材料科学与人类文明第5章结构材料简介
功能材料介绍PPT
从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。
结构材料—通常指具有力学承载功能的材料。体积 较大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料， 用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。
另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国 的Morton与1965年提出。
功能材料——指具有光、电、磁、声、热、化学、生 物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很 广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、 光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、 磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们 可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，在电 子、激光、光电、通信、生物医学等许多新技术领域有广 泛应用。
1、按材料的物理化学属性（化学键、成分）：
无机功能材料 有机功能材料
金属功能材料 无机非金属功能材料（玻璃、陶瓷）
复合功能材料（高分子基、金属基、陶瓷基复性、电性、光学、力学、声学、化学、生物医学、 核功能材料及功能转换材料等。
进一步细分：如光学功能材料包括非线性光学材料、 发光材料、红外材料、感光材料、激光材料等。功能 转换材料包括压电材料、光电材料、热电材料、磁光 材料、电光材料、声光材料、磁致伸缩材料等。
材料科学与人类文明信息材料课件
03
生物医学领域
探索信息材料在生物医学领域的应用，如生物传感器、药物载体等。
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材料分类
金属材料、非金属材料、复合材 料、功能材料等。
材料科学的研究内容与重要性
研究内容
材料的组成与结构、材料的性能与表 征、材料的制备与加工、材料的应用 与评价。
重要性
材料科学的发展直接关系到人类社会 的进步和发展，从工业革命到现代高 科技，材料科学一直是人类文明进步 的基石。
材料科学的历史与发展
分子自组装技术
研究分子自组装技术，制备具有特定功能的信息材料。
3D打印技术
应用3D打印技术，实现信息材料的定制化、智能化制造。
推动信息材料在各领域的应用拓展
01
通信与网络领域
开发高速、大容量、低延迟的通信材料，提升网络传输速度和稳定性。
02
航空航天领域
应用高性能信息材料，提高航空航天设备的计算、存储和导航性能。
热学性能测试
比热容和热导率
比热容反映了单位质量的物质温度升高1℃所需要的热量，而热导率则反映了物质传递热量的能力。
热膨胀系数
反映了物质在温度升高时尺寸变化的程度，对于设备的稳定性和可靠性都有重要影响。
力学性能测试
硬度
硬度是评估材料抵抗外来压力和刮擦等机械损伤 能力的重要指标。
韧性
韧性是评估材料抵抗冲击和振动等机械损伤能力 的重要指标。
溶液法
通过溶解和化学反应将溶 液中的材料转化为固体。
电化学法
在电解液中通过电化学反 应将材料沉积在电极上。
生物法
生物合成法
利用微生物或细胞培养生 产生物材料。
生物模板法
利用生物模板合成具有特 定结构和功能的材料。
《材料科技与人类文明》 知识清单
《材料科技与人类文明》知识清单一、材料科技的定义与范畴材料科技，简单来说，就是研究和开发各种材料的性质、制备方法、应用以及其相互关系的科学技术领域。
它涵盖了从基础的材料物理、化学性质研究，到材料的设计、合成、加工，再到材料在各个领域的实际应用。
材料的范畴极其广泛，包括金属材料（如钢铁、铝合金）、无机非金属材料（如陶瓷、玻璃）、高分子材料（如塑料、橡胶）、复合材料（如碳纤维增强复合材料）等等。
每种材料都有其独特的性能和应用场景。
二、材料科技在古代文明中的作用在人类文明的早期，材料的发现和使用就对社会的发展产生了深远的影响。
例如，石器时代，人们使用石头制作工具和武器，这是人类利用天然材料的开端。
随着时间的推移，人类发现了铜，并学会了将其冶炼成青铜器。
青铜器的出现极大地提高了生产力，使得农业和手工业有了显著的发展。
而到了铁器时代，铁的强度和韧性更高，被广泛应用于农具、武器和建筑等领域，进一步推动了社会的进步。
古代的陶瓷材料也是重要的发明之一，它不仅用于日常生活中的器皿，还在建筑装饰等方面发挥了重要作用。
