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工程材料ppt
工程材料ppt工程材料是指在工程建设中用作结构材料、建筑材料和装饰材料的各种材料。
工程材料的种类繁多，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
不同的工程材料具有不同的特点和用途。
金属材料是一类重要的工程材料。
金属材料具有优良的机械性能和导热性能，广泛应用于工程建设和制造业。
常用的金属材料包括钢材、铝材、铜材等。
钢材具有高强度和耐磨性，常用于建筑结构和机械设备。
铝材具有轻质和抗腐蚀性能，常用于航空航天和汽车工业。
铜材具有良好的导电性和导热性，常用于电气工程和制冷设备。
非金属材料是另一类常用的工程材料。
非金属材料具有轻质、电绝缘性和耐高温性能。
常用的非金属材料有混凝土、砖瓦、玻璃等。
混凝土是一种常用的建筑材料，具有良好的压缩强度和耐久性。
砖瓦是一种传统的建筑材料，具有良好的抗压性能和保温性能。
玻璃是一种常用的装饰材料，具有透明、硬度高和抗紫外线性能。
复合材料是近年来发展迅速的一类工程材料。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。
常用的复合材料有玻璃钢、纤维增强塑料等。
玻璃钢是一种玻璃纤维增强塑料，具有良好的强度和耐腐蚀性能，广泛应用于船舶制造和化工设备。
纤维增强塑料是一种由纤维材料和树脂组成的复合材料，具有轻质和高强度的特点，常用于航天航空和体育器材。
工程材料的选择和使用对工程的安全和质量具有重要影响。
选择适合的工程材料可以提高工程结构的承载能力和耐久性，减少维修和更换的成本。
因此，工程设计师和施工人员在选择和使用工程材料时需要考虑材料的特性、环境条件和经济性。
同时，还需要加强对工程材料的监测与评估，确保材料的质量和使用寿命。
总之，工程材料是工程建设中必不可少的一部分，它们在工程结构、装饰和功能上起到关键作用。
工程材料的选择和使用需要根据工程需求和材料特性进行合理搭配，以提高工程质量。
通过不断的研发和创新，可以不断开发出更加先进和高性能的工程材料，为工程建设和产业发展提供更好的支持。
建筑工程材料(共 182张PPT)
（1）
材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料的 强度。材料受外力作用时，其内部产生应力。外力 增加，应力相应增大，直至材料内部质点间结合力 不足以抵抗所承受的外力时，材料即发生破坏。材
料破坏时，应力达到极限值，这个极限应力即为材
料的强度。 材料的强度根据所受外力作用形式不同分为抗 拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度
国家标准和部委行业标准都是全国通用标准，是 国家指令性文件，各级生产、设计、施工等部门均必 须严格遵照执行。按要求执行的程度分为强制性标准 和推荐标准（以/T表示）。
建筑材料有关的标准及其代号主要有：国家标准 GB；建筑工程国家标准GBJ；建设部行业标准JGJ； 建筑工业行业标准JG；国家建筑材料工业协会标准JC； 石油化学工业部或中国石油化学总公司标准SH；冶金 部标准YB；化工部标准HG；林业部标准LY；国家级 专业标准ZB；中国工程建设标准化协会标准CECS； 地方标准DB；企业标准Q等。
(5)耐水性
材料抵抗水破坏作用的能力称为材料的耐水性。 一般情况下，材料随含水量的增加其强度都有不同 程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示，即材 料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态
下抗压强度之比。软化系数的范围一般在0～1之间
波动。
(6)抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为材料的抗渗性。 材料的抗渗性一般用抗渗系数表示。抗渗系数越小 的材料表示其抗渗性越小。材料的抗渗性与材料的 孔隙率和孔隙特征有关。孔隙率低而且是封闭孔隙
建筑是技术与艺术相结合的产物，而建筑艺术 的发挥，除建筑设计外，在很大程度上取决于建筑 材料的装饰性通常通过材料的色彩、透明性、 光泽、表面质感和形状尺寸等装饰功能达到美化建
5.2 是由粘土制成砖坯，经过干燥，然后入 窑烧至900～1000℃而成。
材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料的 强度。材料受外力作用时，其内部产生应力。外力 增加，应力相应增大，直至材料内部质点间结合力 不足以抵抗所承受的外力时，材料即发生破坏。材
料破坏时，应力达到极限值，这个极限应力即为材
料的强度。 材料的强度根据所受外力作用形式不同分为抗 拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度
