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课程编号：486
学分：学分：64学时（其中理论学时：60学时，实验学时：4学时）
适用专业：机械及近机械类专业

一、课程简介
《材料科学概论》课程是机电相关专业必修的学科基础课。课程的重点是研究金属材料的性能与成分、组织及热处理之间的关系，为学习有关课程及合理选用材料奠定必要的基础。学习本课程的目的是使学生通过学习在掌握工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具备根据零件使用条件和性能要求，对零件进行合理的选材及制定零件工业路线的初步能力。
课程的任务是从工程的应用角度出发，阐明工程材料的基本理论，了解材料的化学成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系及其变化规律，了解控制结晶、塑性变形、热处理和合金化等强化材料手段的的基本原理。掌握常用机械工程材料及其应用等基本知识，培养学生分析问题和解决问题的能力，同时为后继课程的学习打好基础。

二、课程教学的基本要求

本门课程的先修课程为：大学物理。使用的教学媒体主要有文字教材、录像教材和网上教学辅导。网上教学与面授辅导，考试方式采取形成性考核与终结性考核相结合。

三、课程内容的重点、难点
1.金属材料的力学性能（4学时）
强度与塑性；硬度；韧性与疲劳强度；蠕变极限与持久强度。
教学目标：掌握常用金属材料的力学性能指标的内涵及表示方法。
重    点：强度与塑性；硬度；韧性与疲劳强度；蠕变极限与持久强度。
难    点：力学性能指标的获取。
2.纯金属与合金的晶体结构（4学时）
纯金属的晶体结构；纯金属的实际晶体结构；合金的晶体结构。
教学目标：掌握晶体的概念；了解金属材料的晶体结构及其表示方法。
重    点：晶体结构；典型金属晶格、晶格参数；晶体缺陷。
难    点：晶面与晶向指数；晶体缺陷；固溶体。
3.纯金属与合金的结晶（4学时）
纯金属的结晶；合金的结晶；合金的性能与相图的关系。
教学目标：掌握金属的结晶规律、二元合金相图；了解合金的性能与相图的关系。
重    点：纯金属的结晶条件、过程及铸态组织；二元合金相图及相图分析；合金的性能与相图的关系。
难    点：铸态组织；二元合金相图；二元合金相图中的杠杆定律；合金的性能与相图的关系。
4.铁碳合金（4学时）
铁碳合金中的基本相；铁碳合金相图；相图的应用；双重相图。
教学目标：掌握铁碳合金中的基本相、相图及相图的应用；了解铁碳合金双重相图。
重    点：铁碳合金中的基本相、相图及相图的应用；铁碳合金双重相图。
难    点：相图的应用；铁碳合金双重相图。
5.热处理（8学时）
金属材料的强化；钢的热处理；钢的合金化；表面技术。
教学目标：了解铁碳合金的强化原理与方法；掌握钢的热处理概念及基本工艺；了解钢的合金化；了解表面技术的概念。
重    点：钢的热处理原理与工艺；钢的合金化。
难    点：热处理中的组织转变及转变产物的形态与性能，退火、正火、淬火、回火及表面热处理的工艺特点和应用。

6.非金属材料及复合材料的结构与性能（4学时）
高分子材料的结构与性能；陶瓷材料的结构与性能；复合材料的结构与性能。
教学目标：了解非金属材料及复合材料的结构与性能。
重    点：高分子、复合材料的结构与性能。
难    点：复合材料的结构。
7.非金属材料的改性（4学时）
高分子材料的改性；陶瓷材料的改性。
教学目标：了解高分子材料与陶瓷材料的改性原理与方法。
重    点：高分子材料与陶瓷材料的改性原理与方法。
难    点：高分子材料的化学改性；陶瓷材料的相变韧化。
8.复合材料的增强机制及性能（2学时）
纤维增强复合材料的增强机制及性能；颗粒增强复合材料的增强机制及性能；片层增强复合材料的增强机制及性能。
教学目标：了解复合材料的增强机制及性能。
重    点：纤维增强复合材料的增强机制及性能。
难    点：复合材料的增强机制。
9.工程材料简介（6学时）
金属材料；高分子材料与陶瓷材料；复合材料；功能材料与智能材料。
教学目标：掌握常用工程材料的类别、编号方法、性能特点及用途。了解复合材料、功能材料与智能材料的特点与发展。
重    点：金属材料的类别、编号方法、性能特点及用途。
难    点：金属材料的编号方法。
10.工程材料的选用与应用（2学时）
选材的一般原则；力学性能指标在选材中作用；典型工程制件的选材与工艺
教学目标：掌握选材的一般原则；了解力学性能指标在选材中作用；了解典型工件的选材与工艺路线。

四、本课程理论教学知识点掌握的基本要求
第1章材料的力学性能
1.弹性极限σe
材料所能承受的、不产生永久变形的最大应力
材料在弹性范围内，应力σ和应变ε的关系服从虎克定律，也就是说应力与应变成正比：σ=Eε
2. 屈服强度
当应力值到达s点时，曲线上出现了水平的波折线，表明即使外力不增加试样仍能继续伸长，出现屈服现象。发生屈服所对应的应力值即为屈服强度(yield strength)，用σs表示。
3. 抗拉强度
B点是拉伸曲线的最高点，均匀塑性变形与非均匀塑性变形的分界点；
B对应的应力是材料在破断前所能承受的最大应力，称为抗拉强度(tensile strength)，用σb表示；
σb反映材料抵抗断裂破坏的能力。
4. 断裂强度σk
应力超过b点后，缩颈处迅速伸长，应力明显下降，在k点处断裂，所对应的应力值称为断裂强度σk。
5. 伸长率δ    试样拉断后, 标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
6. 断面收缩率ψ
试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。
7. 布氏硬度(HBW)
标注方法：硬度值+HBW+D+F+t
例如：120HBW10/1000/30
表示直径为10mm的硬质合金球在1000kgf载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
8. 洛氏硬度用符号HR表示
根据压头类型和主载荷不同，分为15个标尺，常用的标尺为HRA、 HRB、 HRC。
