工程材料的基本知识
§4-1 工程材料的種類及性能
1. 常用工程材料的種類 1)金屬材料: 包括黑色金屬（鋼鐵）和有色 金屬材料 2)工程陶瓷: 由金屬和非金屬元素的化合物 所構成的各種無機非金屬材料 3)有機高分子材料：工程中常見的有塑料、 橡膠和膠黏劑 4)複合材料：將上述兩種或多種單一材料人工 合成在一起的材料
彈性體
•分類 •天然橡膠：從天然植物中採集到的一種聚乙戊
二烯為主要成分的高聚物，用來製造輪胎，也 可製作膠帶、膠管及各種橡膠製品，如刹車皮
合成橡膠：基本性能和用途與天然橡膠相似，可 用於某些特殊場合，如耐高温、低温的矽橡膠， 耐油的聚硫橡膠和丁腈橡膠，特别耐腐蝕的氟橡 膠等。
2. 陶瓷
•用各種粉狀原料做成一定形狀後，在高温窯爐 中燒製而成的一種無機非金屬固體材料
§4-2 常用金屬材料
1. 碳鋼和合金鋼 碳鋼 ：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 合金鋼：Байду номын сангаас種金屬合金鋼
2. 鑄鐵 灰鑄鐵 球墨灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 合金鑄鐵
3. 有色金屬材料
碳鋼 低碳鋼：含碳量低於 0.30% 強度較差，但有較好的成型性 中碳鋼：含碳量在 0.30% ~ 0.50% 中等強度、延展性及硬度 高碳鋼：含碳量在 0.50% ~ 0.95% 具較耐磨耗特性，故適用於表面 長久受到磨耗之工具，如農具。
•目的使材料的硬度與強度增加，但材料也 會變的較脆。
✓回火 •回火就是把已經淬火的鋼件重新加熱到某 一温度，適當保温後，冷卻到室温的熱處 理過程。
斷裂韌性、强的減震能力、高温性能好、抗潛 變能力强、以及優良的減摩性和耐蝕性等特 點，它還有良好的加工性能。
2）常用複合材料 •纖維增强複合材料 •層疊增强複合材料 •顆粒增强複合材料 •骨架複合材料
§4-4 金屬材料的熱處理
1. 鋼的整體熱處理 2. 鋼的表面熱處理
1. 鋼的整體熱處理
✓退火 •將鋼件加熱到適當温度，保温一定時間， 随後緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態組織的 熱處理過程。
青銅以錫為主添加元素，有高的耐磨性、耐腐 蝕性，好的力學性能與鑄造性能，常用以製造 耐磨、減摩擦及耐蝕零件，如齒輪、軸承等。
無錫青銅比錫青銅具有更高的力學性能、耐磨性 和耐蝕性，主要有：鋁青铜，錳青銅等。
§4-3 非金屬材料
1. 常用高分子材料 (1)塑料 (2)橡膠
2. 陶瓷 3. 複合材料
1. 常用高分子材料
合金鋼
鎳可改良材料的韌性、硬化能及抗腐蝕能力
(硬化能愈大，代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化 的深度愈深，但硬化能大並不代表能經由淬火而獲得 更大的硬度。)
鉻可增加硬化能、抗磨耗的能力、高溫強度， 尤其高濃度的鉻可大大提高抗腐蝕的能力，所 以是不銹鋼的重要成份。
硫、磷、鉛可改良鋼的切削性
灰鑄鐵 生產過程簡單，抗壓强度高，耐磨性、消振 性好，抗拉强度稍低，韌性差，常應用於引 擎汽缸體、機械底座、支架等。
2）力學性能-塑性 材料在外力作用下產生塑性變形而不斷裂的能力
伸長率 L1L010% 0
L0
3）力學性能-硬度 硬度是衡量材料軟硬程度的指標。硬度越高， 表示材料抵抗局部塑性變形的能力越大，材料 的耐磨性也較好。
勃式硬度 用 HB 表示 洛式硬度 用 HRB(較軟金屬)或 HRC(較硬金屬)表示
(1)塑料 •以樹脂為主要成分的有機高分子固體材料 •質量輕、比强度高，耐腐蝕性好，絕緣性能優
異，減摩擦、耐磨及自潤滑性能突出，消音吸 振性强，易成型加工，以及其它特殊性能 。
•分類 按樹脂受熱後性質：熱塑性塑料、熱固性塑料 按塑料使用範圍：通用塑料、工程塑料和特種 塑料
(2)橡膠 •以生膠為基礎加入適量的填加劑組成的高分子
球墨灰鑄鐵 為可熱處理的鑄鐵，具中高強度與好的切削性， 可應用於製造曲柄軸、連桿等。
可鍛鑄鐵 強度、軔性與塑性都較灰鑄鐵佳，可應用於製 造曲柄軸、連桿等
有色金屬材料
鋁及其合金：質量輕、比强度和比剛度高、 導電導熱性好、耐腐蝕，因而廣泛用於飛機 製造業，成為航空等工業的主要材料。
銅及其合金：
黄銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金
(2)工程材料的物理、化學及加工性能
物理性能：指材料在重力、電磁場、熱力等物理 因素作用下所表現出來的性能或屬 性，包括材料的密度、熔点、導電性、 磁性能、導熱性、熱膨脹性等
化學性能：主要指材料的抗氧化性、耐蝕性和耐酸 性等，反映了材料在常温或高温環境下 抵抗各種化學作用的能力。
材料加工性能：指材料對各種加工方式的適應性
§4-1 工程材料的種類及性能
2. 工程材料的主要性能 (1)工程材料的力學性能 1）强度 2）塑性 3）硬度 4）衝擊韌性 5）疲勞强度 6）耐磨性 (2)工程材料的物理、化學及加工性能
1）力學性能-强度 强度是指在外力作用下材料抵抗變形與斷裂的能力
應力 P A0 應變 (LL0)/L0 (1)彈性極限 e 彈性模E數 (2)降伏極限 y (3)抗拉強度 u
Rockwell Hardness Test (洛式)
4）力學性能-衝擊韌性 材料在衝擊負荷作用下抵抗斷裂的一種能力， 用標準試樣受衝擊器作用所吸收的能量表示。
5）力學性能-疲度強度
材料在無數次重複“交變應力”作用下，而不引 起斷裂的最大應力值。
Fatigue test
6）力學性能-耐磨性 材料在一定工作條件下抵抗磨損的能力。 用體積磨損量、質量磨損量和長度磨損量來評定。
•具有硬度高、抗壓强度大、耐高温、不怕氧化 和腐蝕、隔熱絕緣性能好等特性
•分類
普通陶瓷：廣泛用於建築、日用、衛生、化工、 紡織、高低壓電器等行業的結構件和用品
特種陶瓷：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物 陶瓷
3. 複合材料 1）複合材料的組成及性能特點
․複合材料至少由兩大類組成：基體相和增强相 ․具有高比强度和比剛度、高的抗疲勞性、高的
•目的是使組織與成份均匀化、或是消除殘 留應力、或是消除内應力、或是消除鋼中 的氫。
✓正常化 •鋼件加熱到某一温度以上，保温適當時間 後，在空氣中冷卻的熱處理過程。
•目的改善鋼的組織和性能，可作為最終熱 處理而直接使用。
✓淬火 •將鋼件加熱到某一温度以上，保温一段時 間，然後以大於臨界冷卻速度冷卻，以獲 得麻田散鐵組織的熱處理過程