三、材料科技在工业革命中的推动工业革命时期，材料科技迎来了重大的变革。
蒸汽机的发明需要高强度的金属材料来制造零部件，这促使了钢铁工业的迅速发展。
新的炼钢方法被研发出来，大大提高了钢铁的质量和产量。
同时，纺织业的发展也依赖于新型纤维材料的出现。
棉花的大规模种植和加工，以及人造纤维的发明，改变了人们的穿着方式。
此外，机器制造需要大量的金属零件，这对金属加工工艺提出了更高的要求，推动了机械制造技术的进步。
四、现代材料科技的发展20 世纪以来，材料科技进入了一个飞速发展的阶段。
各种高性能的合金材料不断涌现，如钛合金、镍基高温合金等，广泛应用于航空航天、能源等领域。
高分子材料的发展也十分迅速，塑料、橡胶等在日常生活、工业生产中随处可见。
同时，具有特殊性能的高分子材料，如导电高分子、高分子液晶等，也为电子、显示等领域带来了新的突破。
材料科学与人类文明生物医用材料
材料科学与人类文明生物医用材料材料科学是一个研究物质的结构、性质以及制备方法的学科。
人类社会的发展离不开材料科学的支撑，而在人类文明的发展过程中，人类对于生物医用材料的需求与日俱增。
生物医用材料是一门应用材料科学于医学领域的学科，它包括人工器官、医疗电子器械、医用材料支架等各种材料和器件。
本文将聚焦于生物医用材料在人类文明中的角色和意义。
首先，生物医用材料对于人类文明的发展起到了至关重要的作用。
在现代医学领域，生物医用材料被广泛应用于治疗和修复各种疾病和损伤。
例如，人工假肢和义肢可以帮助肢体残疾患者恢复正常的生活功能；心脏起搏器和人工心脏瓣膜能够帮助心脏病患者延长生命；骨骼修复支架可以辅助骨折病人骨骼的愈合。
这些医疗器械和材料的发展，大大提高了人们的生活质量。
其次，生物医用材料在支持医学研究和发展方面起到了不可或缺的作用。
生物医用材料的研究与开发为医学领域的进步提供了许多基础，例如人体仿生材料的研究为制造更先进的医疗器械和替代器官奠定了基础；组织工程技术和干细胞研究的发展为新的治疗手段和方法提供了可能性。
生物医用材料的创新和应用，不仅改善了人们的生活，还推动了医学科学的发展。
另外，生物医用材料的应用有助于探索生物学和生命科学的奥秘。
生物医用材料的制备需要对生物学和材料科学的深入理解，这对于人类对生命和健康的研究具有重要意义。
通过研究不同材料的相互作用和影响，可以探索生命的本质和生物体内的机制。
这些研究不仅有助于解决医疗问题，还能为生物学和生命科学的相关领域提供新的知识和思路。
最后，生物医用材料的发展也带动了相关产业的繁荣和发展。
生物医用材料的研究和生产需要大量的科研投入和技术支持，这促进了生物医用材料相关产业的兴起和发展。
例如，生物医用材料的制备和应用需要高精度的仪器设备和先进的材料加工技术，这带动了仪器、材料和加工技术等相关行业的发展。
同时，生物医用材料的市场需求也促进了相关公司的发展，推动了医疗器械、生物医药等行业的繁荣。
《材料科学与人类文明》课程教学大纲
《材料科学与人类文明》课程教学大纲1、课程名称：材料科学与人类文明课程负责人：赵建华2、学时与学分：30学时2学分3、课程类别：文化素质选修课4、课程教材：赵建华主编，《材料科技与人类文明》，华中科技大学出版社， 2011.75、参考教材：左铁镛编，《新型材料-人类文明进步的阶梯》，化学工业出版社出版社，2002.9陈贻瑞，王健.《基础材料和新材料》，天津大学出版社，19996、开课单位：重庆大学材料科学与工程学院7、课程的目的、性质和任务专科从石器时代、铁器时代到信息新纪元，人类前行的每一个脚印无不印证着材料科学技术的发展，人类文明史就是材料发展史。
新型材料是科学技术赖以发展的物质基础，是未来新技术革命的先导，新材料的知识是人们迈入科学殿堂的重要基础。
本课程通过材料与人类历史、材料与人类生活、材料科技与可持续发展等部分的论述，使学生在了解材料发展历史及环境材料、信息材料、能源材料等新型材料科技知识的同时，能够认识材料对人类历史、环境、能源、信息、军事、科学技术及人类生活的巨大作用，在今后的工作中能够科学地开发或应用材料，在材料科技方面提高科技文化素质。
8、课程的主要内容第1章绪论1.2.1 材料科技的发展历程1.2.2 材料在现代社会中的作用1.2.3 材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术2.1 青铜时代的文化遗产2.1.1 先秦青铜铸器分类2.1.2 台湾收藏的先秦青铜器精品2.1.3 流失到国外的先秦青铜稀世珍宝2.2 中国青铜铸造技术2.2.1 型范正--技艺高超的陶范铸造2.2.2 “金锡美”--铜锡六齐的发明2.2.3 失蜡铸造巧夺天工2.2.4 铸器装饰及表面处理2.3 青铜铸器精品欣赏2.3.1 铸器铭文记载历史2.3.2 罕见的人面人像青铜雕塑2.3.3 编钟—中国青铜文明的灵魂第3章陶瓷3.1 