非金属材料和复合材料
工业材料分类
工业材料分类
工业材料是指在工业生产中使用的各种原材料和制品。
根据其性质和用途的不同，工业材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大类。
金属材料是指主要由金属元素组成的材料，具有导电、导热、强度高等特点。
金属材料的分类又可以分为铁基金属、有色金属和合金三类。
铁基金属主要包括铁、钢、铸铁等，是工业生产中使用最广泛的金属材料。
有色金属包括铜、铝、镁、锌等，具有优良的导电、导热性能，广泛用于电气、航空航天等领域。
合金是由两种或两种以上金属或非金属元素组成的材料，具有综合性能优良的特点，如不锈钢、铝合金等。
无机非金属材料是指除金属材料外的其他材料，主要包括陶瓷材料、玻璃材料和复合材料。
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、化工等领域。
玻璃材料透明、硬度高，被广泛用于建筑、家具等领域。
复合材料是由两种或两种以上不同材料组合而成的材料，具有综合性能优良的特点，如碳纤维复合材料、玻璃钢等。
有机材料是指由有机物质构成的材料，主要包括塑料、橡胶和纺织品。
塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀、绝缘等特点的材料，广泛用于包装、建筑、医疗等领域。
橡胶具有弹性、耐磨损等特点，广泛应用于轮胎、密封件等领域。
纺织品包括棉、毛、丝、化纤等，是
制作服装、家居用品的重要材料。
工业材料根据其性质和用途的不同可以分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大类，每种材料又可以进一步细分。
不同类型的工业材料在工业生产中发挥着不可替代的作用，推动着工业的发展和进步。
希望通过对工业材料分类的了解，能够更好地应用于工业生产中，促进工业的持续发展。
工程材料及金属热处理知识
工程材料及金属热处理知识工程材料是指用于机械、建筑、电气等领域的材料。
它们通常需要具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性。
工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是最常见的工程材料，包括铁、钢、铜、铝、镁等金属以及它们的合金。
金属材料具有良好的导电性、导热性、高强度和塑性。
常见的金属材料处理方法有退火、淬火、回火、冷作等。
其中，淬火是加热金属到一定温度后迅速冷却，目的是增加材料的硬度和强度；回火则是通过再次加热金属来减轻淬火后的内应力，使得金属具有更好的韧性。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
它们通常具有较低的密度、化学稳定性、耐腐蚀和绝缘性。
热处理方法主要包括退火、烧结和化学处理。
复合材料是将不同材料组合在一起形成的新材料，如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等。
这种材料结合了各种材料的优点，因此在许多领域都有广泛的应用。
金属的热处理是一种改变金属结构和性质的方法。
经过热处理，金属可以获得更高的硬度、强度和耐蚀性。
以下是一些金属热处理方法的描述：退火：将金属加热到适当温度，保持一段时间后缓慢冷却。
该方法可使金属软化、去除内部应力，并提高延展性和冲击性能。
淬火：将金属加热到一定温度，然后迅速冷却。
这会使金属的组织产生变化，从而提高硬度和强度。
回火：通过在较低的温度下将金属加热一段时间，以达到减轻淬火后产生的内部应力的目的。
正火：将金属加热到适当的温度，然后在空气中自然冷却。
这样的过程可以增加材料的硬度和强度。
淬化：使用醇类或水溶液使淬火后的金属变脆，然后在热水中浸泡一段时间来恢复其硬度和强度。
热处理对于工程材料的重要性不言而喻。
能够正确选择和使用热处理方法将有助于确保材料能够耐用、稳定地运行，并具有所需的物理和化学性质。
非金属复合材料
王斌斌非金属复合材料非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥等）和各种复合材料等。
本文主要介绍复合材料。
复合材料是两种或两种以上化学本质不同的组成人工合成的材料。
其结构为多相，一类组成（或相）为基体，起粘结作用，另一类为增强相。
所以复合材料可以认为是一种多相材料，它的某些性能比各组成相的性能都好。
一、复合材料的基本类型复合材料按基体类型可分为金属基复合材料、高分子基复合材料和陶瓷基复合材料等三类。
目前应用最多的是高分子基复合材料和金属基复合材料。
复合材料按性能可分为功能复合材料和结构复合材料。
前者还处于研制阶段，已经大量研究和应用的主要是结构复合材料。
复合材料按增强相的种类和形状可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状增强复合材料。
其中，发展最快，应用最广的是各种纤维增强的复合材料。
二、复合材料的特点1、比强度和比模量许多近代动力设备和结构，不但要求强度高，而且要求重量轻。
设计这些结构时遇到的关键问题是所谓平方－立方关系，即结构强度和刚度随线尺寸的平方（横截面积）而增加，而重量随线尺寸的立方而增加。
这就要求使用比强度（强度/比重）和比模量（弹性模量/比重）高的材料。
