材料的分类及性能
材料的特点分类
材料的特点分类材料是指用来制造产品或构建建筑物的原料或部件。
根据材料的特点，可以将其分类为金属材料、非金属材料和复合材料。
一、金属材料金属材料是由金属元素组成的材料。
金属材料具有以下特点：1. 密度高：金属材料的原子间距离小，原子之间有较强的相互吸引力，因此金属材料的密度较大。
2. 强度高：金属材料具有较高的抗拉强度和抗压强度，能够承受较大的外力。
3. 导电性好：金属材料中的自由电子能够自由移动，因此金属具有良好的导电性。
4. 导热性好：金属材料中的自由电子能够快速传递热量，因此金属具有良好的导热性。
5. 塑性好：金属材料具有良好的塑性，可以通过加工变形来获得各种形状。
6. 可锻性好：金属材料具有较好的可锻性，可以通过热加工和冷加工来改变材料的形状和性能。
7. 耐腐蚀性好：一些金属材料具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的环境中长时间稳定地使用。
金属材料广泛应用于各个领域，如建筑、机械、电子、航空航天等。
二、非金属材料非金属材料是由非金属元素组成的材料。
非金属材料具有以下特点：1. 密度低：非金属材料的原子间距离大，原子之间的相互吸引力较小，因此非金属材料的密度较低。
2. 强度低：非金属材料的抗拉强度和抗压强度较低，不能承受较大的外力。
3. 导电性差：非金属材料中的电子不易自由移动，因此非金属具有较差的导电性。
4. 导热性差：非金属材料中的电子不易传递热量，因此非金属具有较差的导热性。
5. 脆性强：非金属材料具有较强的脆性，容易发生断裂。
6. 耐腐蚀性差：非金属材料中的一些材料容易受到腐蚀，不能在恶劣的环境中长时间使用。
非金属材料广泛应用于建筑、化工、电子、医药等领域。
三、复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。
复合材料具有以下特点：1. 综合性能好：复合材料能够综合利用各种材料的优点，具有较好的力学性能、导热性能和耐腐蚀性能。
2. 轻质高强：复合材料具有较低的密度和较高的强度，能够满足高强度和轻质化的需求。
常用材料分类及物性表
塑胶材料分类、物性表、材料特性、用途
以分子结构及特性分
以用途及使用区域分
热塑性：反复加热仍可以使用的合成树脂材料，材料在未分解、碳化下可根据材料性能进行比例回用。
常用的
热塑性材料有PVC、PS、PC、PMMA、ABS、PE、PP、POM、PA、PSU（聚矾）、SP（饱和聚脂）、PTFE
（聚四氟乙烯）。
热固性：加热初具有可溶性和可塑性，继续加热材料固化，不再具有可塑性。
前期分子呈线形结构，后期呈网
状结构，在加热过程中变化过程是不可逆的。
常见的热固性材料有PF（酚醛）、UP（不饱和聚脂）、氨基塑料
、有机硅塑料。
所有的热固性材料都是非结晶性材料，而热塑性材料中只有部分是结晶性或半结晶性。
两者之
间的最大区别就是可逆性和不可逆性，而热固性材料一般不用于民用产品，而且产量很低。
通用塑胶：产量大、用途广泛、价格低廉的塑料。
如PS、PP、PE、PU、PMMA、AS、PVC等。
成形面广，可
替代大部分其它材质，占使用材料比例的80％以上，是塑料工业的主体。
工程塑胶：具有较高的机械强度，良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性、稳定性等，可以取大代金属作机械部
件。
常用的五大工程塑胶，ABS、PC、POM、PA、（PBT）。
特殊材料：具有特殊性能的材料，如高耐热性、高电绝缘性、高不变异性、高耐腐蚀性、高抗老化性等。
专用
材料，一般普通注塑机不能使用。
材料分类。
常用建筑工程材料分类
常用建筑工程材料分类一、金属材料金属材料主要包括钢材、铝材、铜材、铁材等。
钢材是建筑工程中使用量最大的金属材料，常用于钢结构和桥梁等重要承重结构。
铝材寿命长，耐腐蚀，重量轻，广泛应用于建筑外墙装饰、门窗等。