9. 用试样缺口处的截面积A去除AK即得到冲击韧度，用aK表示。        aK=AK/A（J/cm2）
10. 当试验温度低于Tk时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态，Ak-T曲线的转变温度被称为韧脆转变温度。
11. 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂的最大应力，用s-1表示。
条件疲劳极限;如曲线2疲劳曲线没有水平部分规定某一循环周次下断裂的应力。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
12. 断裂韧性KIC ：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。
sC为断裂应力，aC为临界裂纹半长
KＩ＞ KIC，材料必发生裂纹失稳扩展而脆断。
KＩ＜ KIC，材料中裂纹不扩展或扩展缓慢。
KIC越高，裂纹体断裂前能承受的应力值越大，可通过试验来测定，它与材料成分、热处理及加工工艺等有关。

第二章金属的晶体结构与缺陷
1. 结合键
原子、离子或分子之间的相互作用力称为结合键。
一般可将结合键分为离子键、共价健、金属键和分子键四种。
NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成。
最具有代表性的共价晶体为金刚石。
属于共价晶体的还有SiC、Si3N4、BN等化合物。
金属正离子和电子气之间产生强烈的静电吸引力，使全部离子结合起来。这种结合力就叫做金属键。
一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间以微弱的静电引力结合起来，形成的结合键叫分子键。
高分子材料,大分子内的原子之间由很强的共价键结合，而大分子与大分子之间的结合力为较弱的范德华力即分子键。
2. 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
晶格常数：晶胞各边的尺寸 a、b、c。
晶轴：坐标轴x、y、z轴
3. 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
配位数及致密度：配位数是指晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
4. 体心立方晶格
原子个数：2
配位数： 8
致密度：0.68
常见金属：a-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等
5. 面心立方晶格
原子个数：4
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： g-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
6. 密排六方晶格
原子个数：6
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
7. 晶界：晶粒之间的交界面。
晶粒越细小，晶界面积越大。
多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
8. 空位：晶格中的某些结点未被原子占据留下的位置。
间隙原子：晶格空隙处被原子占据，原子处在晶格空隙之间。
点缺陷的存在，使晶格发生了扭曲，产生了晶格畸变，使金属的电阻率增大，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
9. 线缺陷—晶体中的位错
位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界
10. 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。
半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。
半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”
11. 面缺陷—晶界与亚晶界
晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原子间距，位向差一般为20~40°。
12. 亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(1° ~2 °)的小晶块。
亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。
13. 合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
组成合金的元素可以全部是金属，也可是金属与非金属。
组成合金的元素相互作用可形成不同的相。
14. 固溶体
合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶
体。习惯以a、b、g表示
15. 置换固溶体
溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。金属和金属形成的固溶体是置换固溶体。
溶质原子呈无序分布的为无序固溶体，呈有序分布的有为序固溶体。
16. 间隙固溶体
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。
形成间隙固溶体，溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。
17. 金属化合物
合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。
1）正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si
2）电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。
电子浓度为价电子数与原子数的比值。