复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的七倍，比模量比钢大三倍。
2、耐疲劳性能复合材料中基体和增强纤维间的界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
疲劳破坏在复合材料中总是从承载能力比较薄弱的纤维处开始的，然后逐渐扩展到结合面上，所以复合材料的疲劳极限比较高。
例如碳纤维－聚酯树脂复合材料的疲劳极限是拉伸强度的70%～80%。
3、减震性能许多机器、设备的振动问题十分突出。
结构的自振频率除与结构本身的质量、形状有关外，还与材料的比模量的平方根成正比。
材料的比模量越大，则其自振频率越高，可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。
非金属材料
常用工程材料
❖ 非金属材料
1.1 高分子材料 1.2 陶瓷材料 1.3 复合材料
机械工业中使用的非金属材料可分为三大类:高分子材料(如 塑料、胶粘剂、合成橡胶、合成纤维等)、陶瓷(如日用陶瓷、金 属陶瓷等)、复合材料等。
常用工程材料
1.1 高分子材料
1. 工程塑料 密度小 强度、 硬度低 工程塑料
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(3)颗粒复合材料
颗粒复合材料是一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内而 制成的
颗粒起增强作用
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(3)颗粒复合材料
常用的颗粒复合材料有两类:
•一类是颗粒与树脂复合 •另一类是陶瓷粒与金属复合
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(1)纤维增强复合材料
玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维及制品为增强剂,以树脂 为粘结剂而制成的,俗称玻璃钢
碳纤维增强复合材料是以碳纤维或其织物为增强剂,以树脂、 金属、陶瓷等粘结剂而制成的
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
机械制造基础
常用工程材料 1.2 陶瓷材料
常用工程材料
1.3 复合材料
复合材料是由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工 合成的多相固体材料
复合材料既保持了各组成材料的最佳性能特点,又具有组合后新的 特性
常用工程材料
1.3 复合材料
1. 复合材料的性能特点
(1)比强度和比模量高 (2)抗疲劳性能好 (3)减震性 除了上述几种特性外,复合材料还具有较高的耐热性和断裂安全性, 良好的自润滑和耐磨性等。但复合材料伸长率小,抗冲击性差,横向强 度较低,成本较高
材料的分类
传统的无机非金属材料 之二：玻璃
玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。
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。
传统的无机非金属材料 之四：耐火材料
耐火材料是指耐火度不低于 1580℃的无机非金
属材料。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种 简单低分子化合物经聚合而 组成的分子量很大的化合物。
4. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织 结构不同的材料组合而成。
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2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸 盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮 化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化 物等原料经一定的工艺制备而成的材料。
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
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
0.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物）
4. 复合材料
1.金属材料
金属材料是由化学元素周期 表中的金属元素组成的材料。可 分为由一种金属元素构成的单质 （纯金属）；由两种或两种以上 的金属元素或金属与非金属元素
构成的合金。合金又可分为固溶
体和金属间化合物。
合金中的金属间化合物：
金属间化合物可分为三类，即由负电性决定的原子
价化合物（简称价化合物）、由电子浓度决定的电子
化合物（亦称为电子相）以及由原子尺寸决定的尺寸 因素化合物。除了这三类由单一元素决定的典型金属 间化合物外，还有许多金属间化合物，其结构由两个 或多个因素决定，称之为复杂化合物。
12 第八章 非金属材料简介