铜材具有很好的导电性能，广泛用于电气装置的制造和建筑装饰。
铁材通常用于建筑支撑和钢筋混凝土结构中的钢筋。
二、木材木材是建筑中常见的结构材料，具有重量轻、易加工、良好的绝缘性能等特点。
木材广泛应用于地板、墙板、屋架等建筑结构中。
常见的木材有松木、樟木、红木等。
三、石材石材是一种天然材料，常用于建筑外墙、地板、装饰等。
常见的石材有大理石、花岗岩、石灰石等。
石材具有坚硬、耐磨、耐腐蚀等特点，能够给建筑赋予稳定和大气的感觉。
四、建筑陶瓷材料建筑陶瓷材料主要包括瓷砖、玻璃砖、石英砖等。
瓷砖是最常见的建筑陶瓷材料，具有防水、耐磨、易清洁等特点，被广泛应用于厨卫间、地板等。
玻璃砖透明度高，可用于建筑外墙和内部隔断设计。
石英砖具有高硬度、耐酸碱性等特点，适用于需要高强度和耐磨的场所。
五、玻璃材料玻璃材料广泛用于建筑中的窗户、门窗、幕墙等。
常见的玻璃材料有普通平板玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等。
普通平板玻璃具有透明度高、采光好等特点；钢化玻璃具有安全性能好、抗风压性能强等特点；夹层玻璃由两片或多片玻璃中间嵌有PVB薄膜，具有抗冲击、隔音等特点。
六、混凝土材料混凝土是建筑工程中最常见的材料之一，通常由水泥、骨料和水等混合而成。
混凝土具有强度高、耐久性好等特点，被广泛用于地基、柱、梁等建筑部分。
混凝土根据用途和强度的不同，可以分为普通混凝土、钢筋混凝土等。
七、建筑石膏材料建筑石膏材料主要有石膏板、石膏线条、石膏模具等。
石膏材料具有耐水、阻燃、隔热等特点，广泛用于内墙装饰、天花板等。
八、保温隔音材料保温隔音材料用于改善建筑物的隔音和保温性能。
常见的保温隔音材料包括岩棉、聚氨酯泡沫、聚苯板等。
这些材料具有导热系数低、吸声效果好等特点。
材料的分类与性能
σy =KI
γ=π/2a
断裂韧性——KIC
就可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使材料产生分离 ，从而导致裂纹突然失稳扩展，——发生脆断。 这个应力场强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用 KIC表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。
当KI>KIC时，裂纹失稳扩展，发
生脆断。 KI＝KIC时，裂纹处于临界状态 KI<KIC时，裂纹扩展很慢或不扩 展，不发生脆断。 KIC可通过实验测得，它是评价 阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能 指标。 是材料的一种固有特性，与裂 纹本身的大小、形状、外加应力等 无关，而与材料本身的成分、热处 理及加工工艺有关。
磁化率
磁化强度M＝X· H
抗磁性物质 顺磁性物质 铁磁性物质
X：磁化率（或磁化系数）
导磁率 B＝μ· （μ：介质导磁率） H 磁滯回线和矫顽力
不同的磁质其磁化率不同。 对于顺磁质，磁化率是一个很小的正值，数量级为10-5到10-2， 对于抗磁质，磁化率是一个很小的负值，数量级为10-5。且它们的 磁化率不随外磁场强度而变化。 对于铁磁质，磁化率则是一个较大的正值，且其磁化率随外磁场强 度的变化而变化。
a: b:
Pp
Pe （不产生永久变形的 最大抗力） 2）阶段II（bcd）段――屈服变 形 屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。 c: 屈服点 Ps
3）阶段III（dB）段――均匀 塑性变形阶段 B: Pb 材料所能承受的最 大载荷
4）阶段IV(BK) 段――局部集 中塑性变形 颈缩
断裂韧性——KIC
4）应用
断裂韧性是强度和韧性的综合体现。
（1）已知2a、 ζ ，选择一定KIC的材料或根据KIC，制定
