合金元素、加入鋁、鈦或鈕等輛加

元素

2）性能要求：高強(qiáng)度、高韌性、良好

的焊接性能和冷成形性能、低的冷

脆轉(zhuǎn)變溫度、良好的耐蝕性

合金刃具鋼，1）用途：主要用于制造各種金屬切削刀具，

車刀、銃刀、鉆頭等

2）性能要求：高硬度、高耐磨性、高熱硬性、

足夠的塑性和韌性

合金模具鋼：分為冷作模具鋼、熱作模具鋼

不銹鋼成分特點：1）C含量2）Cr含量3）Ni含量4）加

入Mo、Cu、Ti、Nb、Mn、N等，Cr

在非氧化性酸和堿溶液中的鈍化能

力差，加入Mo、Cu等元素，口J提高

鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力

灰口鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵

滑動軸承合金的性能要求：1）強(qiáng)度和硬度高，以承受軸頸

的壓力

2）韌性好、疲勞強(qiáng)度高，以承

受軸頸的振動、沖擊以及周期性的

交變載荷

3）摩擦系數(shù)小，并能儲存潤滑

油，以減輕軸頸的磨損

4）良好的導(dǎo)熱性、耐蝕性和較

小的膨脹系數(shù)，以防與軸頸咬合

5）良好的磨合能力，使載荷均

勻分布

6）良好的加工工藝性

塑料是一種以有機(jī)合成高分子化合物為主要組成的高分子

材料

塑料助劑：填料或增強(qiáng)材料、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑、阻

燃劑、抗靜電劑

塑料的分類：熱塑性塑料、熱固性塑料

熱塑性特點：加熱時軟化并熔融，可塑造成型，冷卻后即成

型并保持既得形狀，而且該過程可

反復(fù)進(jìn)行

熱固性塑料特點：初加溫時軟化，可塑造成型，但固化后再

加熱將不再軟化，也不溶于溶劑

工程塑料的主要性能特點：質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐熱性高、

化學(xué)穩(wěn)定性好、優(yōu)良的電絕緣性、

力學(xué)性能優(yōu)良、加工成形能耗少

膠黏劑：膠黏劑又稱黏合劑或黏結(jié)劑，膠黏劑是以黏料位、

為主劑或基料，配合各種固化劑、

增塑劑、稀釋劑、填料以及其他助

劑等配制而成

常見膠黏劑：樹脂型膠黏劑、橡膠型膠黏劑、復(fù)合型膠黏劑、

耐熱膠黏劑

樹脂型膠黏劑：分為熱塑性樹脂膠黏劑、熱固性樹脂膠黏劑

傳統(tǒng)陶瓷所用原料主要為黏土、石英和長石

玻璃：普通玻璃、鉛玻璃、硼硅酸鹽玻璃、石英玻璃、鋼化

玻璃、微晶玻璃

復(fù)合材料是將兩類或兩類以上的固體材料組合得到的材料,

其中一類稱為基體相，其余稱為強(qiáng)

化相；基體相可以是金屬、陶瓷或

聚合物，強(qiáng)化相可以是纖維、板片

或顆粒的形式分布于基體相中

復(fù)合材料的性能特點：高的比強(qiáng)度和比模量、良好的抗疲勞

性能和抗斷裂性能、良好的高溫性

能、優(yōu)異的減震性能、其他特殊性

能

陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用：P234

鑄造是指將液態(tài)金屬澆入與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型

腔中冷卻凝固后得到毛坯或零件的

一種工藝

金屬液的充型能力：流動性、鑄型條件、澆注條件、鑄件結(jié)

構(gòu)

合金液的收縮：收縮是指金屬液在鑄型中從液態(tài)冷卻到室溫

時體積和尺寸的縮小。從澆注溫度

到室溫，經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮、

固態(tài)收縮

收縮的影響因素：金屬成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型條

件

鑄造內(nèi)應(yīng)力分為收縮應(yīng)力、相變應(yīng)力、熱應(yīng)力

根據(jù)氣體的來源可分為侵入氣孔、析出氣孔、反應(yīng)氣孔

熔模鑄造的工藝過程：1）制蠟?zāi)?）結(jié)殼3）脫蟒4）焙

燒5）澆注

冷塑性變形對金屬的顯微組織及力學(xué)性能的影響：1）晶粒