图8-1 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线
图8-2线型晶态高聚物的温度-形变曲线
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(2)线型晶态高聚物和体型高聚物的力 学状态 晶态高聚物的热-机曲线如图8-2所示 (图中Tm为熔点)，这种高聚物分为一般 分子量和很大分子量两种情况。一般分 子量的高聚物在低温时，链段不能活动， 变形小，因此在Tm以下与非晶态高聚物 的玻璃态相似，高于Tm则进入粘流态。 分子量很大的晶态高聚物存在高弹态 (Tm-Tf)。由于高分子材料只是部分结晶， 非晶区柔性好，晶区刚性好，因而在非 晶区的Tg与晶区的Tm温度区间，处于韧 性状态，即皮革态。 体型高聚物的力学状态与交联点的密度 有关，密度小，链段仍可运动，具有高 弹态，如轻度硫化的橡胶。交联点密度 大，则链段不能运动，此时Tg = Tf，高 聚物变得硬而脆，如酚醛塑料。
8/25
（3）常用工程塑料 工程塑料是指力学性能和热性能均较好，可在承受机械应力 和较为苛刻的化学及物理环境下使用，并可作为工程结构件的 塑料。 常用塑料的性能见表8-2
PS管 PE波纹管
PP方向盘
ABS阀门 聚四氟 乙烯管
聚四氟乙 烯零件
密 封 件
电器配件9/25源自• 1)一般结构用塑料 一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。 聚乙烯(PE)的合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软， 适于制造薄膜。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构件，如化工管道、电缆绝 缘层、小负荷齿轮、轴承等。 聚氯乙烯(PVC)成本低，但有一定毒性。根据增塑剂的用量不同分为硬质和 软质两种。硬质聚氯乙烯主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯 乙烯主要用于薄膜、电缆包覆等。 聚苯乙烯(PS)电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢、包装及工 业制品，如仪器仪表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、 耐油的机械零件等。 聚丙烯(PP)具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿 轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。 ABS塑料是由丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)三种单体共聚而成，兼具三 组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、 汽车、飞机、轮船等制造工业及化学工业中被广泛应用。
什么是金属材料
什么是金属材料、无机非金属材料、
有机合成材料、复合材料
金属材料：包括纯金属和合金。
合金：在金属中加热熔合某些金属或非金属，就制得具有金属
特征的合金。
如铜材、钢材、铝材、铁合金之类。
无机非金属材料：指由非金属元素组成
（如石墨、氧化硅）或者金属元素的氧化物
及其它盐类化合物（如铁红颜料、白刚玉、
玻璃、水泥、陶瓷）。
有机合成材料：指人工合成的有机物材料，
如各种有机高分子材料，包括合成塑料，
合成橡胶，合成纤维
复合材料：一般指纤维增强的各种材料。
包括有机复合材料（树脂基复合材料）、
金属基复合材料及陶瓷基复合材料等。
如玻璃钢，钢筋混凝土
关于复合材料
水泥、玻璃钢、汽车轮胎都是常见的复合材料吗？复合材料使用的历史可以追溯到古代。
钢筋混凝土由两种材料复合而成。
20世纪
40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃
纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了
复合材料这一名称。
汽车轮胎汽车轮胎主要
材料实际上是一种橡胶和碳黑的复合材料。
机械工程中常用的非金属材料有哪些
机械工程中常用的非金属材料有哪些
在机械工程中，常用的非金属材料包括：
1. 塑料：如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。
塑料具有良好的绝缘性能、低密度和较高的化学稳定性，在机械工程中常用于制造零件和外壳。
2. 复合材料：由两种或更多种材料组成的复合材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点，在机械工程中广泛用于制造结构件和零部件。
3. 橡胶：如天然橡胶、合成橡胶等。
橡胶具有良好的弹性、耐磨性和密封性能，广泛用于制造密封件、悬挂件和缓冲件等。
4. 玻璃：如钢化玻璃、石英玻璃等。
玻璃具有透明、耐热、耐酸碱腐蚀等特点，在机械工程中常用于制造视窗、仪表盘和光学器件等。
5. 陶瓷：如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
陶瓷具有高硬度、高耐磨性和耐高温性能，常用于制造轴承、密封件和热障涂层等。
