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机械制造过程中的主要工作，就是利用各种工艺和设备将原材料加工成零件或产品。因此，金工实习的过程也是一个与各种工程材料打交道的过程。例如，实习中所加工的各种实习件，实习中所使用的刀具、量具和其他工具，所操作的机床等，都是由各种各样的工程材料制造出来的。由此可见，我们有必要对工程材料的基本知识有所了解。
工程材料是指在各种工程领域中所应用的材料，按照化学组成，可对其做如下的分类：
其中，金属材料是应用最广的主要工程材料，但随着科技与生产的发展，非金属材料和复合材料的应用也得到了迅速发展。非金属材料和复合材料不但能替代部分金属材料，而且因其具有某些金属材料所没有的特性而在工程上占有重要的独特地位。例如。橡胶是一种在室温下具有高弹性的有机非金属材料，并具有良好的吸振性、耐磨性、绝缘性和耐蚀性等，被用于制作轮胎、密封元件、减震元件和绝缘材料等。陶瓷是无机非金属材料，它具有高硬度、高耐磨性、高熔点、高抗氧化性和耐蚀性等，可用于制作刀具、模具、坩埚、耐高温零件以及多种功能原件等。复合材料则是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的人工合成固体材料，它不仅能保持各组成材料的优点，而且还可获得单一材料无法具备的优越的综合性能，钢筋混凝土、玻璃钢（玻璃纤维树脂复合材料）等都是复合材料的例子。
在金工实习中，我们遇到的大多是金属材料，而且主要是钢铁材料。
金属材料的性能一般分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料为满足产品的使用要求而必须具备的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能；工艺性能是指金属材料在加工过程中对所用加工方法的适应性，它的好坏决定了材料加工的难易程度。
1）金属材料的物理性能和化学性能
金属材料的物理性能包括：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。金属材料的化学性能是指它们抵抗各种介质侵蚀的能力，通常分为抗氧化性和耐蚀性。
2）金属材料的力学性能
力学性能是指材料在受外力作用时所表现出来的各种性能。由于机械零件大多是在受力的条件下工作，因而所用材料的力学性能就显得格外重要。力学性能主要有：强度、塑性、硬度、韧性等。
强度 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。金属强度的指标主要是屈服点和抗拉强度。屈服点用符号 σ s 表示，它反映金属对明显塑性变形的抵抗能力；抗拉强度用符号 σ b 表示，它反映金属在拉伸过程中抵抗断裂的能力。
塑性 金属材料在外力作用下发生不可逆永久变形的能力称为塑性。塑性指标一般用金属受力而发生断裂前所达到的最大塑性变形量来表示。常用的塑性指标是伸长率 δ 和断面收缩率 ψ ，二者的值越大，表明材料的塑性越好。
硬度 硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。目前，硬度试验普遍采用压入法。常用的硬度试验指标有布氏硬度和洛氏硬度，它们分别是根据硬度试验机上的压头压入材料后形成的压痕的面积或深度的大小来判定材料硬度的。布氏硬度用HB表示，当用淬火钢球作压头时，表示为HBS。洛氏硬度用HR表示，根据压头和试验力的不同，洛氏硬度有多种标尺，分别用HRA、HRB和HRC等表示，其中HRC应用最广泛。例如，常用的切削工具（如车刀、铣刀、锯条等），其硬度一般都大于60HRC；而实习中加工的实习零件（材质为灰铸铁或低、中碳钢），它们的硬度一般都小于30HRC或300HBS。
大多数的机械零件对硬度都有一定的要求；而对于刀具、模具等，更要求有足够的硬度，以保证其使用性能和寿命。并且，由于硬度试验是材料的力学性能试验中最简单快捷的一种方法，一般可在工件上直接试验而不损伤工件，从而在生产上广泛应用。在机械产品设计图样的技术条件中，大多标注出零件的硬度值。
韧性 韧性是指材料在断裂前吸收变形能量的能力，韧性高就意味着它在受力时发生塑性变形和断裂的过程中，外力需要作较大的功。工程上最常用的韧性指标，是通过冲击试验测得的材料冲击吸收功 A K 的大小来表示的。
