工程材料的分类及性能
工程材料的分类、性能及应用范围
工程材料的分类、性能及应用范围第一章一、工程材料分类、性能及应用范围；工程材料可分为金属材料（黑色金属及有色金属）、非金属材料（高分子材料及无机非金属材料）和复合材料等。
（一）金属材料1 ．黑色金属（ 1 ）生铁、铁合金。
生铁分炼钢生铁和铸造生铁。
铁与任何一种金属或非金属合金都叫做铁合金。
（2 ）铸铁。
具有优良铸造性能和良好耐磨性、消震性及低缺口敏感性。
还具有良好耐热性和耐腐蚀性。
铸铁包括：灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。
（ 3 ）钢。
①钢分类如下：A ．按化学成分分类，可将钢分为碳素钢和合金钢。
B ．按冶炼质量分类，可将钢分为普通钢、优质钢和高级优质钢。
C ．按用途分类，可将钢分为结构钢、工具钢、特殊性能钢等。
D ．按冶炼方法分类，可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。
E ．按脱氧程度分类，可将钢分为镇静金刚、半镇静钢和沸腾钢。
F ．按金相组织分类，在退火状态下，可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；在正火状态下，可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。
G ．按供应时保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。
②钢牌号表示方法。
根据牌号可以看出钢类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备性能和用途。
例如甲类钢牌号用“A”字加上阿拉伯数字0 、1 、2 、 3 、4 、5 、6 、7 表示。
又如20 号钢号，表示平均含碳量为0.20% 钢。
再如9Cr18 表示平均含碳量为0.9% 、含Cr 量为18% 不锈钢。
③国外钢牌号主要特点方（略）。
④几种常用钢主要特点及用途。
A ．普通碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。
甲类钢多用于建筑工业使用钢筋，机械制造中使用普通螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材（如工字钢、槽钢、角钢等）；乙类钢用途与相同数字甲类钢相同。
B ．普通低合金钢是在普通碳素钢基础上。
加入了少量合金元素，不仅具有耐腐蚀性、耐磨损等优良性能，还具有更高强度和良好力学性能。
建筑工程材料分类
建筑工程材料分类在建筑工程中，材料的选择和使用是至关重要的环节。
不同的材料具有不同的性质和用途，合理的选择和使用可以保证建筑的质量和安全性。
本文将介绍建筑工程中材料的分类及其特点和用途。
一、按功能分类1、结构性材料：包括钢、混凝土、木材等，主要用于承受建筑荷载，为建筑提供支撑和稳定性。
2、维护性材料：如玻璃、塑料、陶瓷等，主要用于保护建筑内部免受外部环境的影响，提高建筑的保温、隔热、防水等性能。
3、装饰性材料：如涂料、壁纸、瓷砖等，主要用于美化建筑外观，提高建筑的视觉效果。
二、按化学成分分类1、金属材料：包括钢材、铝合金、铜合金等，具有高强度、耐腐蚀、导电性好等优点，主要用于结构件和连接件。
2、无机非金属材料：如混凝土、陶瓷、玻璃等，具有耐久性好、化学稳定性高、防火性能好等优点，主要用于墙体、地面等部位。
3、有机非金属材料：如木材、塑料、橡胶等，具有轻质、易加工、绝缘性好等优点，主要用于装饰和保温隔热等领域。
三、按使用场合分类1、室内材料：如地板、墙砖、卫生洁具等，主要用于室内装修和居住环境的美化。
2、室外材料：如混凝土、钢材、木材等，主要用于室外工程和公共设施的建设。
3、防水材料：如防水卷材、防水涂料等，主要用于防止水分渗透和扩散，保证建筑物的防水性能。
4、防火材料：如防火涂料、防火板等，主要用于提高建筑物的防火性能，防止火灾蔓延。
建筑工程材料的分类多种多样，不同的分类方式可以反映出材料的不同特性和用途。
在选择和使用材料时，应根据具体的工程要求和实际情况进行选择，保证建筑的质量和安全性。
在建筑工程中，材料的选择与分类至关重要。
恰当的材料能确保项目的质量、安全性和耐用性。
本文将介绍建筑工程中常用的材料分类及其特性。
一、按功能分类1、结构材料：结构材料在建筑中承担主要的结构荷载，包括钢筋、混凝土、木材等。
其中，钢筋混凝土因其强度高、耐久性好、成本适中而被广泛应用。
2、保温材料：保温材料用于隔绝建筑内外温度，降低能源消耗，常见的有聚苯乙烯板、矿棉板等。
工程材料的分类与性能
Fe 7.86
250～ 1539 330 16 25～ 0.84 55 70～ 85 65
Ti 4.51
250～ 1660 300 3 50～ 0.17 70 76～ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 （HRC=20~60） HB≈10HRC （HRC=20~60）
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB （HB=125~175） σb≈3.6HB （HB＞175）
四、冲击韧度
是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。
指标为冲击韧
性值a k(通过冲
金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如调 质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕
小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80～ 660 110 60 32～ 2.09 40 70～ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度，kg/m3×103
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为常数
第1章 工程 材料的种类和力学性能
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。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 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。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
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。
工程材料材料分类与性能