以上是机械工程中常用的非金属材料，它们在机械工程中具有不同的特性和应用，能够满足不同的工程需求。
传统无机非金属材料
传统无机非金属材料无机非金属材料是一类在自然界中广泛存在的材料，它们具有多种不同的物理和化学性质，广泛应用于工业、建筑、电子、化工等领域。
传统无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、水泥材料和复合材料等。
这些材料在人类社会的发展进程中发挥着重要的作用，对于推动科技进步和改善人类生活水平起到了重要的作用。
陶瓷材料是一类以氧化铝、硅酸盐等为主要成分的材料，具有高温稳定性、耐腐蚀性和良好的绝缘性能。
陶瓷材料在电子、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
例如，氧化铝陶瓷被广泛应用于高温炉具、绝缘子、研磨材料等方面，而硅酸盐陶瓷则被用于制作陶瓷器皿、建筑材料等。
玻璃材料是一类以二氧化硅、氧化钠、氧化钙等为主要成分的无机非金属材料，具有透明、硬度高、化学稳定性好等特点。
玻璃材料广泛应用于建筑、家居、光学仪器等领域。
例如，建筑中的玻璃幕墙、玻璃窗等；家居中的玻璃杯、玻璃器皿等；光学仪器中的光学镜片、光学棱镜等。
水泥材料是一类以石灰石、粘土等为主要原料，经过研磨、混合、煅烧等工艺制成的无机非金属材料，具有硬化、抗压、抗拉等特点。
水泥材料广泛应用于建筑、道路、水利等领域。
例如，建筑中的水泥混凝土、水泥砖、水泥瓦等；道路中的水泥路面、水泥护坡等；水利中的水泥管道、水泥堤坝等。
复合材料是一类由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
例如，碳纤维复合材料被广泛应用于飞机、汽车等轻量化领域；玻璃钢复合材料被用于制作船舶、储罐等。
总的来说，传统无机非金属材料在人类社会的发展进程中发挥着重要的作用，它们的应用领域非常广泛，对于推动科技进步和改善人类生活水平起到了重要的作用。
随着科技的不断发展，无机非金属材料的种类和性能将会不断得到改善和提升，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
管道材料知识点总结大全
管道材料知识点总结大全一、管道材料的基本分类管道材料是用于管道工程中制造管道的材料，通常根据其物理性质、化学性质和技术性能的不同，可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
1. 金属管道材料金属管道材料是指由金属制造的管道材料，通常包括钢材、铝材、铜材、镍材等。
金属管道材料具有较高的强度、硬度和耐腐蚀能力，适用于承受较大压力和温度的工况。
2. 非金属管道材料非金属管道材料通常是指由塑料、玻璃钢、橡胶等非金属材料制成的管道材料。
非金属管道材料具有重量轻、易加工成型、耐腐蚀和绝缘等特点，适用于一些特殊的工程需求。
3. 复合管道材料复合管道材料是指由金属和非金属材料组合而成的管道材料，通常具有金属的强度和非金属的耐腐蚀性能，以及其他特殊性能。
复合管道材料在一些特殊工程中具有很好的应用前景。
二、管道材料的基本性能在选择管道材料时，需要考虑其物理性质、化学性质和技术性能，以确保管道在使用过程中具有较好的可靠性和安全性。
1. 物理性质管道材料的物理性质包括密度、热传导系数、导热系数、线膨胀系数等。
这些性质决定了管道在承受温度和压力变化时的稳定性和适用性。
2. 化学性质管道材料的化学性质包括材料的化学成分、耐腐蚀性能等。
这些性质决定了管道在不同介质环境中的长期稳定性和安全性。
3. 技术性能管道材料的技术性能包括材料的加工性能、焊接性能、柔韧性、抗疲劳性等。
这些性能决定了管道在制造和安装过程中的可操作性和可靠性。
三、常用金属管道材料1. 碳钢碳钢是一种主要由碳和铁组成的合金材料，具有良好的机械性能和加工性能。
碳钢管道通常适用于一些普通工程项目，如给水管道、燃气管道等。
2. 不锈钢不锈钢是一种不易生锈、耐腐蚀的金属材料，具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能。
不锈钢管道适用于一些对耐腐蚀性能要求较高的工程项目，如化工管道、食品加工管道等。
3. 铝合金铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的耐腐蚀性能和导电性能。
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础是机械制造领域的核心知识，它包括了工程材料的基础知识以及机械制造方面的相关技术。
工程材料的选择和机械制造的工艺直接影响着机械产品的质量和性能。
因此，掌握工程材料及机械制造基础知识对于机械相关专业的学生来说至关重要。
本文将介绍工程材料及机械制造基础的一些重要知识点，供读者参考和学习。
一、工程材料工程材料是指在机械制造、建筑、化工、航空航天等工程领域中使用的材料。
工程材料的种类很多，涵盖了金属材料、非金属材料和复合材料等多种类型。
其中，金属材料是最常用的一种工程材料，由于其在强度、重量比等方面的优势，在机械制造行业中被广泛应用。
1. 金属材料金属材料是机械制造中最基础、最重要的材料之一。
金属材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能决定了机械产品的使用寿命和性能。
