一、材料的性能
第一节 材料的性能、分类与特征
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二、材料的类型
★ 按凝聚状态
★ 固态材料中按存在状态
★ 根据材料的尺寸 ★ 按用途和使用领域 ★ 按材料的物理和化学性质 ★ 按开发、使用的时间长短及先进性等：传统材料（如普通钢材、通用塑料、日 用陶瓷等）和新型材料（也称为先进材料如超导材料、纳米材料、智能材料等）。
④ 色泽美观
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铜及铜合金
白铜（铜镍合金）
黄铜（铜锌合金） 铜
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青铜
三、古老又年轻的无机非金属材料 1. 陶瓷（图片）
2. 玻璃
3. 水泥
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传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同，
可分为两大类，即普通陶瓷和特 种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基本 物理性能的差异，陶瓷制品可分 为陶器和瓷器。
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按凝聚状态
气态
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液态
固态
根据材料的尺寸
一维材料 （纤维及晶须） 二维材料
薄膜 三维材料 （块体）
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按用途和使用领域
建筑
电工
生物
能源
包装
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医学
航空
机械
★ 按工程材料的化学组成、组合键的特点：（最常用最有价值分类）
金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类
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三、各类材料的特征
1. 金属材料的特征 优点：
按 石 墨 形 态
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(团絮状石墨)
片状石墨 灰铸铁
球状石墨 球墨铸铁
蠕虫状石墨 蠕墨铸铁
团絮状石墨 可锻铸铁
图1-5 灰口铸铁中石墨形态
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二、丰富多彩的有色金属 ① 有色重金属：铜、镍、锡、铅、锑、钴、汞等
它们的密度较大，约为7~11g/cm3。
② 有色轻金属：铝、镁、钙、钾、钠、钡等 它们的密度小于5g/cm3。 ③ 贵金属：金、银及铂族金属（铂、铑、钯、铱、锇、钌）等 因其价值比一般金属贵得多而得名
超高碳钢：C%>1.0%
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（2）按用途分类
1）结构钢、工具钢、特殊性能钢；
A 结构钢分为工程结构用钢和机械结构用钢；
B 工具钢分为刃具钢、量具钢和模具钢； C 特殊性能钢有耐蚀钢、耐磨钢、耐热钢和特殊物理性能钢。 （3）按冶金质量 1）按钢中S、P含量：普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢； 2）按脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天 然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的
各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工
陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。见表0-1 。
表0-1 普通陶瓷的分类方法
类 别 餐具 茶具、咖啡具 酒具 文具 陈设瓷（美术瓷） 建筑陶瓷 建筑卫生陶瓷 卫生瓷砖 低压电瓷 电瓷 高压电瓷 超高压电瓷 耐酸砖 化工瓷 耐酸容器 耐酸机械（部件） 化学瓷 主 要 种 类 用 途 中餐具（盘、碗、碟、羹、壶、杯等） 西餐具（碗、盘、碟、糖缸、奶盅、壶、杯等） 日用陶瓷 茶盘、水果盘、点心盘、杯、壶、碟等 酒壶、酒杯、杯托、托盘 笔筒、笔洗、水盂、 EP 色盒、笔架 花瓶、灯具、雕塑瓶、薄胎碗等 玻化砖（渗花或非渗花） 、彩釉砖、锦砖（马赛克） 、内墙砖、 外墙砖、腰线砖、广场砖、劈裂砖、园林陶瓷等 洗面器、大便器、小便器、洗涤器、水箱、水槽、存水弯、 肥皂盒、手纸盒、淋浴盒 用于 1kV 以下的电瓷 用于 1kV 以上的电瓷、如普通高压瓷、铝质高强度瓷 用于 500kV 以上的电瓷 耐酸砖、耐酸耐温砖 储酸缸、酸洗槽、电解槽、耐酸塔等 耐酸离心泵、风机、球磨机等 瓷坩埚、蒸发皿、研钵、漏斗、过滤板、燃烧舟等