3）金属材料的工艺性能
工艺性能是材料在加工制造过程中所表现出来的性能。材料的工艺性能好，就可使加工工艺简便，并且容易保证加工质量。
铸造性能 金属的铸造性能通常用金属在液态时的流动性、金属在凝固冷却过程中的体积或尺寸的收缩性等加以综合评定。流动性好且收缩性小，则铸造性能好。
锻压性能 锻压性能主要以金属的塑性和变形抗力来衡量。塑性高，变形抗力小（即 σ s 小），则锻压性能好。
焊接性能 焊接性能一般用金属在焊接加工时焊接接头对产生裂纹、气孔等缺陷的倾向以及焊接接头对使用要求的适应性来衡量。
切削加工性能 金属的切削加工性能可以用切削抗力的大小、工件加工后的表面质量、刀具磨损的快慢程度等来衡量。对于一般钢材来说，硬度在200HBS时，可具有较好的切削性能。
1）钢铁材料的种类
钢铁材料是钢和铸铁的总称，它们都是以铁和碳为主要成分的铁碳合金。从化学成分上看，二者的分界线大致在碳的质量分数 ω C 为2％左右，碳的质量分数 ω C ≤2.11％的称为钢， ω C ＞2.11％的称为铸铁。
钢按化学成分可分为碳素钢（非合金钢）和合金钢。碳素钢的主要成分是铁和碳。在碳素钢的基础上，冶炼时有意向钢中加入一种或几种合金元素就形成了合金钢。此外，钢中一般还存在少量的在冶炼过程中由原料、燃料等带入的杂质元素，如硅、锰、硫、磷等。其中，硫、磷通常是有害杂质，必须严格控制其含量。
碳素钢 出于生产上不同的需要，可用多种方法对碳素钢进行分类。
按化学成分（碳含量）的不同，可将碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。其中，低碳钢的 ω C ≤0.25％，其性能特点是，强度低，塑、韧性好，锻压性能和焊接性能好；中碳钢的 ω C 在0.25％～0.60％之间，这类钢具有较高的强度，同时兼有一定的塑性和韧性；高碳钢的 ω C ＞0.60％（但一般不超过1.4％），经适当的热处理后，可达到很高的强度和硬度，但塑性、韧性较差。按主要用途可将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。碳素结构钢主要用于制造机械零件和工程结构，它们大多是低碳钢和中碳钢；碳素工具钢主要用于制造各种刀具、模具和量具等，它们一般都是高碳钢。
按质量等级（有害杂质含量的多少），可将碳素钢分为普通质量碳素钢、优质碳素钢和特殊质量（高级优质）碳素钢。
合金钢 合金钢的分类方法与碳素钢相类似，例如：按化学成分（合金元素含量），可将其分为低合金钢、中合金钢和高合金钢；按主要用途可将其分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢（如不锈钢、耐热钢等）。
铸铁 生产上应用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁等，它们碳的质量分数 ω C 通常在2.5％～4.0％，并且硅、锰、硫、磷等杂质元素的含量也比钢高。其中，最为常用的是灰铸铁，它的铸造性能很好，可以浇注出形状复杂和薄壁的零件；但灰铸铁脆性较大，不能锻压，且焊接性能也很差，因此它主要用于生产铸件。灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都远低于钢，但它的抗压性能较好，还具有良好的减振性、耐磨性和切削加工性等，并且生产方便，成本低廉。
2）常用钢铁材料的牌号与用途
普通质量碳素结构钢的牌号，主要由表示屈服点“屈”字的汉语拼音字首“Q”和屈服点数值（以MPa为单位》构成。常用钢种有Q195、Q195等，它们可用于制造铆钉、螺钉、螺母、垫圈、冲压零件和焊接构件等。
优质碳素结构钢的牌号，用代表钢中平均碳含量的万分数的两位数字来表示。常用钢种有08、45、65等，其中08钢主要用作冲压件和焊接件，45钢可用于制造轴、连杆、齿轮等零件，65钢多用于制作弹簧等。
碳素工具钢的牌号，由“碳”字的汉语拼音字首“T”和代表钢中以千分数表示的碳的平均质量分数的数字构成。常用钢种有T8、T10、T12等，T8钢可用于制作手钳、锤子等，T10钢可用于制作手锯条、刨刀等，T12钢可用于制作锉刀、丝锥、车床尾座上的顶尖等。
