第1章 工程材料的分类与键合方式
第一章工程材料的分类与性能PPT课件
二、 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
塑性的指标为：
断后伸长率： l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 10% 0
拉 伸
F0
试 样
的
颈
缩
现
象
断裂后
28
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
② 对于直径d0 相同的试样，l0，。
只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。
第一章 工程材料的分类与性能
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
第一节 工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主 要要求力学性能的结构材料。
23
3. 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能 力。刚度与弹性模量成正比，刚度越大， 则材料在一定应力下承受的弹性变形越 小。
24
二、强度
s
材料在外力作用下抵抗变形和
断裂的能力。
1、 屈服点s：材料发生微量塑 性变形时的应力值。
2、规定残余伸长应力0.2：残余
0.2
变形量为0.2%时的应力值。
3、抗拉强度b：材料断裂前所
D(D D2d2)
32
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于 布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面
的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持
第一章工程材料类型及金属的晶体结构
（b）致密度 致密度 K 等于晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，
即：
r 3a 4
K
nv V
2 4 r 3
3 a3
3 0.68
8
可见，体心立方结构的金属晶体中，有68%的体积为原子 所占据，其余32%为空隙体。Cr、Mo、W、V、Nb.
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
5.常见的金属晶格类型 （二）面心立方结构
► 缺点：目前性能高的价贵。
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1. 1. 3 原子间键合 一、离子键：正离子与负离子静电吸引产生的化
学结合力
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1. 1. 3 原子间键合 二、共价键：原子间共用电子对产生的化学结合力
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
1.1. 3 原子间键合 三、金属键：金属正离子与“自由电子气”静电吸
图1-6 密排六方晶胞
（a）钢球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数
第一章 工程材料类型及金属的晶体结构
5.常见的金属晶格类型
（三）密排六方结构 (Mg、Zn、-Co)
（1）点阵常数
正六边形边长a ，晶胞高度 c ; 理想轴比c/a=1.633
（2）原子
(1/6)×12 + (1/2) × 2+3 = 6
三个棱边作x、y、z三个坐标轴，以晶胞边长 （即晶格常数）作为晶轴长度的度量单位。
特别应当注意，坐标原点应选在待定晶面之外。 （2）求出特定晶面在三个坐标轴上的截距（如果晶面与某一坐标轴平
行，则其截距为∞），设分别为m、n、p。 （3）求出三个截距的倒数，并把它们化为最小的简单整数，即1/m、
1/n、1/p化为h=E/m，k=E/n，l=E/p，E为最小公倍数。 （4）将这组最小整数加上圆括号，并且不用标点分开各数，即得晶面
工程材料分类课件
目录
CONTENTS
• 工程材料概述 • 金属材料 • 非金属材料 • 新型工程材料 • 工程材料的选择与应用
01 工程材料概述
CHAPTER
定义与分类
定义
工程材料是指用于制造各类结构 件、零件和制成品的材料，具有 较高的力学性能、物理性能和化 学性能。
分类
根据其组成、结构和性能特点， 工程材料可分为金属材料、非金 属材料和复合材料等。
CHAPTER
材料的选择原则
01
02
03
04
适用性原则
选择适合工程要求的材料，满 足设计要求和性能指标。
安全性原则
确保材料具有足够的强度、耐 久性和稳定性，保证工程安全
。
经济性原则
在满足适用性和安全性的前提 下，选择价格合理、易于获取
的材料。
可循环利用原则
优先选择可循环利用的材料， 减少资源浪费和环境污染。
生物医用材料
生物医用材料的分类
生物医用材料可分为医用金属、医用高分子和医用复合材料等类型 。
生物医用材料的特性
生物医用材料应具备无毒、无免疫反应、良好的生物相容性和机械 性能等特点。
生物医用材料的应用
生物医用材料在医疗器械、人工器官、药物载体等方面有广泛应用， 如人工关节、心脏瓣膜等。
05 工程材料的选择与应用
纳米材料制备方法
制备纳米材料的方法有多种，如物理法、化学法、生物法等，可 根据不同需求选择合适的制备方法。
智能材料
智能材料的分类
智能材料可分为形状记忆合金、电流变体和智能纤维等类型。
智能材料的特性
智能材料具有自适应、自诊断和自修复等特性，能够根据环境变化 做出相应的反应。
工程材料的分类
工程材料的分类工程材料是指用于建筑、道路、桥梁、机械制造等工程领域的材料。