一、工业材料的“脊梁”——钢铁
1. 钢铁是怎样炼成的
铁矿石
炼铁
炼钢
铸锭
轧制
钢材
铸造生铁
图1-3 钢铁生产的基本流程
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2. 钢的分类及常用钢 （1）按化学成分分类 1）碳钢和合金钢 碳钢 低碳钢：C%<0.25% 中碳钢：C%：0.25%～0.60% 高碳钢：C%>0.6% 合金钢 低合金钢： M%< ≤5% 中合金钢： M%< 5%～10% 高合金钢： M% >10%
★ 兼有良好力性(较高强度、刚度、塑性、韧性)
★ 某些理化性能良好（导电、导热性等) ★ 较好的工艺性
★ 价格便宜或适中
★ 大量用作结构材料，部分用作功能材料
缺点： 资源有限，特高温及特殊介质中不能胜任。
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2. 无机非金属材料的特征
优点：优良理、化性能(耐蚀、光、电、热学性能，绝缘性能等) 极好的耐高温性能
原料来源广泛
主要用在特殊场合(特殊陶瓷)及日常(传统陶瓷) 缺点：性脆、难加工，可靠性差。
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3. 高分子材料的特征 优点：较高弹性、耐磨性、绝缘性、抗腐蚀性
重量轻，加工性好，原料丰富
缺点：力性尤其强度低；不耐高温（≤300℃）；易老化易燃。 4. 复合材料的特征（两种或多种材料复合而成） 优点：具有单一材料所不具备的优异性能； 可按需要进行人为设计、制造。 缺点：目前性能高、价格贵
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普通碳素结构钢用途 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
多边型角钢
钢筋、螺纹钢
螺钉、铆钉
钢桥梁
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建筑构件
优质碳素结构钢用途 较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。
汽车曲轴

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碳素工具钢用途
螺纹量规
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铸铁
铁素体
3. 铸铁的分类及常用铸铁
依据铸铁的化学成分、结 晶形态和组织性能不同，可分 为普通铸铁和合金铸铁两类
合 金 铸 铁 基 体 组 织
(F) 铁素体珠光体 (F-P) 珠光体 (P)
灰铸铁 (片状石墨) 灰口铸铁 (石墨 G) 球墨铸铁 (球状石墨) 麻口铸铁
按 碳 的 存 在 形 态 或 断 口 颜 色
耐蚀铸铁
(石墨和 Fe3C) 蠕墨铸铁
普 通 铸 铁
耐热铸铁
(蠕虫状石墨)
白口铸铁 耐磨铸铁 (Fe3C) 石墨化 可锻铸铁
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3. 最早应用的金属——铜及铜合金
特点： ① 较好的理化性能 导电材料，导热（纯铜，汽车散热器）；抗大气、海水腐蚀（黄铜）。 ② 良好的加工性 易冷成形，且铸造铜合金，有良好铸造性能。 ③ 某些特有性能 优良减摩性和耐磨性（青铜和部分黄铜，滑动轴承或蜗轮等）
高的σe和σ-1（铍青铜，弹性元件）。
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第二节 常见的材料制备、加工与处理技术
一、从原料到材料
金属材料
陶瓷材料 有机聚合物
冶炼
烧结 反应合成
二、从材料到零件
1. 成形加工（铸造、压力、焊接、粘接）——无屑成形 2. 切削加工（刃具、光能、声能、电能、电化学能） ——有屑成形 3. 热处理加工
4. 表面改性加工
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第三节 常见工程材料
这些金属在空气中不会被氧化。
④稀有金属：在80余种有色金属元素中其中大约50种被认为是稀有金属
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1. 上天用得最多的材料——铝合金
铝是自然界蕴藏量最丰富的金属，约占地壳 质量的8%左右
优点：质量轻，比强度大 良好的导电、导热性；耐蚀性好等
2. 又轻又强的材料——钛合金
优点：优异的耐蚀性和高温性能，高的比强度； 缺点：工艺性能差，切削加工困难，硬度低（约 70～74HB），抗磨性差。