3）受原子尺寸因素控制化合物—由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金属元素组成。
第三章金属的结晶与二元相图
1. 物质由液态到固态的转变过程称为凝固。
如果液态转变为结晶态的固体，这个过程称为结晶。
纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点Tm低，这种现象叫做过冷。
Tm与Tn的差值⊿T叫做过冷度。
2. 自发形核(均匀形核)：在液态金属中，时聚时散的近程有序的原子集团是形成晶核的胚芽，即晶胚。
当温度降到结晶温度以下时，短程有序的原子集团即晶胚变得稳定，不再消失，成为结晶核心。这个过程叫自发形核。
3. 非自发形核（非均匀形核）：实际金属内部往往含有许多其它杂质。当液态金属降到一定温度后，有些杂质可附着金属原子，成为结晶核心，这个过程叫非自发形核。
4. 晶粒度
晶粒的大小用晶粒度表示
n=2N-1
n为放大100倍视野中单位面积内的晶粒数；
N为晶粒度级别
N越大，晶粒越细小
细化晶粒会使材料的强度、硬度、塑性和
韧性等都显著提高
5.细化晶粒
1）提高过冷度
在工业上增加过冷度是通过提高冷却速度来实现的。
采用导热性好的金属模代替砂模；在模外加强制冷却；在砂模里加冷铁以及采用低温慢速浇铸等都是有效的方法。
对于厚重的铸件，很难获得大的冷速，这种方法的应用受到铸件尺寸的限制。
2）变质处理
外来杂质能增加金属的形核率并阻碍晶核的生长。
如果在浇注前向液态金属中加入某些难熔的团体颗粒，会显著地增加晶核数量，使晶粒细化。这种方法称为变质处理，加入的难熔杂质叫变质剂。
变质处理是目前工业生产中广泛应用的方法。
如往铝和铝合金中加入锆和钛；往钢液中加入钛、锆、钒；往铸铁铁水中加入Si—Ca合金都能达到细化晶粒的目的。
3）振动、搅拌
在浇注和结晶过程中实施搅拌和振动，也可以达到细化晶粒的目的。
搅拌和振动能向液体中输入额外能量以提供形核功，促进晶核形成；
可使结晶的枝晶碎化，增加晶核数量。
搅拌和振动的方法有机械、电磁、超声波法等。
6. 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。
7. 共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程
8. 铁碳合金的相
(1)液相 L
(2)δ相：高温铁素体，在1394℃以上存在
碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。
(3) 铁素体：
碳在a-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或a 表示。
δ -铁素体，a-Fe
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
(4) 奥氏体:
碳在g -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 g表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。
(5) 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。
Fe3C硬度高（950-1050HV）、强度低(sb»35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零，一般呈片状，网状，条状和球状
第4章金属的塑性变形及再结晶
1. 单晶体的塑性变形机制有两种，即滑移和孪生。
2. 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
3. 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
4. 纤维组织形成    金属发生塑性变形时，外形发生变化，其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状。
5. 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。
第5章钢的热处理
1. 热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.
2. 预备热处理与最终热处理
预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。
最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理.
3. 共析钢的奥氏体的形成过程也符合一般相变规律，是晶核的形成和长大的过程。分为四个阶段：奥氏体的形核、奥氏体的长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。
4. 过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1 以下在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线.又称C 曲线、S 曲线或TTT曲线。
5. 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。
孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.
孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃。
在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。
6. A1-550℃范围为高温转变区，其转变产物为珠光体，故又称为珠光体转变区；
550℃-Ms范围为中温转变区，转变产物为贝氏体，又称为贝氏体转变区；
当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。
由于马氏体转变发生在比较低的温度区域内，在转变过程中铁和碳原子都不能进行扩散，因而不发生浓度变化，马氏体具有和奥氏体相同的化学成分.