瑰丽多姿的古代陶瓷3.2 陶瓷与中国文化3.2.1 陶瓷与食文化3.2.2 陶瓷与茶文化3.2.3 陶瓷与酒文化3.2.4 陶器与儒家文化3.3 现代陶瓷材料第4章材料在工业革命中的作用4.1 工业革命前的准备4.1.1 工业革命的背景4.1.2 工业革命前的材料应用4.2 纺织业是世界工业的摇篮4.2.1 棉纺织业的技术革新4.2.2 其他行业的发展4.3 蒸汽机的发明与改进4.2.1 发明蒸汽机的条件4.2.2 巴本“蒸骨锅”、塞维利蒸汽机和纽科门蒸汽机4.2.3 瓦特改进蒸汽机4.2.4 瓦特蒸汽机走向成功的关键4.4 蒸汽时代的到来4.3.1 蒸汽动力的推动4.3.2 交通运输业的变革4.3.3 机器制造业的蓬勃发展4.5 钢铁业的发展4.5.1 从陨铁开始的事业4.5.2 用煤代替木炭炼铁4.5.3 坩埚炼钢法和搅拌炼铁法4.5.4 “铁疯子”开创钢铁时代4.5.5 钢铁时代第5章建筑材料与人居环境5.1 概述5.1.1 建筑及其发展5.1.2 人居环境的概念5.2 建筑材料5.2.1 建筑材料的发展5.2.2 传统建筑材料5.2.3 近代建筑材料5.2.4 现代建筑材料5.2.5 新型建筑材料5.2.6 “城市，让生活更美好”—2010上海世博会中的建筑与材料5.3 建筑材料与人居环境5.3.1 人居环境与土木工程、建筑材料5.3.2 室内环境评价与建筑材料5.4 建筑材料的节能与环保5.4.1 节能环保是建筑材料发展的必然要求5.4.2 节能环保建筑材料5.4.3 建筑材料未来的发展第6章轻量化材料与便捷交通6.1 概述6.1.1 轻量化材料6.1.2 常用轻量化材料6.2 汽车轻量化6.2.1 汽车轻量化的定义6.2.2 汽车轻量化的意义6.2.3 汽车轻量化的实现方式6.2.4 汽车轻量化材料的应用6.2.5 汽车轻量化材料技术的发展应用6.3 航空工业的轻量化6.4 交通轨道的轻量化6.4 船舶制造的轻量化第7章编织人类美好生活的纺织材料7.1 纺织材料的历史7.1.1 原始手工纺织7.1.2 手工机器纺织7.1.3 历代纺织品简介7.1.4 丝绸之路7.2 常用纺织材料7.2.1 纺织纤维7.2.2 纱线7.2.3 织物7.3 新型纺织材料7.3.1 新型纤维材料7.3.2 功能性纺织材料7.3.3 高性能纺织材料第8章信息材料8.1 引言8.1.1 信息8.1.2 信息技术8.1.3 信息材料8.2 信息获取材料8.2.1传感器材料分类8.2.2 传感器功能材料8.2.3 传感器功能材料展望8.3 信息传递材料8.3.1 光纤通信材料8.3.2 微波通信材料8.3.3 GSM数字蜂窝移动通信材料8.4 信息存储材料8.4.1 磁光存储材料8.4.2 全息存储材料8.5 信息显示材料8.5.1 液晶显示材料（LCD）8.5.2 等离子体显示材料（PDP）8.5.3 阴极射线管材料（CRT）8.5.4 其它信息显示材料8.6 信息处理材料8.6.1 微电子信息处理材料8.6.2 光电子信息处理材料8.6.3 集成光路材料8.6.4 光电子集成回路材料8.7 其它信息材料第9章材料与环境：人类的责任9.1 材料与资源、环境的关系9.1.1 材料与资源的关系9.1.2 材料与环境的关系9.1.3 我国材料工业与资源、环境的状况9.2 环境材料的概念及其研究的内容9.2.1 环境材料的概念和含义9.2.2 环境材料的特征及其分类9.2.3 环境材料的研究内容9.3 材料的环境影响评价（LCA）9.3.1 环境材料的判据9.3.2 常见的环境指标及其表达方法9.3.3 生命周期评价方法9.3.4 LCA数据库与评价软件9.3.5 材料的生命周期评价方法（MLCA）9.4 材料的生态设计与典型环境材料9.4.1 材料的生态设计9.4.2 典型环境材料第10章新能源材料10.1 概述10.1.1 能源及其应用10.1.2 能源材料10.2 新型二次电池及其材料10.2.1 电池的种类10.2.2 Ni／MH二次电池（镍氢电池）10.2.3 锂离子二次电池材料10.3 燃料电池及其材料10.3.1 概述10.3.2 燃料电池的组成10.3.