工程材料材料分类与性能工程材料是指在工程施工中使用的各种材料，它们具有各自独特的分类与性能。
根据其用途和性质的不同，工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是指主要由金属元素构成的材料，具有优良的导电、导热和抗腐蚀等性能。
常见的金属材料有铁、铝、铜、锌等。
金属材料的主要性能包括机械性能（如强度、韧性）、物理性能（如导电性、导热性）、化学性能（如抗腐蚀性）和热处理性能等。
金属材料在工程中广泛应用于建筑、航空、交通、机械等领域。
非金属材料是指除金属以外的材料，包括无机非金属材料和有机非金属材料。
无机非金属材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷等。
有机非金属材料主要包括塑料、橡胶、纤维等。
非金属材料具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点。
它们的性能特点有耐高温、阻燃性、耐腐蚀、导热性等。
复合材料是指由两种或两种以上的材料组成，通过一定的方式进行组合，形成具有特定性能和功能的材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、金属基复合材料和无机非金属增强复合材料等。
复合材料的特点是具有很高的强度和刚度，同时又具备轻质和耐腐蚀等性能。
复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域有广泛的应用。
工程材料的性能与其分类密切相关。
不同材料具有不同的特性和用途，因此在工程设计中需要根据具体的要求来选择材料。
例如，在需要承受高温环境的工程中，就需要选择具有良好耐高温性能的材料；在需要抗腐蚀的场合，需要选择具有良好抗腐蚀性能的材料。
总之，工程材料的分类与性能多种多样，各具特点。
工程设计者根据工程的具体要求来选择合适的材料，以确保工程的安全和可靠性。
如今，随着科技的进步和工程技术的发展，工程材料的分类与性能将会不断提升和拓展，为工程领域提供更好的材料资源。
工程材料的分类及性能
以上几项性能指标，都是材料在静载荷作用下的性能指标。而许多零件和制品，经常受到大小及方向变 化的交变载荷，在这种载荷反复作用下，材料常在远低于其屈服强度的应力下即发生断裂，这种现象称为“疲 劳”。材料在规定次数（一般钢铁材料取 107 次，有色金属及其合金取 108 次）的交变载荷作用下，而不至引 起断裂的最大应力称为“疲劳极限”。光滑试样的弯曲疲劳极限用σ－1 表示。一般钢铁的σ－1 值约为其σb 的一半，非金属材料的疲劳极限一般远低于金属。
σ 外加应力； a 裂纹的半长。 由上式可见，随应力的增大，K1 也随之增大，当 K1 增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区域内的内 应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速扩展，发生脆断。这个 K1 的临界值称为临界应力强度因子或断裂韧性， 用 K1C 表示。它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。 材料的断裂韧性 K1C 与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，只决定于材料本身的特性（成分、 热处理条件、加工工艺等），是一个反映材料性能的常数。
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材料的分类
工程材料的分类及性能
材料的种类繁多，用途广泛。工程方面使用的材料有机械工程材料、土建工程材料、电工材料、电子材 料等。在工程材料领域中，用于机械结构和机械零件并且主要要求机械性能的工程材料，又可分为以下四大 类：
.K 金属材料具有许多优良的使用性能（如机械性能、物理性能、化学性能等）和加工工艺性能（如铸造性能、
抵抗其它物体压入的能力。工程上常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
（1）布氏硬度 HB
布氏硬度是用一定载荷 P，将直径为 D 的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，保持
工程材料知识点总结app
工程材料知识点总结app工程材料是指在建筑、交通、水利、能源等工程中使用的材料，包括金属材料、非金属材料和合成材料等。
工程材料的选用和使用对工程质量和工程成本具有重要影响，因此掌握工程材料的相关知识是工程师和技术人员的基本素养之一。
本文将就工程材料的分类、性能、选用和使用等方面的知识点进行总结，以便读者对工程材料有更深入的了解。
一、工程材料的分类工程材料可以按照其物理性质、化学性质、用途等方面进行分类。
根据物理性质的不同，工程材料可以分为金属材料和非金属材料两大类。
金属材料包括铁、铝、铜、锌等金属及其合金，非金属材料包括水泥、混凝土、陶瓷、塑料等。
根据化学性质的不同，工程材料可以分为有机材料和无机材料两大类。
有机材料是指由碳和氢等元素组成的材料，例如塑料、橡胶等；无机材料是指由金属、非金属和半金属元素组成的材料，例如水泥、砖、钢筋等。
根据用途的不同，工程材料可以分为结构材料、装饰材料、电气材料、隔热材料等。
二、工程材料的性能工程材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特点，包括力学性能、物理性能、化学性能和耐久性能等。
力学性能是指材料在受力作用下的行为，包括强度、韧性、硬度、弹性模量等。
物理性能是指材料的电、磁、光等性能，包括导电性、磁性、透光性等。
化学性能是指材料在化学环境中的稳定性和耐腐蚀性能。
耐久性能是指材料在长期使用过程中的稳定性和可靠性。
工程材料的性能对其在工程中的选用和使用具有重要影响，因此需要进行严格的性能测试和评价。
三、工程材料的选用工程材料的选用是指根据工程的具体要求和使用环境的特点，选择适合的材料进行使用。
在选用工程材料时需要考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能和耐久性能等因素。
通常情况下，为了提高工程结构的强度和刚度，会选用高强度、高硬度的金属材料或者耐压、耐拉的混凝土材料。
在特殊的环境条件下，例如海水、高温、强腐蚀等环境中，需要选用具有特殊耐久性能的材料。
在选用工程材料时需要遵循“经济、安全、可靠”的原则，确保选用的材料符合工程要求并能够满足工程的使用寿命。
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120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s时不标注）
（2）洛氏硬度：