7. 马氏体的形态分板条和针状两类。
C%<0.25%时，板条马氏体
在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。电镜下板条内的亚结构主要是高密度的位错，又称位错马氏体。
8. C%>1.0%C时   针状马氏体
立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。
在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。
9. 将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。
⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。
⑵ 消除内应力，防止加工或热处理中发生变形和开裂。
⑶ 细化晶粒，提高力学性能，为最终热处理作组织准备。
10. 正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~ 50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析钢加热到Accm+30~ 50℃保温后空冷的工艺。
正火比退火冷却速度大。
11. 淬火是将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.
淬火是应用最广的热处理工艺之一,淬火是钢最重要的强化方法.
亚共析钢的加热温度为Ac3 以上30~50℃，目的是使原始组织全部发生奥氏体化，防止淬火时有铁素体存在，降低钢的淬火硬度和强度；
过共析钢淬火温度: Ac1+30-50℃.
温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A’量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。
12. 常用淬火介质是水和油.
单液淬火法
加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。
双液淬火法
工件先在一种冷却能力强的介质中冷却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷.
分级淬火法
在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷(空冷或油冷)。
等温淬火法
将奥氏体化的工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，然后取出空冷,从而获得下贝氏体组织的淬火方法。
13.淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。
14. 淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。
15. 淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力.淬硬性主要取决于马氏体的碳含量
16. 回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。
17. 回火的目的
减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂；
提高钢的塑性和韧性，降低其脆性；
调整钢制零件的性能以满足使用要求；
稳定组织，以稳定工件的尺寸和形状。
18. 回火工艺
（1）低温回灭（150-250℃）
在该温度范围内，马氏体将发生分解，从过饱和a固溶体中析出弥散的ε(Fe2.4C)碳化物，使马氏体过饱和度降低。
析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种ε碳化物弥散分布在具有一定过饱和度的a铁素体上的组织称为回火马氏体
（2）中温回火（350-500℃）
碳素钢中温回灭时，ε碳化物转变为Fe3C，同时马氏体中也析出Fe3C,加热到350℃时，马氏体中的含碳量已降到铁素体的平衡成分
回火后得到大量细小颗粒状渗碳体弥散分布在针状饱和铁素体基体上，在电子显微镜下，细粒状渗碳体沿一定方向分布，这种组织称为回火托氏体
(3))高温回火（500-650℃）温度在500-650℃的回火称为高温回火。
渗碳体明显长大并球化，由片状变为粒状，由小颗粒变为大颗粒。
碳化物的聚集长大是通过α固溶体中碳的扩散实现的，小颗粒碳化物不断溶解并在大颗粒碳化物上析出而长大。同时α相发生再结晶，失去针状形态，形成等轴状铁素体。
19. 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。
表面淬火有感应淬火、火焰淬火、激光淬火等
20. 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。
第六章   工业用钢
1. 工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢是指含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。
合金钢是指为了提高钢的某些性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。
2. 渗碳钢是经渗碳后使用的钢种，主要用于制造要求具有高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮，内燃机的凸轮轴、活塞销等
（1）低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。
（2）中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。
（3）高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。
3. 调质钢是指采用调质处理（淬火加高温回火）后使用的钢种
主要用于制造汽车、拖拉机、坦克等的受力复杂的各类轴、杆、螺栓、万向节以及承受中等负荷、中等冲击作用的零件，中低速齿轮与齿轮轴等重要零件。
（1）低淬透性钢：
D0油<30~40mm, 常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。
（2）中淬透性钢：
D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。
（3）高淬透性钢：D0油>60mm, 常用40CrNiMo, 用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。
4. 弹簧钢
（1）碳素弹簧钢采用65、70、85、65Mn钢等，强度较高，价格便宜。因淬透性低，尺寸较大时水淬易变形，油中淬不透，因而只适用于制造小尺寸弹簧。
（2）Si、Mn弹簧钢，如55Si2Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。如汽车、拖拉机上的板弹簧和螺旋弹簧。
（3）Cr、V弹簧钢，如50CrVA，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。
5. 滚动轴承钢
应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；
大型轴承用GCr15SiMn。
这类钢还可用于制造模具、量具等.
6. 刃具钢
典型刃具零件的工作条件、失效方式及性能要求：
高硬度 (≥HRC60),主要取决于含碳量。
高耐磨性靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。
高热硬性即高温下保持高硬度的能力。
足够的韧性以防止脆断和崩刃。
7. 碳素工具钢
T + 数字
T表示“碳素工具钢” ；
数字表示平均含碳量的千分之几.