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）10.3.4 燃料电池的应用10.3.5 储氢合金10.4 LED绿色照明10.4.1 LED（Light Emitting Diode）的特点与应用10.4.2 LED的结构与光学特性10.4.3 LED材料10.5 太阳能的利用与材料10.5.1 光热转换材料10.5.2 光电转换材料10.5.3 太阳能电池的发展10.5.4 太阳能电池的应用10.6 核能材料10.6.1 概述10.6.2 核能应用10.6.3 核能材料9、课程的教学基本要求第1章绪论掌握材料的概念与分类，了解材料科技在人类文明进步中的作用及材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术掌握先秦青铜铸器分类及特点，了解青铜的陶范铸造及失蜡铸造过程，了解六齐的概念及特点，了解青铜在人类历史上的作用第3章陶瓷熟悉陶瓷的变化历史，掌握陶瓷的产生对人类历史的作用以及在材料的发展上的意义，了解陶瓷与人类文化的联系第4章材料在工业革命中的作用了解工业革命的发展过程，熟悉材料在工业革命中的作用，了解钢铁是如何与工业革命互动发展的第5章建筑材料与人居环境掌握人居环境的概念及建筑材料的发展过程，了解建筑材料未来的发展趋势第6章轻量化材料与便捷交通掌握轻量化材料的概念及意义，了解常用轻量化材料类型及特点第7章编织人类美好生活的纺织材料了解纺织材料的发展历史，了解常用纺织材料的组织及性能第8章信息材料熟悉典型信息获取材料、信息传送材料、信息存储材料、信息显示材料、信息处理材料的种类及特点，了解信息材料对信息技术进步的影响。
《材料科技与人类文明》 知识清单
《材料科技与人类文明》知识清单一、材料科技的定义与范畴材料科技，简单来说，就是研究和开发各种材料的性质、结构、制备方法以及应用的科学技术领域。
它涵盖了广泛的材料类型，从传统的金属、陶瓷和聚合物，到先进的纳米材料、复合材料和生物材料等。
金属材料，如钢铁、铝和铜，是工业和建筑领域的基础，因其良好的机械性能和导电性而被广泛应用。
陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于电子、航空航天等高科技领域。
聚合物材料，包括塑料、橡胶等，在日常生活中的应用随处可见，从塑料制品到轮胎。
纳米材料，由于其独特的尺寸效应和表面效应，展现出许多新奇的物理、化学和生物特性，在药物传递、电子器件等方面有着巨大的潜力。
复合材料则是将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起，以获得更优异的性能，例如碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用。
生物材料，旨在与生物体相互作用，用于医疗领域，如人工关节、心脏支架等。
二、材料科技在古代文明中的作用人类文明的发展与材料的使用息息相关。
在古代，材料的选择和应用推动了社会的进步。
例如，青铜的发明是人类文明发展的一个重要里程碑。
青铜由铜和锡等金属组成，比纯铜更坚硬，使得人们能够制造出更锋利的武器和更耐用的工具，促进了农业和战争的发展。
铁器的出现则进一步改变了人类的生活。
铁比青铜更坚硬、更廉价，广泛应用于农具和武器的制造，极大地提高了生产力，推动了社会从奴隶社会向封建社会的转变。
此外，古代的建筑材料如石头、木材和砖块等，也反映了当时的技术水平和文化特色。
埃及的金字塔是用巨大的石块建造而成，展示了古代埃及人的工程技术；中国古代的木质建筑，以其精美的结构和工艺，体现了东方文化的独特魅力。
三、材料科技在近代工业革命中的影响近代工业革命时期，材料科技的发展起到了关键的推动作用。
蒸汽机的发明需要大量的钢铁来制造部件，这促进了钢铁工业的迅速发展。
钢铁生产技术的不断改进，使得钢铁的质量和产量大幅提高，为铁路、桥梁和工厂的建设提供了坚实的基础。
材料与人类文明第5讲
熔、炼、铸铸件(castings) 机加工零件 铸坯(ingots)塑性成形热处理机加工零件
– PM(Powder Metallurgy)粉末冶金法
制粉压型烧结
– SF(Spray Forming)喷射成型法
➢ 材料成型方法
铸造、塑性成形（挤压、轧制、拉拔、冲压、锻造）、焊接、 切削、粉末成型、复合成型（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）
➢ 金属材料制备流程
（探矿）（采、选矿） （冶炼） 材料制备加工成型（工件）
➢ 有色金属(nonferrous metals)材料产品
Cu, Al, Mg, Zn, Au, Ag, Ni, Ti, Cr, Be, Li, Ca……… 管、棒、型、线、板、带、箔、粉、复合材料
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二、材料制备与成型
➢ 材料制备方法
材料的制备与成型
主讲：林高用
2003年4月
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内容
概述 材料制备与成型 产业形势 展望与期待
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一、概 述
1. 材料是现代文明的支柱
2. 材料是基础、是标志、是先导。 21 century is IBM age.