常用的金属材料有铁、钢、铜、铝、锌、镁、钛等。
其中，铁和钢是最常用的材料，它们在制造汽车、火车、船舶、建筑等方面有着广泛的应用。
2. 非金属材料非金属材料是指不包含金属元素的材料，如陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等。
这些材料常被用于制造密封件、冷却系统、耐高温、耐低温、耐腐蚀等零部件。
非金属材料通常具有轻便、耐磨、耐腐蚀等特点。
3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上材料组合而成的材料，具有单一材料所不具备的性能。
复合材料常用于制造高强度、高硬度、高温耐性、耐腐蚀、轻便等零部件。
常见的复合材料有碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料等。
二、机械制造机械制造是制造机器和设备的生产过程，它包括了机械零部件的加工技术、机械产品的设计和制造等方面。
机械制造在现代工业中发挥着至关重要的作用。
下面将介绍机械制造中的一些常见工艺和技术。
1. 压力加工压力加工是指通过施加力量使材料发生形变和变形的加工过程，包括了锻造、拉伸、挤压、压缩等多种工艺。
压力加工能够提高材料的韧性和强度，契合精度提高，可用于制造齿轮、轴等机械零部件。
2. 切削加工切削加工是指通过旋转或移动刀具来削除工件材料的加工工艺。
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、工程材料的分类、性能及应用范畴；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的合金都叫做铁合金。
（ 2 ）铸铁。
具有优良的铸造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏锐性。
还具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
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钢的分类如下： 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，可将钢分为一般钢、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、专门性能钢等。
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，可将钢分为冷静金刚、半冷静钢和沸腾钢。
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 ．按供应时的保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。
②钢的牌号表示方法。
依照牌号能够看出钢的类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备的性能和用途。
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% 的钢。
再如9Cr18 表示平均含碳量为0.9% 、含Cr 量为18% 的不锈钢。
③国外钢的牌号的要紧特点方（略）。
④几种常用钢的要紧特点及用途。
A ．一般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的钢筋，机械制造中使用的一般螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材（如工字钢、槽钢、角钢等）；乙类钢的用途与相同数字的甲类钢相同。
B ．一般低合金钢是在一般碳素钢的基础上。
加入了少量的合金元素，不仅具有耐腐蚀性、耐磨损等优良性能，还具有更高的强度和良好的力学性能。
常用金属、非金属材料知识
常用材料基础知识第一节工程常用材料基础知识一、工程材料的分类一般将工程材料按化学成分分为金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。
（一）金属材料金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。
工业上把金属和其合金分为两大部分：（ 1 ）黑色金属材料——铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。
（ 2 ）有色金属材料——黑色金属以外的所有金属及其合金。
有色金属按照性能和特点可分为：轻金属、易熔金属、难熔金属、贵重金属、稀土金属和碱土金属。
（二）非金属材料非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料和陶瓷材料等。
（ 1 ）耐火材料。
耐火材料是指能承受高温下作用而不易损坏的材料。
常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。
（ 2 ）耐火隔热材料。
耐火隔热材料又称为耐热保温材料。
常用的隔热材料有硅藻土、蛙石、玻璃纤维（又称矿渣棉）、石棉以及它们的制品。
（ 3 ）耐蚀（酸）非金属材料。