如T8—其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。
*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。
⑴ 热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火
球化退火目的：
① 降低硬度, 便于加工;
② 为淬火作组织准备。
8. 高速钢
制造高速切削刃具用钢。
主要性能特点是热硬性高，切削速度比碳素工具钢及低合金工具钢高1-3倍，耐用性提高4-9倍。切削温度达到600℃硬度仍能保持在55-60HRC.典型钢种有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
第7章铸铁
1. 铸铁的性能特点
（1)抗拉强度低，塑、韧性差，抗压强度高石墨与基体相比，由于其强度、硬度和塑性极低，可看成是分布在钢的基体上的空洞。石墨的存在，减小了铸铁件的有效承载面积，石墨尖端易产生应力集中，造成局部损坏并扩大，导致脆断。因此，石墨的数量越少，越接近球形，铸铁的强度、塑韧性越好。铸铁的抗压强度高，相当于抗拉强度的2-4倍。
（2）耐磨性、减振性好，缺口敏感性低铸铁表面石墨易脱落，可作为固体润滑剂；脱落后留下的显微孔洞可储存润滑油，也可容留磨损产生的磨粒。
石墨的质地松软，能吸收振动能量，石墨的存在也破坏了基体的连续性，不利于振动能的传递，故铸铁的减振性好，与钢相比，灰铸铁的减振能力大6-10倍，
灰铸铁可作减振材料，如制造机床的床身：因灰铸铁中含有片状石墨，相当于原始存在的缺口，因而对后来的人为缺口不再敏感。
（3）铸造性能优良，切削加工性好，压力加工及焊接性差
铸铁的熔点低，接近共晶成分，铁液的流动性好，铸造收缩率小，故其铸造性能优良。石墨的存在使得切削时切屑易断，对刀具磨损小。塑、韧性差使得压力加工性差。
铸铁还有工艺简单、成本低廉等特点，用铸铁代替钢可节约金属材料。

2. 灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。牌号：HT+数字，数字表示最低抗拉强度。
化学成分：wc2.5-4.0%,
wSi1.03-.0%,wMn0.5-1.3%
灰铸铁的常见牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等，前面的字母代表灰铸铁，后面的数字表示最低抗拉强度。
3. 可锻铸铁
用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。
常用牌号有黑心可锻铸铁KTH300-06(KTH为黑心可锻铸铁的代号，300-06代表抗拉强度为300MPa、断后伸长率为6％）、KTH350-10；珠光体可锻铸铁KT450-06、KTZ700-02(KTZ为珠光体可锻铸铁的代号）；白心可锻铸铁KTB350-04、KTB450-07等。
4. 球墨铸铁的牌号、性能及应用
球墨铸铁的常见牌号有铁素体基体的QT400-15、铁素体+珠光体基体的QT500-7、珠光体基体的QT700-2、贝氏体或回火马氏体基体的QT900-2（QT为球墨铸铁的代号，400-15代表最低抗拉强度为400MPa、最低断后伸长率为15％）等。
与灰铸铁相比，球墨铸铁的强度、塑性和韧性要高得多，并保持有减振、耐磨、缺口不敏感等特性，但是铸造收缩率比灰铸铁大了近3-4倍。
5. 蠕墨铸铁的组织：
基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G
第8章    有色金属及其合金
1.纯铝
物理性能
外观：银白色；
周期表中的位置：第Ⅲ周期主族，Z=13，化合价为+3价；
晶体结构：面心立方，无同素异构转变。
熔点：660℃；
密度：2.72g/cm3，约为铁的1/3。
导电、导热性：仅次于金、银和铜。
2. 铝合金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。
（1）铸造铝合金：D点以右的合金。有共晶组织存在，液态金属流动性较好，适于铸造成形。
（2）变形铝合金：D点以左的合金，有单相固溶体区，可得到均匀的单相固溶体，塑性变形能力很好，适合进行变形加工。
3. 纯铜
物理性能：
铜是人类最早使用的金属之一。
外观：紫红色，又称紫铜。
在元素周期表中的位置：第Ⅳ周期、第Ⅰ副族。
原子序数：29。
常见化合价：+2价和+1价。