根据其性质和用途的不同，工程材料可以被分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
首先，金属材料是指主要由金属元素组成的材料，如铁、铜、铝、镁等。
金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能，因此在工程中得到广泛应用。
根据其化学性质和晶体结构的不同，金属材料又可以分为黑色金属和有色金属两大类。
黑色金属主要是指铁、钢铁和铸铁，具有较高的强度和硬度，适用于制造建筑结构、机械零件等。
而有色金属则包括铜、铝、镁等，具有良好的耐腐蚀性和导热性，适用于制造电线、散热器等。
其次，非金属材料是指不含金属元素或金属含量较少的材料，如水泥、玻璃、陶瓷、塑料等。
非金属材料具有较轻的重量、良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，因此在建筑材料、电气材料等方面得到广泛应用。
根据其原料和制备工艺的不同，非金属材料又可以分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类。
无机非金属材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷等，具有较高的抗压强度和耐磨性，适用于建筑材料、陶瓷制品等。
而有机非金属材料则包括塑料、橡胶、纤维等，具有较轻的重量和良好的柔韧性，适用于制造塑料制品、橡胶制品等。
最后，复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料通过一定方式组合而成的材料，如玻璃钢、碳纤维复合材料等。
复合材料具有优异的综合性能，既兼有金属材料的高强度和刚性，又具有非金属材料的轻质和耐腐蚀性能，因此在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
根据其组成材料和结构形式的不同，复合材料又可以分为层合复合材料和体积复合材料两大类。
层合复合材料主要是指由不同方向排列的单层材料组合而成，具有较高的强度和刚性，适用于制造飞机机身、汽车车身等。
而体积复合材料则是指由不同材料组成的复合材料，具有较高的抗冲击性和耐磨性，适用于制造运动器材、防弹装甲等。
综上所述，工程材料的分类主要包括金属材料、非金属材料和复合材料三大类，每类材料都具有各自独特的性能和应用领域，对于工程建设和制造业具有重要的意义。
工程材料与机械制造基础第二版答案
工程材料与机械制造基础第二版答案第一章：工程材料的概述1.定义：工程材料是指用于制造各种工程产品和构件的原料，包括金属材料、非金属材料和合成材料。
2.金属材料分类：金属材料按照基本组织可分为晶体、多晶体和非晶体。
按照化学成分可分为金属元素和合金。
按照制备方式可分为熔炼和粉末冶金方法。
3.非金属材料分类：非金属材料包括陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
陶瓷材料可分为无机非金属材料和有机非金属材料。
高分子材料是由高分子化合物制成的材料。
复合材料由两种或以上的基础材料组成。
4.合成材料分类：合成材料指人工合成的新材料，包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料。
第二章：金属材料的组织和性能1.金属的晶体结构：金属的晶体结构可分为体心立方结构、面心立方结构和六方最密堆积结构。
2.晶体缺陷：晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括金属原子的不可替代缺陷和可替代缺陷。
线缺陷包括位错和抱线。
3.金属的力学性能：金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性和延展性等。
4.金属的热学性能：金属的热学性能包括热膨胀系数、热导率和比热容等。
第三章：金属材料的制备与加工1.金属的提炼和精炼：金属的提炼过程包括冶炼和精炼。
冶炼是将矿石中的金属氧化物还原为金属的过程。
精炼是去除金属中的杂质，提高金属纯度的过程。
2.金属的凝固：金属的凝固过程包括液相凝固、凝固过程中的晶体生长和固相变形。
3.金属的成形加工：金属的成形加工包括锻造、压力加工、热处理和冷加工等。
4.金属的热处理：金属的热处理包括退火、淬火、回火和时效等。
第四章：非金属材料的组织和性能1.陶瓷材料的组织和性能：陶瓷材料的组织包括晶体和非晶体结构，性能包括强度、硬度和热稳定性等。
2.高分子材料的组织和性能：高分子材料的组织包括聚合物链和结晶结构，性能包括高分子材料的强度、弹性和耐热性等。
3.复合材料的组织和性能：复合材料的组织包括增强相和基体相，性能包括强度、刚度和耐热性等。
《工程材料》第一章第二节 材料的结合方式及工程材料键性
要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。
下晶体和非晶体iO2的结构
非晶态
第二节 材料的结合方式 及工程材料键性
一 、结合键
● ●
原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。 一般可把结合键分为
离子键、共价健、金属键和分子键四种。
1. 离子键 正离子和负离子由静电引力相互吸引；同时当它们 十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定 的离子键。NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成。
2. 共价键
由共用价电子对产生的结合键叫共价键。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。