3. 固体材料的分类
✓ 金属材料（metallic materials)
✓ 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials) ✓ 高分子材料(polymers) ✓ 复合材料（composites)
➢ 材料是现代文明的支柱
❖材料是人类生存的基础（Basis) ❖材料是人类发展的标志 (Mark) ❖材料是科技创新的先导 (Lead)
The 21 century is IBM age.
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(完整版)环境材料学第5章材料的生态设计
生态设计的内容
材料的选择与管理、 产品的可拆卸性设计、 产品的可回收性设计 首先考虑所有材料、能量输入和输出，尽可能为无害而努力； 预防废弃物的产生比废弃物的处理和清除更重要； 后处理过程设计为能源、处理消耗最省； 产品、过程和系统的设计必须考虑所有被投入的能量与物质的
1992.6.3 里约热内卢 联合国环境与发展大会 官方 对可持续发展讨论的一个高峰 大会通过了《里约热 内卢环境与发展宣言》以及《二十一世纪议程》。
可持续发展
是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们 是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的， 又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土 地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续 发展和安居乐业。
伴随着环境问题的出现，以及对发展目标的重 新认识，人类开始反思，从而产生了可持续发 展的思想。
1972.6.5 斯德哥尔摩 联合国人类环境研讨会上 首次提出可持续发展的概念。
1987.4.27 世界环境与发展委员会 发表了一份 题为《我们共同的未来》的报告，系统阐述了可
持续发展的思想：“既能满足当代人的需要, 又不对后代人满足其需要的能力构成危害 的发展”。
可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境 保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心 是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和 保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会 的发展。
可持续发展的要点
不否定经济增长 强调经济发展以自然资源为基础，同环境承载
能力相协调 生产过程中尽量少投入、多产出 消费过程中尽量多利用、少排放 最终目标：实现经济效益、社会效益、环境效
20世纪全球十大环境问题
1
气候变暖
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高压厚
压容器 (400~5 60 C)
油罐
构、起重
架
大型船 车辆
壁容器
机械
舶
(<500C)
调质钢
钢
碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
成分特点
• 中含碳量（wc=0.30~0.50%） • 添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性，
固溶强化 • 添加少量Mo、W、V等细化晶粒，
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b
屈 屈服点 s
脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半镇静钢 质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
wc＝0.06-0.38%
常用热处理：一般不热处理，直接使用
Q235-AF
A级沸腾钢
主要牌号及应用
牌号
主要 应用 举例
Q195
Q215
受载荷较小的钢 铆钉、短轴、拉
用途
建筑、船舶、桥梁、 运输工具、高压容 器、军工
我国几种低合金高强度钢的用途
级 300MPa 别
350MPa
400MPa
450MPa
500MPa
650MP a
牌 12Mn 09MnN
号
b
16Mn
12MnPRe 16MnNb 10MnNbRe 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMo 18MnMoNb 14CrMnM
wc＝0.05-0.75%
常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳
随含C量提高，强度增 大，塑性降低 性能调节方法：渗碳、 回火
主要牌号、性能及应用
牌号 性能 特点
应用 举例
08F、10 强度低、塑 性好
冷冲压件、 焊接件
15、20 、25 （碳素渗碳钢）
强度较低、塑性韧性 较好 渗碳后获得表面硬度 高、心部韧性好的零 件
低合金结构钢 造船用钢 锅炉用钢 耐候钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
工程结构钢
成分特点
• 低含碳量（wc<0.2%） • 根据不同要求添加合金
元素，总量<3%