晶体结构：面心立方，无同素异构转变。
密度：8.93g/cm3，熔点：1084℃。
电、热、磁性能：导电、导热性优良，仅次于金、银，居于第三位。无磁性，抗外磁场干扰能力强。
4. 纯铜的强度不高，要满足制作结构件的要求，必须进行合金化，才能得到高强度铜合金。
合金化原理：固溶强化、时效强化及过剩相强化。
固溶强化的主要元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni等，在铜中的溶解度均>9.4%，有显著固溶强化效果。最大的固溶效果可使铜的σb由240MPa上升到650 MPa。
按化学成份分类：
（1）黄铜：以Zn为主要合金元素。
①普通黄铜：
H+铜含量；例：H62 ，平均Cu含量62%，余量为Zn。
②特殊黄铜：
H+主要合金元素符号+铜含量+－+添加元素含量。
例：HMn58-2 、含Cu量为58%，含Mn量2%，余量为Zn。
按化学成份分类：
（1）黄铜：以Zn为主要合金元素。
①普通黄铜：
H+铜含量；例：H62 ，平均Cu含量62%，余量为Zn。
②特殊黄铜：
H+主要合金元素符号+铜含量+－+添加元素含量。
例：HMn58-2 、含Cu量为58%，含Mn量2%，余量为Zn。
（ 3）青铜：除Zn 、Ni以外的其它元素为主要合金元素的铜合金。
按所含主要合金元素的种类分：锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜、锆青铜、铬青铜等。
加工青铜的代号：
Q+主要合金元素符号+主要合金元素含量－+添加元素含量。
5. 纯钛
物理性能
元素周期表中的位置：Ⅳa(第四周期、第四副族)。
原子序数：22
密度：4.509g/cm3，介于铝和铁之间。
6. 钛合金的分类及牌号
钛合金是按退火状态的组织分类的：
（1）α型钛合金
不含或只含极少量的β稳定元素；
退火态组织：单相α固溶体或α固溶体+微量金属间化合物。
牌号：TA+顺序号。
（2）β型钛合金
含有大量的β稳定元素；
退火态组织：单相β固溶体。
牌号：TB+顺序号。
（3）α+β型钛合金
含有α稳定元素Al，还含有一定量的β稳定元素；
退火态组织：α+β固溶体。
牌号：TC+顺序号。
第九章高分子材料
1. 高分子材料是指以高分子化合物为基础的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料按来源分为天然高分子材料，如松香、天然橡胶、淀粉等；半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料，如塑料、合成橡胶等。
2.按用途可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。塑料在常温下有固定形状，强度较大，受力后能发生一定变形。
橡胶在常温下具有高弹性。
纤维的单丝强度高。
有时把聚合后未加工的聚合物称为树脂，如电木未固化前称为酚醛树脂。
3. 按聚合反应类型可分为加聚物和缩聚物。加聚物是由加成聚合反应（简称加聚反应)得到的，链接结构与单体结构相同，如聚乙烯；而缩聚物是由缩合聚合反应（简称缩聚反应)得到的，聚合过程中有小分子（水、氨等分子）副产物放出，如氨基酸的缩聚反应。
4. 按聚合物的热行为可分为热塑性聚合物和热固性聚合物。热塑性聚合物的特点是热软冷硬，如聚乙烯；热固性聚合物受热时固化，成型后再受热不软化，如环氧树脂。
第11章复合材料
1.性能特点
1)比强度和比模量高其中纤维增强复合材料的最高。
2)良好的抗疲劳性能碳纤维增强材料s-1可达sb的70-80%。因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。
3)破短安全性好
4)优良的高温性能。
5)减震性好复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。
第12章眼镜材料
1.树脂镜片材料
1)热固型材料：加热后硬化，受热不变形
CR39、中高折射率树脂片
2)热塑型材料：加热后软化，适合于热塑和注塑
聚碳酸酯（PC）
2.镜架材料的分类
1)金属材料
铜合金
镍合金
纯钛以及钛合金
铝镁合金
贵金属
2)非金属材料
板材
尼龙
钨钛
TR90
pc
碳纤维
3) 天然材料
角质
玳瑁甲
木质

六、参考教材
《机械工程材料》赵程等主编机械工业出版社
《工程材料》朱张校主编清华大学出版社
《工程材料》王正品等主编机械工业出版社