耐蚀（酸）非金属材料的组成主要是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合金的理想代用品。
常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
（ 4 ）陶瓷材料。
（二）非金属材料非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料和陶瓷材料等。
（ 1 ）耐火材料。
耐火材料是指能承受高温下作用而不易损坏的材料。
常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。
（ 2 ）耐火隔热材料。
耐火隔热材料又称为耐热保温材料。
常用的隔热材料有硅藻土、蛙石、玻璃纤维（又称矿渣棉）、石棉以及它们的制品。
（ 3 ）耐蚀（酸）非金属材料。
耐蚀（酸）非金属材料的组成主要是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合金的理想代用品。
常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
（ 4 ）陶瓷材料。
二、常用工程材料的性能和特点（一）金属材料1 、黑色金属含碳量小于 2 ． 11 ％（重量）的合金称为钢，合碳量大于 2 ． 11 ％（重量）的合金称为生铁。
船用非金属材料
三、复合材料
概念 由两种或两种以上不同性能的材料用某种工艺方法合 成多相材料。 组成 基体材料（塑料、树脂、橡胶、金属）和增强材料 （玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、天然纤维） 分类：高聚物基体、金属基体、陶瓷基体及纤维增强、颗 粒增强、层叠增强 复合材料的特性 1、比强度和比模量 2、抗疲劳性能好 3、减振性好 4、高温性能好
塑料的主要特性
密度小 耐腐蚀性好 减磨、耐磨性好 电绝缘性好 消音减震性强 耐热性差 易老化 膨胀系数大
塑料的分类 Nhomakorabea按应用范围分： 通用塑料：产量大、价格低、用途广。主要有 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛 树脂等 工程塑料：用于制造工程结构、机器零部件； 一般强度较高，具有较好的耐热、耐腐蚀、耐 磨、减震性能。主要有聚甲醛、聚酰胺、有机 玻璃、ABS、聚砜 其他塑料：如耐热塑料聚四氟乙烯（塑料王）
按树脂的特性分 热塑性塑料：可重复加热成型的塑料， 加工成型简单，机械性能较高，耐热性、 刚性较差，典型品种是聚乙烯、聚丙烯 热固性塑料：不能重复加热成型的塑料， 耐热性高不易变形，机械性能差，典型 品种有酚醛、环氧、氨基等制成的塑料
工程塑料在船舶上的应用
耐磨传动零件：各种传动零件，如各种轴承、齿轮、 蜗杆、齿条、辊子、联轴器 一般结构：支架、管接头、手轮、手柄 减磨自润滑零件：活塞环、机械动密封圈、填料函 及轴承 耐腐蚀零件：容器、管道、泵阀门、管接头 耐高温零件 分船舶构件、船机零件、防腐件
二、陶瓷
是以天然硅酸盐（黏土、石灰石、长石）和人工合成的化合物 为原料，经制粉、配料、成型和高温烧结制成的无机非金属材 料。 工业陶瓷材料：无机玻璃、玻璃陶瓷 分类：普通陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷 陶瓷的性能 1、力学性能 硬度高，弹性模量大，脆性大，抗拉强度，低抗 压强度高。 2、热性能 熔点高，抗蠕变能力强，热膨胀和导热系数小， 温度剧变易开裂。 3、化学性能 化学稳定性高，有良好的抗氧化抗腐蚀能力强 。 4、其他物理性能 电绝缘体，具有光、电、磁、声等特殊性 能。
工程材料三大类
工程材料三大类
工程材料一般可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
1. 金属材料：主要包括铁、钢、铜、铝、镁等金属及其合金。
金属材料具有较高的强度、硬度和导热性能，常用于制造结构件、零件和设备。
2. 非金属材料：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有水泥、玻璃、陶瓷等，常用于建筑、矿山、化工等行业。
有机非金属材料主要有塑料、橡胶、纤维等，广泛应用于包装、汽车、电子等领域。
3. 复合材料：由两种或更多种不同类型的材料组合而成。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维增强复合材料、铝合金复合板等。
复合材料综合了各种材料的优点，具有较高
的强度、刚度和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
四大材料各自的特征及不同
对于有耐腐蚀性能要求的产品，设计时可 以选用耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料；
对于其他一些性能要求，如介电性能、耐热 性能等，都可以方便地通过选择合适的原材料来 满足要求。复合材料良好的可设计性还可以最大 限度地克服其弹性模量、层间剪切强度低等缺点。
(3)电性能好
复合材料具有优良的电性能，通过选择不同的 树脂基体、增强材料和辅助材料，可以将其制成绝 缘材料或导电材料。例如，玻璃纤维增强的树脂基 复合材料具有优良的电绝缘性能，并且在高频下仍 能保持良好的介电性能，因此可作为高性能电机、 电器的绝缘材料