合金钢的牌号，采用“数字＋元素符号＋数字”的形式来表示。钢号开头的数字表示钢中平均碳的质量分数，但合金结构钢是以万分数（两位数字）表示，而合金工具钢则以千分数（一位数字）表示。此外，当合金工具钢的碳的质量分数≥1％时不予标出，高速工具钢的碳的质量分数也不在钢号中标出。钢中加入的合金元素用其化学元素符号表示，其后的数字表示该合金元素的质量分数（以百分数表示，若质量分数＜1.5％则不标出）。例如，40Cr是合金结构钢，9SiCr是合金工具钢，W6Mo5Cr4V2是高速工具钢（又称锋钢、白钢，可制作切削速度较高的刀具，并可在切削温度达到600℃时，仍能保持刀具原有的高硬度）。
灰铸铁的牌号，由“灰铁”的汉语拼音字首“HT”和表示该灰铸铁最低抗拉强度值（MPa）的数字构成。常用的牌号有HTl50、HT200等，可用于制作带轮、机床床身、底座、齿轮箱、刀架等。球墨铸铁的牌号，用“球铁”的汉语拼音字首“QT”，后跟表示其最低抗拉强度值（MPa）与最小伸长率（％）的两组数字构成，例如QT400-15、QT600-3等。
3）钢材的管理和鉴别
（1）常用钢材的种类与规格
常用钢材的种类有型钢、钢板、钢管和钢丝等。型钢的种类很多，常见的有圆钢、方钢、扁钢、六角钢、八角钢、工字钢、槽钢、角钢、异型钢、盘条等。每种型钢的规格都有一定的表示方法。圆钢的规格以直径表示，例如圆钢 φ 120 mm；方钢的规格以“边长×边长”表示，例如方钢30 mm×30 mm；扁钢的规格以“边宽×边厚”表示，例如扁钢20 mm×10 mm；工字钢和槽钢的规格以“高×腿宽×腰厚”来表示，例如工字钢100 mm×55 mm×4.5 mm，槽钢200 mm×75 mm×9 mm。角钢分为等边角钢和不等边角钢两种，等边角钢的规格以“边宽×边宽×边厚”表示；不等边角钢的规格以“长边宽×短边宽×边厚”表示，例如角钢80 mm×50 mm×6 mm。
钢板通常按厚度分为薄板（厚度≤4 mm）、厚板（厚度＞4 mm）和钢带。厚板经热轧制成，薄板则有热轧和冷轧两种。薄板经热镀锌、电镀锡等处理，制成镀锌薄钢板（俗称白铁皮）、镀锡薄钢板（俗称马口铁）等，可提高耐蚀性。带钢是厚度较薄、宽度较窄、长度很长的钢板，也分热轧和冷轧两种，大多为成卷供应。
钢管分为无缝钢管和焊接钢管两类，断面形状多为圆形，也有异型钢管。无缝钢管的规格以“外径×壁厚×长度”表示，若无长度要求，则只写“外径×壁厚”。
钢丝的种类很多，常见的有一般用途钢丝、弹簧钢丝、钢绳等，其规格以直径表示。
（2）钢材的管理和鉴别
购入钢材后，一般应复验其化学成分并核对交货状态。交货状态是指交货钢材的最终塑性变形加工或最终热处理的状态。不经过热处理交货的有热轧（锻）及冷轧（拉）状态；经正火、退火、高温回火、调质和固熔处理等的均称为热处理状态交货。应将钢材按种类和规格分类入库存放，并由专人负责管理。
生产中为了区别钢材的牌号、规格、质量等级等，通常在材料上做有一定的标记，常用的标记方法有涂色（涂在材料一端的端面或端部）、打（盖）印、挂牌等。例如，Q235钢涂红色，45钢涂白色加棕色等等。使用时，可依据这些标记对钢材加以鉴别。除此而外，对钢材进行现场鉴别的方法还有火花鉴别法、断口鉴别法等。如果要对钢材的化学成分或内部组织有较仔细的了解，则需进行化学分析、光谱分析或金相分析等。
工业上通常把钢铁材料以外的金属材料统称为非铁金属材料，也叫有色金属材料。其中应用最多的是铝、铜及其合金。工业用纯铝和纯铜（也称紫铜）有良好的导电性、导热性和耐蚀性，塑性好但强度低，主要用于制造电线、油管、日用器皿等。
铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金的塑性较好，常制成各种型材、板材、管材等，用于制造建筑门窗、蒙皮、油箱、铆钉和飞机构件等。铸造铝合金（如ZAlSi12）的铸造性能好，可用于制造形状复杂及有一定力学性能要求的零件，如活塞、仪表壳体等。
铜合金主要有黄铜和青铜。黄铜（如H62）是以锌为主要添加元素的铜合金，主要用于制造弹簧、轴套和耐蚀零件等。青铜按主要添加元素的不同又分为锡青铜（如QSn4-3）、铝青铜、铍青铜等，主要用于制造轴瓦、蜗轮、弹簧以及要求减摩、耐蚀的零件等。
铝、铜及其合金以及其他非铁金属材料的牌号说明，可查阅有关的标准或书籍。