材料的分类
材料的分类材料是指制造、建筑和其他领域中使用的物质。
根据其性质和用途的不同，材料可以分为多种不同的分类。
以下是常见的一些材料分类：1. 金属材料：金属材料是一类具有良好导电、导热和塑性的材料。
常见的金属材料包括铁、铜、铝、钢等。
金属材料可用于制造世界上几乎所有的工业产品，如机械、电子设备、汽车等。
2. 无机非金属材料：无机非金属材料是一类不含碳的物质，包括石材、陶瓷、玻璃等。
无机非金属材料通常具有较高的硬度和耐高温性能，适用于制造建筑材料、化学试剂以及电气绝缘材料等。
3. 高分子材料：高分子材料是由大分子量化合物组成的材料。
如塑料、橡胶、合成纤维等。
高分子材料具有轻、耐腐蚀、绝缘等特点，广泛应用于制造塑料制品、橡胶制品、纺织品等。
4. 复合材料：复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料。
例如，玻璃钢就是一种由玻璃纤维和树脂组成的复合材料。
复合材料具有较高的强度和刚度，可用于制造航空航天器、船舶、汽车等。
5. 有机材料：有机材料是一类由碳和氢元素组成的化合物。
例如，纸张、木材、织物等都属于有机材料。
有机材料广泛应用于纸张制造、建筑和纺织等领域。
6. 纳米材料：纳米材料是具有纳米级尺寸效应的材料。
由于其颗粒尺寸极小，具有独特的物理和化学特性。
纳米材料常用于制造高性能电子器件、光学器件、催化剂等。
7. 光学材料：光学材料是专门用于光学器件制造的材料。
如光学玻璃、光学薄膜、光电晶体等。
光学材料具有较高的透光性和折射率，可用于制造镜片、透镜、激光器等光学仪器。
总的来说，材料的分类是根据其性质、组成和用途进行划分的。
不同的材料具有不同的特性，适用于不同的工业和科学应用。
准确地选择合适的材料可以提高产品的性能和质量，推动各个领域的发展。
材料的分类和性质
材料的分类和性质材料在我们日常生活中起着重要的作用，无论是建筑材料、食品材料还是工业材料，其分类和性质都是我们需要了解的重要知识。
本文将介绍材料的分类和性质，并探讨其在不同领域中的应用。
一、材料的分类根据来源和性质的不同，材料可以分为自然材料和人工材料两大类。
1. 自然材料自然材料是指存在于自然界中的材料，如木材、土壤、矿石等。
它们通常具有天然的性质，使用方便，且具有良好的环境适应性。
自然材料可以进一步分为以下几类：（1）有机材料：如木材、纸张、棉织品等。
有机材料主要由碳元素构成，具有较好的可生物降解性和可再生性。
（2）矿物材料：如石材、土壤等。
矿物材料主要由无机物质组成，具有较高的强度和耐久性。
2. 人工材料人工材料是指通过人工加工和合成获得的材料，如塑料、合金、陶瓷等。
人工材料通常具有更多的可调节性和可控制性，可以根据需要进行定制化设计和生产。
人工材料可以进一步分为以下几类：（1）金属材料：如铁、铜、铝等。
金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子产品、汽车等。
（2）聚合物材料：如塑料、橡胶等。
聚合物材料具有良好的韧性和可塑性，广泛应用于日常生活和工业生产中。
（3）复合材料：如纤维增强复合材料、层压板等。
复合材料由两种或多种不同性质的材料组合而成，具有优异的力学性能和使用寿命，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
二、材料的性质材料的性质决定了其在不同领域中的应用，常见的材料性质包括力学性能、电磁性能、热学性能和化学性能等。
1. 力学性能力学性能是材料的力学行为和性能的总称，包括强度、硬度、延展性等。
强度是材料抵抗外力破坏的能力，硬度是材料抵抗表面硬物进攻的能力，延展性是材料在外力作用下能够发生塑性变形的能力。
2. 电磁性能电磁性能是材料对电场和磁场的响应和传导能力。
电导率、磁导率和介电常数是衡量材料电磁性能的重要指标，决定了材料在电子、通信、磁性材料等领域中的应用。