（1）耐高温、强度高 （2）具有电学性质 （3）具有光学性质 （4）具有生物功能
无机非金属材料的内在机理：
无机非金属的晶体结构远比金属复杂 ，并且没有自由的电子。具有比金属键和 纯共价键更强的离子键和混合键。这种化 学键所特有的高键能、高键强赋予这一大 类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨 损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性 , 以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良 好的铁电性、铁磁性和压电性。
三。高分子材料的特点
1.密度小，质轻。 2.加工温度低，能耗小。 3.分子结构可以设计，性能可控。 4.易改性，容易实现功能化。 5.缺点：使用温度低，易燃烧；强度和模量较低。
有机硅橡胶
脂树性水吸高
高分子
高分子材料性能的内在机理：
1. 分子量很大，具有多层次结构，十分复杂。高 分子的分子链结构，聚集态结构以及取向和织态结 构对材料的性能都有很大影响。这也是高分子材料 性能可控的根本原因。
复合材料的性能特点： （１）轻质高强，比强度和比刚度高
Ａ、增强剂或者基体是比重小的物质，或两者的比 重都不高，且都不是完全致密的；
Ｂ、增强剂多是强度很高的纤维。 比强度（指强度与密度的比值）和比弹性模量是
汽车材料教学课件第四版第八章非金属材料及复合材料及其在汽车上的应用
3. 增强材料 增强材料主要用来提高橡胶的力学性能，如强度、硬度、耐磨性和刚性等。
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二、橡胶的分类
1. 按原料来源分类 橡胶的种类很多，按其原料来源不同，橡胶分为天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶 三大类。 （1）天然橡胶天然橡胶是指以天然生胶制成的橡胶材料。天然橡胶是一种综合 性能优良的高弹性物质，大量用于制造各类轮胎以及各种胶带、胶管等橡胶制品。
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一、汽车塑料件
汽车塑料零部件主要有三类：内饰件、外饰件和功能件。内饰件主要有仪表板、 车门内饰板、座椅、车厢内饰等。外饰件除要求具有内饰件的功能外，还要求强度 高、韧性好、耐环境条件及耐冲击性能好，主要有前后保险杠、挡泥板等。塑料材 料的前保险杠如下图所示，保险杠饰板和泡沫塑料碰撞吸能器可吸收车速低于 4 km/h时的轻微碰撞力，这些部件碰撞后会自动恢复原样。
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（2）合成橡胶 合成橡胶是指以合成生胶制成的橡胶材料。合成橡胶品种繁多，通常分为通用合 成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶是汽车工业的重要材料，常用的有氯丁橡胶、 丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
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（3）再生橡胶 再生橡胶是利用废旧橡胶制品经再加工而成的橡胶材料。再生橡胶强度较低，但 有良好的耐老化性，且加工方便，价格低廉。汽车上常用于制造橡胶地毡、各种封 口胶条等。
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2. 按性能和用途分类 橡胶按其性能和用途不同，分为通用橡胶和特种橡胶两大类。 （1）通用橡胶通用橡胶是指产量大、应用广，在使用上没有特殊性能要求的橡 胶，如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等。汽车上使用的一般都是通用 橡胶。 （2）特种橡胶特种橡胶是指具有耐热、耐寒、耐油和耐化学腐蚀等特殊性能的 橡胶。主要用于在特殊环境下工作的零件，如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于制造机械和设备的材料。
它们具有特定的物理、化学和机械性能，能够承受各种负荷和环境的影响，并满足设计和制造要求。
机械工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
金属材料具有良好的导电、导热和强度特性，适用于制造结构件和传动件等机械零件。
不同种类的金属材料具有不同的力学性能和耐腐蚀性，可以根据不同的应用要求选择合适的金属材料。
非金属材料主要包括塑料、橡胶、陶瓷等。
塑料具有轻质、耐腐蚀、可塑性好等特点，适用于制造机械外壳、密封件等部件。
橡胶具有弹性好、抗老化和耐磨损等特性，常用于制造密封件和弹性元件。
陶瓷具有高强度、高硬度和耐高温等特点，适用于制造高温部件和摩擦材料。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组成的材料。
常见的复合材料有纤维增强复合材料和金属基复合材料等。
纤维增强复合材料由纤维和基体材料组成，具有轻质、高强度和良好的抗冲击性能。