国家标准和部委行业标准都是全国通用标准，是 国家指令性文件，各级生产、设计、施工等部门均必 须严格遵照执行。按要求执行的程度分为强制性标准 和推荐标准（以/T表示）。
建筑材料有关的标准及其代号主要有：国家标准 GB；建筑工程国家标准GBJ；建设部行业标准JGJ； 建筑工业行业标准JG；国家建筑材料工业协会标准JC； 石油化学工业部或中国石油化学总公司标准SH；冶金 部标准YB；化工部标准HG；林业部标准LY；国家级 专业标准ZB；中国工程建设标准化协会标准CECS； 地方标准DB；企业标准Q等。
(5)耐水性
材料抵抗水破坏作用的能力称为材料的耐水性。 一般情况下，材料随含水量的增加其强度都有不同 程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示，即材 料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态
下抗压强度之比。软化系数的范围一般在0～1之间
波动。
(6)抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为材料的抗渗性。 材料的抗渗性一般用抗渗系数表示。抗渗系数越小 的材料表示其抗渗性越小。材料的抗渗性与材料的 孔隙率和孔隙特征有关。孔隙率低而且是封闭孔隙
建筑是技术与艺术相结合的产物，而建筑艺术 的发挥，除建筑设计外，在很大程度上取决于建筑 材料的装饰性通常通过材料的色彩、透明性、 光泽、表面质感和形状尺寸等装饰功能达到美化建
5.2 是由粘土制成砖坯，经过干燥，然后入 窑烧至900～1000℃而成。
土木工程材料课件ppt
标准名称 JC/T 479-92建筑生石灰
建材行业的 推荐 技术标准的二类
标准代号 标准
类目顺序号
标准颁发 年代号
土木工程材料
五、技术准标简介
地方标准与企业标准：凡国家、部未能颁布的产品与过程的技术 标准，可由相应的工厂、公司等单位，根据生产厂能保证的产品质 量水平所制定的技术标准，报请本地区或本行业有关主管部门审批 后，在该地区或行业中执行。
各种材料的吸水率很不相同，差异很大
如花岗岩的吸水率只有0.5％-0.7％ 混凝土的吸水率为2％-3％ 粘土砖的吸水率达8％-20％ 木材的吸水率可超过100％
土木工程材料
4、材料的耐水性
定义：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也无明显
下降的性质。
软化系数：
KR
fb fg
KR =材料吸水饱和后的抗压强度 /材料干燥时的抗压强度
土木工程材料 3、材料的吸湿性和吸水性
1）吸湿性：用含水率表示
亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 还湿性： 亲水材料在干燥空气中放出所含水分的性质。
含水率
Wh
ms mg mg
*100%
材料在吸湿状态下的重量 材料在干燥状态下的重量
影响材料含水率的因素：环境的温度和湿度
平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时 的含水率
K Qd AtH
影响因素： 孔隙率及孔隙特征
开口的连通大孔越多
抗渗性越差
闭口孔隙率大的材料
抗渗性仍可良好
抗渗等级:以规定的时间在标准试验条件下所能承受的最大水压力 （MPa）来确定，
P P 材料可以抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa水压力： 2 4 P6
土木工程材料
建材行业的 推荐 技术标准的二类
标准代号 标准
类目顺序号
标准颁发 年代号
土木工程材料
五、技术准标简介
地方标准与企业标准：凡国家、部未能颁布的产品与过程的技术 标准，可由相应的工厂、公司等单位，根据生产厂能保证的产品质 量水平所制定的技术标准，报请本地区或本行业有关主管部门审批 后，在该地区或行业中执行。
各种材料的吸水率很不相同，差异很大
如花岗岩的吸水率只有0.5％-0.7％ 混凝土的吸水率为2％-3％ 粘土砖的吸水率达8％-20％ 木材的吸水率可超过100％
土木工程材料
4、材料的耐水性
定义：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也无明显
下降的性质。
软化系数：
KR
fb fg
KR =材料吸水饱和后的抗压强度 /材料干燥时的抗压强度
土木工程材料 3、材料的吸湿性和吸水性
1）吸湿性：用含水率表示
亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 还湿性： 亲水材料在干燥空气中放出所含水分的性质。
含水率
Wh
ms mg mg
*100%
材料在吸湿状态下的重量 材料在干燥状态下的重量
影响材料含水率的因素：环境的温度和湿度
平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时 的含水率
K Qd AtH