共价键的结合力很大，所以共价晶体强度高、硬 度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。
3. 金属键
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。
二、工程材料的键性
1. 金属材料
工程应用的金属材料，原子间的结
合键基本上为金属键，皆为金属晶 体材料。
2. 陶瓷材料
存在有一定成分的共价键，但离子
键是主要的。
3. 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 合力为较弱的范特瓦尔斯力。
三、晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件
金属键无所谓饱和性和方向性。
金属键的特性
1. 良好的导电性和导热性。 2. 正的电阻温度系数。
绝大多数金属具有超导性，即 在温度接近于绝对零度时电阻 突然下降，趋近于零。
3.良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
工程材料分类
工程材料分类工程材料是指在工程建设中所使用的各种材料，其种类繁多，按照不同的分类标准可以将工程材料分为多个类别。
在工程实践中，对于工程材料的分类有助于我们更好地了解材料的特性和用途，从而选择合适的材料来满足工程的需要。
下面将就工程材料的分类进行详细介绍。
1. 按材料性质分类。
根据工程材料的性质，可以将其分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
金属材料包括钢材、铝材、铜材等，其具有良好的导热导电性能和较高的强度，因此在建筑结构、机械制造等领域得到广泛应用。
非金属材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷、塑料等，这些材料具有较好的耐腐蚀性能和绝缘性能，常用于建筑装饰、化工管道等方面。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，例如玻璃钢、碳纤维复合材料等，具有优异的综合性能，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
2. 按用途分类。
根据工程材料的用途，可以将其分为结构材料、装饰材料、功能材料等多个类别。
结构材料主要用于承受工程结构的荷载，包括钢筋混凝土、钢结构、木材等，其具有较高的强度和刚度，能够满足工程结构的要求。
装饰材料主要用于装饰建筑表面，包括涂料、瓷砖、壁纸等，其具有良好的装饰效果和防护功能，能够提升建筑的美观性和耐久性。
功能材料则是指具有特殊功能的材料，例如隔热材料、隔音材料、防水材料等，这些材料能够满足工程在特定环境下的需要。
3. 按生产工艺分类。
根据工程材料的生产工艺，可以将其分为铸造材料、锻造材料、焊接材料等多个类别。
铸造材料是通过熔化金属，然后倒入模具中凝固成型的材料，包括铸铁、铸钢等，具有成型自由度高、生产效率高等特点。
锻造材料是通过将金属加热至一定温度，然后在压力作用下改变其形状的材料，包括锻钢、锻铝等，具有较高的强度和韧性。
焊接材料是用于焊接工艺的材料，包括焊条、焊丝、焊剂等，其能够在金属材料之间形成牢固的连接。
总结。
工程材料的分类有助于我们更好地了解材料的特性和用途，从而选择合适的材料来满足工程的需要。
工程材料第一章wu
工程材料第一章1.1 工程材料的概念工程材料是指在工程建设中用作建筑构件和工程设备制造所需材料的统称。
它们的种类、性能、用途大不相同，主要包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
1.2 工程材料的分类1.2.1 金属材料金属材料是指具有金属特性的材料。
主要包括铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛、铅、锡、金、银等常用的金属材料。
金属材料的特点是具有良好的导电、导热、塑性、韧性等性能，可用于制造各种类型的构件和零部件。
1.2.2 非金属材料非金属材料是指除金属以外的所有材料。
主要包括玻璃、陶瓷、塑料、橡胶、木材、纤维等。
不同种类的非金属材料具有不同的特性，如硬度、韧性、透明度、阻燃性等。
它们被广泛地应用于建筑、交通、电子、化工等领域。
1.2.3 复合材料复合材料是指两种或两种以上不同材料通过各种方法结合而成的材料。
复合材料通常具有很高的强度和刚度，同时可以降低材料的密度。
它们被广泛地应用于航空、汽车、体育器材等领域。
1.3 工程材料的应用工程材料的应用非常广泛，从建筑到交通，从电子到化工等等。
以下是其中一些应用范围的简介：1.3.1 建筑工程材料在建筑中的应用范围非常广泛。
例如，钢材、水泥、玻璃、木材等等都是建筑中常用的材料，它们被用来制造房屋的结构、墙体、窗户等等。
1.3.2 交通工程材料在交通领域也有广泛的应用，例如，汽车、火车、飞机等交通工具的制造都离不开各种金属、塑料等工程材料。
此外，道路、桥梁、隧道等交通建筑也需要大量的工程材料来建造。
1.3.3 电子在电子领域中，工程材料被用于制造电路板、元器件、电池等设备。
例如，半导体材料、导体材料、绝缘材料等等都是电子领域中重要的工程材料。
1.3.4 化工化工领域是工程材料的重要应用领域之一，例如，工程塑料、橡胶材料、高分子材料等等都被广泛地应用于化工生产中的制造设备、管道、容器等等。
1.4 工程材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，工程材料的种类越来越多，性能越来越优越。