常用洛氏硬度的试验条件和应用：
硬度符 压头类型 总压力 硬度值有效
号
范围
应用举例
HRC 120°金刚 1471 20~67HRC 淬火钢、调质钢等 石圆锥
HRB HRA
Φ（1/16）‘’ 4807 淬火钢球
（1）布氏硬度：
布氏硬度测试原理公式：
HB(HBS 或HBW) 0.102 F 0.102
2F
S
D(D D2 d 2 )
HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；
HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。 硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号 后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。 例：
绪论:1.课程的性质和任务：
性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修 的专业技术基础课。
任务： 1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识； 2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系
的一般规律； 3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程； 4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程
材料。
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
Ak G(H1 H2 )
L0
•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩 量：
S0 S1 100 %
S0
碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：
4.硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标。 通常材料的强度越高，硬度也越高。 硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。 生产常用的硬度测试方法有： （1）布氏硬度； （2）洛氏硬度； （3）维氏硬度；
2.强度
σs：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σb：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σk：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。
σp、 σe、 σs、 σb、 σk的单位：Mpa （与应力的相同）
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
L1 L0 100 %
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
维； 陶瓷材料：工业陶瓷； 复合材料：金属基复合材料、高分
子复合材料、陶瓷基复合材料。
玻璃纤维增强高分子复合材料：
c.材料的性能(力学性能)
零件的过量变形以及性能指标； 零件的断裂及性能指标； 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指
标； 零件的磨损失效以及防止； 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
介绍常用工程材料及其应用等基本知识； 为工程结构和机械零件的设计和制造提
供合理选用材料的方法。
4.课程教学形式：
理论教学； 实验教学； 课堂讨论； 自学； 辅导（习题解答 ）。
5.教学内容 ---- 理论教学：
第一章 金属材料的力学性能 第二章 金属的晶体结构 第三章 金属的结晶 第四章 二元相图及应用（铁碳合金相图 ） 第五章 金属材料的变形 第六章 钢的热处理 第七章 工业用钢 第八章 铸铁 第九章 有色金属及其合金 第十章 机械零件材料的选用
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
硬
度
抗拉强度σb（N/mm-2）
洛氏
HRC HRA
维氏 布氏 HV （F/D2=30）
碳钢
HBS HBW
铬钢 铬钒 铬镍 铬钼 铬镍 钢 钢 钢 钼钢
铬锰 钢
不锈 钢
45.0 73.2 441 424 428 1459 1420 1469 1451 1444 1487 1445 1492 45.5 73.4 448 430 435 1481 1444 1493 1476 1468 1512 1469 1453 46.0 73.7 454 436 441 1503 1468 1517 1502 1492 1537 1493 1479 46.5 73.9 461 442 448 1526 1493 1541 1527 1517 1563 1517 1501 47.0 74.2 468 449 455 1550 1519 1566 1554 1542 1589 1543 1533
2学时 2学时 2学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 4学时 2学时
第一章:金属材料的力学性能：
a . 定义：
(1)材料是人类生产和生活所必备的物质 基础; (2)工程材料主要指用于机械工程、电器 工程、建筑工程、化工工程、航空航天 工程等领域的材料。
b.分类：
金属材料：黑色金属、有色金属； 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤
120°金刚 558.4 石圆锥
25~100HRB 软钢、退火钢、铜 合金、铝合金，可 锻铸铁等
65~85HRA 碳化物、硬质合金、 表面淬火钢
（3）维氏硬度（HV）：
维氏硬度测试原理公式：
HV
0.102
F SV
0.102
F 2sin 68 d2
0.1891
F d2
例：640HV30/20；500HV30
一、材料的力学性能：
应力—应变曲线：
1.弹性和刚度 ：
弹性模量E：E=σ/ε（MPa)； 材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温 度敏感 。
刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的 乘积 。
σp： 比例极限（应力----应变成正比，服从 虎克定律 ）。
σe： 弹性极限（不产生塑性变形的最大应 力 ）。