影响因素： 孔隙率及孔隙特征
开口的连通大孔越多
抗渗性越差
闭口孔隙率大的材料
抗渗性仍可良好
抗渗等级:以规定的时间在标准试验条件下所能承受的最大水压力 （MPa）来确定，
P P 材料可以抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa水压力： 2 4 P6
土木工程材料
建筑工程材料.ppt
蒸压粉煤灰砖的强度等级有MU25、 MU20、MU15和MU10
(3)
硅酸盐砌块是以炉渣为骨料，以粉 煤灰、碎石灰、磷石膏等工业废料为胶 结料，加水搅拌、振动成型、蒸养而成。 这种砌块不能用于防潮层以下的部位， 一般情况下只作填充物使用。
硅酸盐砌块的强度等级有MU20、 MU15、MU10、MU7.5和MU5
4.1.4 硅酸盐水泥的凝结和硬化
水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水
泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可
塑性而未具有强度的过程，称为水泥的凝结。随
后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程，
称为水泥的硬化。
硅酸盐水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物立
即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定
热水泥。 通过高温煅烧后，氧化钙与氧化硅、氧化 铝、氧化铁相结合，形成新的化合物，叫 做水泥熟料矿物。所以，水泥生产工艺过 程可概括为“两磨一烧”。
4.1.2 硅酸盐水泥熟料组成
（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简式为C3S，
其质量百分数通常在50%左右，是硅酸盐水
（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简式为C2S，
灰比、石膏含量、温度与湿度、龄期，以及水泥
3.2.2 石膏的主要品种
(1)建筑石膏
将天然CaSO4·2H2O在石膏炒锅或沸腾炉
内燃烧且温度控制在107～170℃范围时，
CaSO4·2H2O脱水为细小晶体的β型 CaSO4·1/2H2O（又称熟石膏），再经磨细制 得。
(2)模型石膏
模型石膏的主要成分也是β型
CaSO4·1/2H2O，但杂质少、色白。主要用于 陶瓷的制坯工艺的成型和装饰浮雕等。
成的Ca(OH)2颗粒极其细小，比表面积 （材料的总表面积与其质量的比值）很 大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层 较厚水膜，即石灰的保水性好。 ②凝结硬化慢、强度低 石灰的凝 结硬化很慢，且硬化后的强度很低。如 石灰砂浆28d抗压强度只有0.2～0.5MPa。
(3)
硅酸盐砌块是以炉渣为骨料，以粉 煤灰、碎石灰、磷石膏等工业废料为胶 结料，加水搅拌、振动成型、蒸养而成。 这种砌块不能用于防潮层以下的部位， 一般情况下只作填充物使用。
硅酸盐砌块的强度等级有MU20、 MU15、MU10、MU7.5和MU5
4.1.4 硅酸盐水泥的凝结和硬化
水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水
泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可
塑性而未具有强度的过程，称为水泥的凝结。随
后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程，
称为水泥的硬化。
硅酸盐水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物立
即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定
热水泥。 通过高温煅烧后，氧化钙与氧化硅、氧化 铝、氧化铁相结合，形成新的化合物，叫 做水泥熟料矿物。所以，水泥生产工艺过 程可概括为“两磨一烧”。
4.1.2 硅酸盐水泥熟料组成
（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简式为C3S，
其质量百分数通常在50%左右，是硅酸盐水
（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简式为C2S，
灰比、石膏含量、温度与湿度、龄期，以及水泥
3.2.2 石膏的主要品种
(1)建筑石膏
将天然CaSO4·2H2O在石膏炒锅或沸腾炉
内燃烧且温度控制在107～170℃范围时，
CaSO4·2H2O脱水为细小晶体的β型 CaSO4·1/2H2O（又称熟石膏），再经磨细制 得。
(2)模型石膏
模型石膏的主要成分也是β型