钢 碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
性能要求
• 一定的综合力学性能和屈强比 • 良好的压力加工和焊接性能 • 耐侯性和耐冷脆性
碳素工具钢
碳素结构钢
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：T10A
碳
平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢
P、S含量低于一般优质碳素工具钢
wc＝0.65-1.35%
常用热处理：球化退火、淬火、低温回火
T8MnA，含C%=0.8%、含Mn、 高级
主要牌号：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13
成分特点
• 低含碳量(wc=0.10~0.25%) • 添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性，
负载不大的轴、销、 齿轮、垫片及渗碳件
30、35 、40 、45 、50 （碳素调质钢）
强度、塑性、韧性配合 较好 经调质后可获得优良的 综合力学性能
轴类、齿轮、紧固件、 要求不高的表面淬火件
55、60 、65 、65Mn （碳素弹簧钢）
强度高、塑性低
淬火中温回火处理后 有较好的弹性
简单的耐磨件、简单 的弹簧、钢丝绳等
合金钢
主要合金元素 Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn
合金元素的主要作用 • 细化晶粒 • 固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物） • 提高淬透性 • 提高回火稳定性 • 获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）
合金钢
合金结构钢
碳素钢 钢
合金钢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合金工具钢
特殊性能钢
工程结构钢
机器结构钢 刃具钢 模具钢 量具钢 高强度钢 耐蚀钢 耐热钢 耐磨钢 易切削钢
VBRe
oVB
船舶、 桥梁、 船舶、桥 建筑结 桥梁、 港口工 桥梁、 大型焊 中温高 锅炉、 中温高
用 低压 车辆 梁、车辆、 构、船
途 锅炉、
大型容器、 舶、化
容器、
大型钢结 工容器
起重 机
程结构、 高压容 接结构、压容器 化工、
造船、 器、电 大桥、 (<500 石油的
石油井 站设备、 造船、 C)
丝、开口销、钉子、 杆、垫圈、渗碳
拉杆、焊接件
件、焊接件
Q235
连杆、螺栓、螺母、轴 类支架、角钢、槽钢、 工字钢、圆钢、焊接件
Q255
轴类、吊 钩、型钢
Q275
轴、 齿轮
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：45
平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢 加Mn表示含Mn量较高。
性能特点：热处理后，硬度、耐磨性高；塑性、韧性低；淬透性差 主要应用：小截面刃具、模具
铸造碳钢
碳素结构钢
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：ZG200-400
铸钢 s b
wc＝0.15-0.60%
主要牌号：ZG200-400, ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-640 主要应用：形状复杂、力学性能要求高、铸铁难以满足的零件
按成分分类
低碳钢 wc0.25%
中碳钢
wc＝0.25 -0.60%
高碳钢 wc>0.60%
普通质量钢
wS0.050% wP0.045%
优质钢
wS0.035% wP0.035%
高级优质钢
wS0.020% wP0.030%
按用途分类
碳素钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
碳素结构钢
碳素结构钢
提高回火稳定性
性能要求
• 优良的综合力学性能 • 良好的淬透性
用途
轴、杆类零件、 齿轮、链条等
主要热处理：淬火+高温回火
牌
40Cr
号
用 轴类、连杆螺 途 栓、进气阀、
重要齿轮
常用合金调质钢的牌号及其用途(轴)
40MnB
35CrMo
40CrNi
40CrNiMoA 40CrMnMo 45CrNiMoVA
中小截 大截面齿轮、 强度高、韧性好 大截面受冲击 大截面重 高强度高弹
面调质 重型传动轴、 的零件，如轴、 零件，如偏心 负荷齿轮、 性零件，如
件
大电机主轴 齿轮、链条
轴、曲轴
轴
车辆扭力轴
渗碳钢
钢
碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
第五章 常用结构材料简介
金属材料
金属材料简介
碳素结构钢
优质碳素结构钢
黑 色
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
金
属
灰口铸铁
金
材 料
铁 白口铸铁
属 材
球墨铸铁……
料
有
色
金 属
Cu、 Al、Ti、Mg合金
材
料
碳素钢
成分(GB/T 13304-91)
合金元素
Cr
Mn Mo Ni
Si
Ti
W
V
最大含量／wt.％ 0.30 1.00 0.05 0.30 0.50 0.05 0.10 0.04