3. 热学性能热学性能是材料在热力学过程中的表现，包括导热性、热膨胀性、比热容等。
材料的四大分类
材料的四大分类
一、材料的分类
1、金属材料：包括金属和合金。
2、有机高分子材料：如合成塑料、纤维、橡胶、天然的羊毛棉花等。
3、无机非金属材料：包括玻璃、陶瓷。
4、复合材料：由两种以及两种以上的材料组成，如水泥。
二、材料的性质与用途
不同的材料由于组成和结构不同，具有不同的性质和不同的用途。
例如，金属材料具有导电、导热性好，化学性质稳定，耐热，耐腐蚀和工艺性好等优良性能，是现代电子、机械、轻工、仪表、航空航天等技术领域不可缺少的材料。
钢铁是目前应用最广泛的材料，修房造屋，铺路架桥，制造机器设备，制造飞机、轮船、大炮等都要用到钢铁。
传统陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差，在食器、装饰上广泛使用，人们日常使用的瓷器、水缸、瓦盆等硬而脆的日用品，属于传统的陶瓷制品。
新型陶瓷也称精细陶瓷，是以人工合成的高纯超细粉末为原料.在严格控制的条件下，经过成型、烧结等程序制成的具有微细结晶组织的材料，具有优越的物理、化学和生物性能，其应用范围更加广泛。
三、天然材料和人造材料
天然材料指自然界已有、未经加工或基本不加工就可直接使用的材料，即直接来自大自然的材料。
如棉花、沙子、石材、蚕丝、煤矿、石油、铁矿、亚麻、羊毛、皮革、粘土、石墨等。
人造材料又称合成材料，是指人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料，即不是直接来自大自然，而是科学家创造出来的材料，其性质与原料不同，如塑料、玻璃、钢铁等。
在人造材料中，塑料、合成纤维和合成橡胶被称为三大有机合成材料。
材料的分类、牌号、力学性能和用途
材料的分类、牌号、力学性能和用途1材料的分类（1）钢铁材料分为钢和铸铁钢可分为 1）碳素钢（碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢） 2）合金钢（合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢）铸铁可分为：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁（2）非铁金属材料可分为铝、铜、滚动轴承合金铝可分为工业纯铝、铝合金铜可分为工业纯铜、黄铜、青铜（3）非金属材料分为塑料、橡胶、陶瓷、复合材料塑料分为：工程塑料、通用塑料、特种塑料复合材料分为：树脂基、金属基、陶瓷基2材料的牌号、力学性能和用途（1）碳素钢成分特点：杂质和非金属夹杂物较多性能特点：冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大常用牌号和用途牌号: Q215-A.F Q235 Q255牌号解释: Q215表示屈服点为215MPa的A级沸腾钢。
（2）优质碳素结构钢成分特点:含硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：低碳钢强度，硬度较低，塑性，韧性及焊接性良好；中碳钢较高的强度，硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低高碳钢较高的强度，硬度和弹性，但焊接性不好常用牌号和用途牌号： 08F 20 45 60Mn牌号解释： 08F表示平均含碳量0.08%的优质碳素结构钢,沸腾钢。
20表示平均含碳量0.20%的优质碳素结构钢.60Mn表示平均含碳量0.60%的高锰优质碳素结构钢.（3）碳素工具钢成分特点:含碳量高, 硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：钢强度，硬度高，淬透性低,加工性良好，价格低廉常用牌号和用途牌号： T8 T10A T12牌号解释： T8表示平均含碳量0. 8%的碳素工具钢。