CaSO4·1/2H2O，但杂质少、色白。主要用于 陶瓷的制坯工艺的成型和装饰浮雕等。
成的Ca(OH)2颗粒极其细小，比表面积 （材料的总表面积与其质量的比值）很 大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层 较厚水膜，即石灰的保水性好。 ②凝结硬化慢、强度低 石灰的凝 结硬化很慢，且硬化后的强度很低。如 石灰砂浆28d抗压强度只有0.2～0.5MPa。
☆土木工程材料PPT
2．表观密度(ρ′)
表观密度(又称视密度、近似密度)是指材料在自然状态下， 不含开口孔时单位体积的质量。
m m V V Vb
式中ρ′表观密度(g／cm3)或(kg／m3)；V′材料在自然状态下不 含开口孔隙时的体积(cm3)或(m3)；Vb材料内部闭口孔隙的体 积(cm3)或(m3)。 测定材料的表观密度时，材料必须绝对干燥。
材料内部孔隙构造上的特征，如大小、形状、分布、连 通等统称为孔隙特征。在一般工程应用上，材料的孔隙特征 通常是指孔隙的连通性。
开口孔隙(简称开孔)是指材料内部孔隙不仅彼此互相贯通， 并且与外界相通。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸 声性，并降低材料的抗冻性。 闭口孔隙(简称闭孔)是指材料内部孔隙彼此不连通，而且 与外界隔绝。闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和耐久性。 材料的孔隙率也可分为开口孔隙率Pk和闭口孔隙率Pb，即
（2）润湿角 液滴在固体表面上不完全展开时，在气液固三相汇合 点，固液界面的水平线SL与气液界面的切线GL之间的夹角， 称为润湿角θ 。
(a)亲水性材料
(b)憎水性材料
当润湿角θ ≤90°时，这种材料称为亲水性材料； 当润湿角θ > 90°时，这种材料称为憎水性材料。
2．吸水性与吸湿性
2.1 吸水性 (1)质量吸水率Wm 指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。
土木工程材料
主讲人：潘晓燕
绪论
一. 土木工程材料的定义及分类
1.定义
土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制品 的总称。
2.分类
（1）根据材料来源分：天然材料和人造材料 （2）根据使用部位分：承重、屋面、墙体和地面材料等 （3）根据其功能分：结构材料和功能材料 （4）根据组成物质的种类及化学成分分：
2024版《土木工程新材料》PPT课件
CHAPTER 06
土木工程新材料的未来发展趋势
新材料的研发方向与挑战
高性能混凝土
提高耐久性、减少环境负荷、增强施工性能。
智能材料
自修复、自适应、传感与驱动一体化。
纤维增强复合材料
轻质高强、耐腐蚀、设计灵活性。
挑战
成本、技术标准、环境影响、市场接受度。
新材料在土木工程中的潜在应用
01
高性能混凝土用于大跨 度桥梁、高层建筑、海 洋工程等。
选用优质的水泥、骨料、 掺合料和外加剂等原材 料，保证混凝土的高性
能。
配合比设计
通过合理的配合比设计， 优化各原材料的比例， 实现高性能混凝土的优
异性能。
搅拌工艺
采用高效搅拌设备，确 保混凝土搅拌均匀，提 高混凝土的工作性和力
学性能。
养护措施
采取适当的养护措施， 保证高性能混凝土的强
度发展和耐久性。
土木工程新材料之纳米材料
纳米材料的定义与特点
定义 高比表面积 量子尺寸效应 优异的力学性能
纳米材料是指至少有一维尺寸在1-100纳米范围内的材料，具有独 特的物理、化学和机械性能。
纳米材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附和催化性能。
当材料尺寸减小到纳米级别时，电子的波动性质变得显著，导致 材料的电学、光学和磁学性能发生变化。
适应性
能够适应不同的环境和条件，保 持其功能和性能。
智能材料的制备技术
01
02
03
复合技术
通过复合不同的材料，实 现智能材料的感知和响应 功能。
纳米技术
利用纳米技术制备智能材 料，提高其感知和响应的 灵敏度和精度。
生物技术
借鉴生物体的感知和响应 机制，制备具有生物活性 的智能材料。
大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
土建工程材料PPT课件
第2页/共140页
②材料性质多样；材料性质在一定时间内基本稳定，在不同的使用条件下其表现 性质不尽相同；在荷载条件下随时间逐渐变化；一定条件下出现材料弱化等现象。
③材料更新速度快、可选性强；相同建筑部位可用几种材料，比如钢材替代钢筋 混凝土、合金替代钢材等。
④对工程成本影响显著；材料费用占成本的60－70％，并随机械化的提高其比重 进一步增大。建材管理尤显重要。 • 掌握各种建筑材料的性能及其适用范围，选择最合适的品种，是工程设计者的主要任 务。
• 式中：P——密度，g/cm3；m——材料的质量， g；v——材料在绝对密实状态下的体积，m3.
