工科材料基本常识涵盖材料分类、结构特性、性能应用及改进方法，以下是核心内容总结：

一、材料分类

工科材料主要分为四大类：

金属材料：

包括铁、钢、铝、铜等，是工业中应用最广泛的材料；

高分子材料：

如塑料、橡胶、合成纤维，具有可塑性、耐腐蚀性等特点；

陶瓷材料：

以氧化铝、氧化锆等为主，具有高硬度、耐高温性能；

复合材料：

由两种或多种材料复合而成，如碳纤维增强塑料，兼具高强度与轻量化的优势。

二、晶体结构与性能

金属材料的晶体结构对性能影响显著：

面心立方（FCC）：原子半径为晶格常数的$sqrt{2}/4$，密度0.74，常见于铝、铜等金属；

体心立方（BCC）：原子半径为晶格常数的$sqrt{3}/4$，密度0.68，典型金属有铁、铅等；

密排六方（HCP）：原子半径为晶格常数的$sqrt{2}/2$，密度0.74，镍、铬等金属常用此结构。

各向异性：不同晶向的原子排列紧密程度不同，导致材料在强度、硬度、塑性等方向性能差异显著。

三、力学性能与热处理

力学性能：

包括弹性、强度、硬度、塑性和韧性，是评估材料在机械应力下表现的关键指标；

热处理：

通过退火、淬火、回火等工艺改变材料组织结构，可调控硬度、韧性等性能。例如，淬火提高硬度但降低塑性。

四、典型材料应用

| 材料类型 | 典型牌号| 主要用途 | 特点 |

|----------------|-------------------------|-----------------------------------|-------------------------------|

| 钢| A1, A7（碳素结构钢）| 普通机械零件| 抗拉强度较高，塑性较低 |

|| 40Cr（合金结构钢）| 齿轮、轴等关键机械部件 | 高碳含量，强度、硬度优异 |

|| 20CrMnTi（合金工具钢） | 高温、高负荷模具| 高硬度、耐磨性 |

| 铸铁 | 灰口铸铁| 机床床身、管道等| 良好铸造性能，但硬度较低 |

| 陶瓷材料 | 氧化铝（Al₂O₃）| 耐高温、耐腐蚀设备| 高硬度、化学稳定性 |

五、性能改进方法

合金化：通过添加镍、铬、钼等元素提升强度、耐腐蚀性；

复合材料：结合金属与非金属优势，如碳纤维增强塑料轻量化；

纳米技术：改善材料微观结构，提升性能。

六、选择原则

根据工程需求选择材料时需考虑：

高强度/高韧性：优先选合金钢、复合材料；

耐磨/耐腐蚀：陶瓷、防腐合金更合适；

成本与加工性：碳素工具钢成本较低但硬度高。

以上内容为工科材料基础知识的综合概述，实际应用中需结合具体工况进行材料选型与性能优化。