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金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
金属材料分为黑色金 属和有色金属两类 。
1.1 工程材料的分类
工程材料
金属材料
• 有色金属有许多优良的物理、化学、低温、 断裂等性能，已成为现代工业中非常重要 的材料。主要包括铝及铝合金、镁及镁合 金、锌及锌合金、铜及铜合金、钛及钛合 金，以及镍、铌、钽、贵金属材料(金、银、 铂)等
工程材料
• 以碳的两种自然形态(石墨与金刚石)说明键合方式的差异如何直接反 映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高硬度，对电、 热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式， 却具有层状结构，为六方排列的层(或片)，每一层内的每一个碳原于 以3个电子与邻近的3个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层 内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作 用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子在层内是容易移动 的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性 是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们 力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
绪论
金属由金属键结合，具有下列特性：
①良好的导电性和导热性。 ②正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
工程材料
绪论
1.3.1 金属键
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使程材料
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
工程材料
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
工程材料
绪论
1.2 材料的分类
复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
复合材料分为金属基复合材料、 陶瓷基复合材料和聚合物基复合 材料。
1.1 工程材料的分类
工程材料
• 不同的材料具有不同的性能。它们所表现的 性能差异，是由其内部原子的结合方式和排 列结构所决定的。作为工程技术人员，要了 解机械工程材料的性能并合理使用材料，要 掌握其性能特点，就必须从本质上了解它们 的内部结构及其在外界条件（如加热、冷却 等）影响下的基本变化规律。
绪论
1.2.3 高分子材料
高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物，是以分子键 和共价键结合为主的材料。
高分子材料具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好及 密度小等优良性能。
工程上使用的高分子材料主要包括 塑料、橡胶及合成纤维等。
1.1 工程材料的分类
工程材料
工程材料
绪论
1.2.4 复合材料
工程材料
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
工程材料
绪论
1.2.2．陶瓷材料
陶瓷材料属于无机非金属材料，是以共价键和离子键结合 为主的材料，其性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。
陶瓷材料分为传统陶瓷（普通陶瓷）、特种陶瓷（精细 陶瓷）和金属陶瓷三类 。
1.1 工程材料的分类
工程材料
工程材世料博意大利馆透明混凝土
工程材料
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
绪论
1.3.3 共价键
• 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同 原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转 移，原子间借共用电子对所产生的力而结合， 形成共价键。
• 通过共价键结合的材料同 样具有强度高、 熔点高、 脆性大的特点，其导电性 依共价键的强弱不同。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
绪论
1.3.4 分子键
分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合 键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生 较弱的静电引力，由这种分子力结合起来的键 叫做分子键。
由于结合力很弱，因而由分子键结合的固体材 料的熔点和硬度都比较低。因无电子存在，都 是良好的绝缘材料。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
工程材料
第1章 工程材料的结构与性能特点
学习要点：
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构 1.4 合金的相结构
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
离子键结合的材料强度高、 硬度高、熔点高、脆性大， 都是良好的绝缘体，无色透 明。