• 在自然状态下，单位体积的材科所受到的重力 作用叫重力密度或重第6度页/共，14即0页 ：
• 2. 相对密度
• 材料在绝对密实状态下，其质量与同体积的4℃ 水的质量之比叫相对密度或比密度。在工程实际 中，相对密度即指材料在绝对密实状态下单位体 积内的质量，可用下式表示：
第15页/共140页
• 6．抗冻性
• 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而 不破坏、也不严重降低强度的性质，称为材料的抗 冻性。
• 材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定 的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超 过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融 循环次数，以此作为抗冻标号，用符号“Dn”表 示．其中n即为最大冻融循环次数，如比D25、 D50等。是材料耐久性的一项指标。
• 密实度D十孔隙率P＝1；孔隙率的大小直接反 映了材料的致密程度。材料内部孔隙的构造。 可分为连通的与封闭的两种。连通孔隙不仅被 此贯通且与外界相通，而封闭孔隙则不仅彼此 不连通且与外界相隔绝。孔隙按尺寸大小又分 为极微细孔隙、细小孔隙和较粗大孔隙。孔隙 的大小及其分布对材料的性能影响较大。
②材料性质多样；材料性质在一定时间内基本稳定，在不同的使用条件下其表现 性质不尽相同；在荷载条件下随时间逐渐变化；一定条件下出现材料弱化等现象。
③材料更新速度快、可选性强；相同建筑部位可用几种材料，比如钢材替代钢筋 混凝土、合金替代钢材等。
④对工程成本影响显著；材料费用占成本的60－70％，并随机械化的提高其比重 进一步增大。建材管理尤显重要。 • 掌握各种建筑材料的性能及其适用范围，选择最合适的品种，是工程设计者的主要任 务。
• 式中：P——密度，g/cm3；m——材料的质量， g；v——材料在绝对密实状态下的体积，m3.
• 在自然状态下，单位体积的材科所受到的重力 作用叫重力密度或重第6度页/共，14即0页 ：
• 2. 相对密度
• 材料在绝对密实状态下，其质量与同体积的4℃ 水的质量之比叫相对密度或比密度。在工程实际 中，相对密度即指材料在绝对密实状态下单位体 积内的质量，可用下式表示：
第15页/共140页
• 6．抗冻性
• 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而 不破坏、也不严重降低强度的性质，称为材料的抗 冻性。
• 材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定 的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超 过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融 循环次数，以此作为抗冻标号，用符号“Dn”表 示．其中n即为最大冻融循环次数，如比D25、 D50等。是材料耐久性的一项指标。
• 密实度D十孔隙率P＝1；孔隙率的大小直接反 映了材料的致密程度。材料内部孔隙的构造。 可分为连通的与封闭的两种。连通孔隙不仅被 此贯通且与外界相通，而封闭孔隙则不仅彼此 不连通且与外界相隔绝。孔隙按尺寸大小又分 为极微细孔隙、细小孔隙和较粗大孔隙。孔隙 的大小及其分布对材料的性能影响较大。
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固體材料其特性大體上可區分為六大類:
機械性 (Mechanical) 電導性 (Electrical) 熱導性 (Thermal) 磁性 (Magnetic) 光特性 (Optical)
衰退性 (Deteriorative)
導論
材料用於承受機械負荷者,稱為工程材料.
工程材料可分為金屬、塑膠、陶瓷和玻璃、複合材料.