T10A表示平均含碳量1.0%的高级优质碳素工具钢.（4）铸钢铸钢的牌号由铸钢代号“ZG”与表示力学性能的两组数字组成：第一组数字代表最低屈服强度值；第二组数字代表最低抗拉强度值。
2、合金钢在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。
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压头
1 3 h1 2 1 3 2
h2 h3
压头 主载荷 测量范围 HRA 金刚石 50kg 20～88 K=0.2 HRB 淬火钢球 90kg 20～100 K=0.26 HRC 金刚石 140kg 20～70
应用材料 表面硬化层、 硬质合金等 有色金属， 退火、正火 钢等 淬火钢、调 质钢等
一般多指抗拉强度，简称强度。
1、强度的测定方法－拉伸试验及拉伸曲线 强度的测定方法－ 强度的测定方法 拉伸试验
（ 1 ）拉伸试验
设备及标准试样 设备及标准试样
（2）拉伸三个阶段 载荷－位移曲线
A、弹性变形阶段
0-p-e
外 力
N
b Pb k Ps e p s s’
B、弹塑性变形阶段
屈服-强化-颈缩 e-s s-s’ s’-b b-k C、断裂 k
（1） 布氏硬度(HB)
硬物：球形压头(D = 10、5、2.5、2、1mm) 载荷：P (kgf) HBS:普通淬火钢球 硬度值在450以下 HBW:硬质合金球 硬度值在450～650
P HBS(HBW)= ——— F
P D
d
h
特点： 特点 压坑面积大， 受材料不均匀度 影响小，故测量 误差小，硬度值 准确、真实。不 适于成品检验,主 要用于测量较软 的金属材料。
σb
σ0.2
σ
0.2
ε
2、弹性模量与塑性 （ 1 ）弹性模量：
材料抵抗弹性变形的能力。
σ 是指在比例极限(σs )范围 内，应力与应变比。
1
E=σ/ε
2
o
ε
3、 塑性
材料产生永久变形而 不被破坏的能力。
（1） 伸长率(δ)
L1-L0 δ = ———×100％ L0
do
lo d1
（2）断面收缩率(Ψ)
疲劳强度:σ-1 疲劳强度
是指材料经无限多次（钢材：107 ，有色金属 108 ）应力循环仍不断裂时的最大应力，称疲劳极 限σr 。它表征了材料抵抗疲劳断裂的能力。 对称 应力时，疲劳强度用σ-1表示。
8、 高温力学性能
蠕变：金属材料长时间在一定温度、一定应力作用下，
即使应力小于σ0.2 ，也会缓慢地发生塑性变形的现 象。
o
∆ l
伸长量mm拉伸曲线（3）拉伸曲线单位变换
应力－应变曲线
MPa
原拉伸图经处理变换
b s s’ k
﹡应力 应力：σ 应力
试样单位面积上 所承受的力 σ=P/A
A：拉伸试样横截面面积 P：试样轴向拉力
σb σs e p
﹡应变 ε 应变： 应变
试样单位长度上的伸长量 ε = (L1-L0)/L0=∆L/L0 L0 ：试样原标距长度 L1 ：试样拉断后的长度 o ε =∆ L/L0
： 屈强服度 (σs)： 材料产生屈服 时的最小应力。
σb
MPa
力学性能
b k
抗拉强度(σb)： 抗拉强度 ： 材料所能承受的 最大应力。
σs
e p
s
s’
o
ε =∆
l/L
条件屈服强度(σ0.2)：
拉伸过程中，屈服现象 不明显的材料，根据国 标取残余应变量为0.2％ 时的应力值为屈服强度 记做σ0.2。
600
-5
T
= 60MPa,
高温持久强度 持久强度：指材料在高温长时载荷作 用下抵抗断裂的能力。σt （T温度，t时间
T
小时）。
如
800 σ100
=30MPa，表示在800℃，约
100小时所能承受的最大应力30MPa 。
ϒ 特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小。
误差稍大，需多点测量取平均值。
（3） 维氏硬度(HV)