金属基复合材料由金属基体和强化相组成，具有高强度、高温抗氧化性和耐热疲劳性能。
复合材料广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等领域。
机械工程材料在机械制造过程中起着至关重要的作用。
合适的材料选择可以提高机械的耐磨、抗腐蚀和抗冲击性能，延长使用寿命，降低维修成本。
因此，在机械设计和制造时，需要根据具体的工作条件和要求选择合适的材料，并进行必要的表面处理和热处理，确保材料的性能和可靠性。
总之，机械工程材料是机械制造中不可或缺的重要组成部分。
通过合理的材料选择和处理，可以提高机械的性能和可靠性，满足不同场合下的使用需求。
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复合材料的性能特点
• 1、比强度和比模量高， 2、疲劳强度高， 3、良好的减摩、耐磨性和较强的减振能力。 4、高温性能好，抗蠕变能力强。 5、断裂安全性高 6、成形工艺性好
复合材料的性能特点
* 纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 热固性玻璃钢 热塑性玻璃钢 碳纤维复合材料 碳纤维-树脂复合材料 碳纤维-金属（或合金）复合材料
陶瓷材料
• 陶瓷材料是指以天然硅酸盐（粘土、石英、长 石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、碳 化物等）为原料，经过制粉、配料、成型、高温 烧结而成的无机非金属材料。
陶瓷的分类
按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷（传统陶瓷） 和特种陶瓷（近代陶瓷）；按用途不同，陶瓷分 为工业陶瓷和日用陶瓷；按化学组成不同，陶瓷 分为氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等
•
颗粒增强复合材料
金属陶瓷 弥散强化合金
表面复合材料
* 层状复合材料
塑料-金属多层复合材料这类复合材料的典型代表是SF型三层复合材料
1—表面层（塑料） 2—中间层（多孔性青铜） 3—钢基体
SF型三层复合材料结构
它是以钢为基体，烧结铜网或铜球为中间层，塑料为表面层 的一种自润滑材料。其整体性能取决于基体，而摩擦磨损性能取 决于塑料。中间层系多孔性青铜，其作用是使三层之间有较强的 结合力，且一旦塑料磨损露出青铜也不致磨伤轴。这种复合材料 比用单一的塑料提高承载能力20倍，提高热导率50倍，热膨胀系 数降低75%，因而提高了尺寸稳定性和耐磨性，适用于制作高应 力、高温及低温和无油润滑条件下工作的各种滑动轴承，已应用 于汽车、矿山机械、化工机械中。
• 橡胶的分类 按原料来源可分为天然橡胶和合成橡胶；按 应用范围可分为通用橡胶和特种橡胶。
橡胶的性能特点 橡胶最显著的性能特点是在很宽的温度范围 内（－50～150℃）具有高弹性。其主要表现为在 较小的外力作用下就能产生很大的变形，最大伸 长率可达800%～1000%，其宏观弹性变形量可高达 100%～1000%。
塑料的分类
• 按树脂的性质分类 热塑性塑料 热固性塑料 按塑料使用范围分类 通用塑料 工程塑料 特种塑料
橡胶
• 橡胶的组成 １、生胶未加配合剂的天然或合成橡 胶统称为生胶，是橡胶制品的主要组分。 2、配合剂配合剂是用以改善和提高橡 胶制品的性能而加入的物质。常用的有： 硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、填充剂、 防老剂、增强材料及着色剂、发泡剂、电 磁性调节剂等。
分类
按基体的不同，分为非金属基体和金属基体 两类。金属基主要有Al、Mg、Ti、Cu等和它们的 合金，非金属基主要有合成树脂、橡胶、陶瓷和 水泥等。按增强相种类和形状不同，分为颗粒、 晶须、层状及纤维增强复合材料。按性能不同， 分为结构复合材料和功能复合材料两类。结构复 合材料是指用以制作结构和零件的复合材料，功 能复合材料是指具有某些物理功能和效应的复合 材料，如导电、超导、半导、磁性、阻尼、屏蔽 等复合材料。
第六章 非金属材料 和复合材料
高分子材料的结构 • 常用高分子材料
塑料的组成
• 塑料是以树脂（天然的或合成的）为主要组分，加入 一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的。因 其通常在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。 1、树脂树脂是一种高分子化合物，是塑料的主要组 分，在塑料中的占有量为30%～100%。树脂在塑料中也起 粘接其它物质的作用。树脂的种类、性能、数量决定了塑 料的类型和主要性能 2、添加剂为改善塑料某些性能而必须加入的物质称 添加剂。常用的有：填料（填充剂）、增塑剂；固化剂； 稳定剂（防老剂）；润滑剂；着色剂及发泡剂、催化剂、 阻燃剂、抗静电剂等
• 陶瓷的性能
陶瓷的力学性能 陶瓷的物理性能 陶瓷的化学性能
• 常用的陶瓷材料
普通陶瓷 特种陶瓷
复合材料
• 复合材料是两种或两பைடு நூலகம்以上不同化学成
分或不同组织结构的物质，通过一定的工 艺方法人工合成的多相固体材料。
复合材料的组成及分类
• 组成一类是基体，是连续相，起粘结、保护、 传递外加载荷的作用。另一类为增强材料是分散 相，起承受载荷、提高强度、韧性的作用。