压头：顶角为136°的金 刚石正四棱锥体 P HV = ——— A 载荷P：分为六级 (5,10,20,30,50,100Kg) 特点：测量精度高，测量范围宽， 应用广。不同载荷下维氏硬度可 以相互比较。
使用性能 性 能
力学性能：强度、硬度、塑 性、韧性、疲劳强度等
工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削
加工性和热处理工艺性等
三、金属材料的力学性能
1、 强度MPa (MN/m2 )
10 MPa＝1Kg/mm2 在载荷作用下材料抵抗塑性变形 和 在载荷作用下材料 抵抗塑性变形和 抵抗塑性变形 断裂的能力 的能力。 断裂的能力。分为抗拉强度、抗压强度、 抗剪强度
（ 2 ） 洛氏硬度 (HR)
压头 顶角 120°金 钢石圆锥（或直径 Φ1.588mm淬火钢 球）
被测材料
HR = K-△h ——— 0.002
K= 0.2
载荷： ▲初载荷10kg并压入深度h1 ▲ 主 载 荷 (50kg 或 90kg 或140kg)使压入深度达h2 ； ▲卸除主载荷、保留初载荷， 压入深度减小为h3 。 洛氏硬度的计算深度值 △h= h3 -h1。
规律： 规律：温度越高，工作应力越大，则蠕变的发展越快，
而产生断裂的时间就越短。 典型的蠕变曲线， 曲线分为三个阶段。 温度压力恒定 a、蠕变减速阶段。 b、稳态蠕变阶段。 C、蠕变加速阶段， b α 直至断裂。
变形
a o
d
c
第一 阶段
第二阶段
第三阶段
时间
蠕变强度
蠕变强度：蠕变强度是指金属在一定温度下、一定时间内产生一定变形量所能
P
136
5、 冲击韧性
8 55 10 55 2 10
30
22
40 横梁式 悬梁式
8
冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J) 冲击韧性（aK）：冲断试样横截面单位面积 上所消耗的功(J/cm2)
Ak=G(H-h) Ak ak= —— (J/cm2) F
摆锤
冲击
h
试样
H
6、冷脆转变温度Tk 、
A0-A1 ψ = ——— ×100％ A0
l1
⑴良好的塑性可以顺利地完成某些成型工艺， 火焰筒的冷冲压及涡轮盘、涡轮轴的锻造等。 ⑵良好的塑性还可以在一定程度上保证零件的 工作安全，在零件使用时万一超载，塑性变形 引起的强化作用使零件不致于突然断裂。 ⑶过高地追求塑性，会降低材料的强度。
4 、硬度 材料抵抗表面划伤、磨损或局部 塑性变形及破坏的能力 常用硬度测定方法: 硬物压入法
一、材料的分类
黑色金属：铁及其合金
金属材料
有色金属：除铁以外的金属 高分子（C、H为主）
非金属材料
陶瓷（硅酸盐。 C、O、N化物、） 树脂基复合材料
复合材料
金属基复合材料 颗粒增强或纤维增强 陶瓷基复合材料
二、材料的性能
物理性能：密度、熔点、导电性、 导热性、热膨胀性能和磁性能 等。 化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性
承受的最大应力，高温下金属的强度可用蠕变强度和持久强度来表示，例如
(1)在规定时间内达到规定变形量的蠕变强度，记为σδ/t （MPa） ，T 温度，t时间（小时），δ变形量。
800 如 σ0.2/1000 = 60MPa, 表示在800℃下，1000小时内引起0.2％变形量
T
所能承受的最大应力为60MPa。 (2)稳态蠕变速度达到规定值时的蠕变强度，记为σT （MPa）。T温度， v v蠕变速度。 如 σ1×10
材料的冲击功随温度下降而减小。 当温度降到某一值时会急剧减小使 材料呈脆性状态。 由韧性状态变为脆性 状态的温度称为冷脆 转化温度。
不同材料的冷脆转化温度
7、材料的疲劳强度
机械零件在交变载荷 交变载荷作用下，其工作应力远小 交变载荷 于抗拉强度，甚至小于屈服强度时，在长时间工作 后发生突然断裂的现象称为疲劳断裂。 疲劳断裂。 疲劳断裂