金屬的分類
金屬合金
鐵系合金
非鐵系合金
鋼鐵
鑄鐵
低合金鋼 高合金鋼
銅合金 超合金 貴金屬 耐火金屬
輕金屬
鋁合金 鎂合金 鈦合金
鋼和鐵的分別
• 碳含量在0.06wt%以下者稱為純鐵. • 碳含量在0.06wt%至2.0wt%者稱為鋼. • 碳含量在2.0wt%以上者稱為鑄鐵.
鐵-碳 平 衡 變 態
鐵-碳平衡圖是將各種不同含碳量的鐵-碳合金在某一溫度下達成平衡 (反應平衡)時的相呈現出來.
塑膠
金屬
複合 材料
陶瓷 和 玻璃
技術演進
年代
技術進展
新材料引進
材料測試進展
失敗的例子
1500
幫浦、望遠鏡 石頭、樹木、青銅、鐵 拉伸、彎曲
1700
蒸汽引擎
可鍛展延性鑄鐵
剪力、扭曲
1800 鐵路、懸臂橋、內燃 水泥、橡膠、鋼 疲勞、萬能試驗機
鐵橋
機
1900 電力、動力飛行、真 合金鋼、鋁合金、塑膠 硬度、衝擊、潛變 魁北克大橋
Ao : 磁性有、無的變態. A2 : 肥粒鐵 + 碳化鐵 波來鐵
的共析變態. A1 : 肥粒鐵 的固溶飽和線. A3 : 肥粒鐵 沃斯田鐵 的界
限. Acm:沃斯田鐵 雪明碳鐵 的界
限.
鋼鐵材料的分類
低碳鋼
平碳鋼
低合金高強度鋼
鋼鐵
低合金鋼
中碳鋼
平碳鋼
可熱處理鋼
高合金鋼
高碳鋼
工具鋼
不銹鋼
平碳鋼
太空站
韌性陶瓷
數位控制測試機器 手術植入物
材料的相關特性
對
機械特性
密度 應 模性係數
降伏強度、拉伸強度 項 硬度
斷裂韌性 目 疲勞強度、熱疲勞強度
潛變強度
非機械特性 表面特性 熱特性 氧化和腐蝕 光特性 摩擦、磨耗 磁特性 電特性
製造特性 製造的難易 接合的難易 修整的難易
其他特性 價格及價值 外表
空管
1920
噴射引擎
不銹鋼、碳化鎢
破裂
火車的輪子、汽
車零件
1940 噴射機、電晶體、電 鎳合金、鈦合金、玻璃 電子測試機器、低循 自由號輪船、渦
腦
纖維
環次數疲勞、破裂機
輪機
構
1960 雷射、微處理機、登 高強度低合金鋼、複合 電腦控制測試機器 F-111 戰鬥機、
陸月球
材料
DC-10 噴射客機
1980
工具鋼
低碳鋼
低碳鋼碳含量為0.25wt%以下,淬火時不易形成麻田散鐵,正常的含有 肥粒及波來鐵,僅能靠冷加工增加強度.
低碳鋼相當軟且強度低,但是延展性及韌性佳,容易加工和焊接,價格低 廉.
編號
AISI
UNS
1010 1020 A36 A561 Grade 70
G10100 G10200 K02600 K02700
編號
AISI
UNS
A440
K12810
A663 Grade E K12002
A656 Grade 1 K11804
C
0.28 0.22
0.18
高強度低合金鋼
成份
機械特性
Mn
其他
拉伸強度 降伏強度 延伸
用途
(MPa) (MPa) 率%
1.35 Cu≧0.20,Si≦0.30 435
290
21 結構物上的鉚釘
工程材料簡介
導論 金屬的分類 鐵系合金 有色金屬
導論
遠古的人類僅能從大自然獲得非常有限的物質,例如:石頭,樹木,黏 土,皮毛等原始物質.
依現代的分類,材料則可分為
金屬 (Metals) 陶瓷 (Ceramics) 塑膠 (Polymers) 複合材料 (Composites) 半導體 (Semiconductors)
編號
AISI
UNS
W1
T72301
S1
T41901
O1
T31501
A2
T30102
D2
T30402
M1
T11301
工具鋼
C
W
0.6 – 1.4 0.50 2.50
0.90 0.50
1.00
1.50
0.85 150
成份 Mo Cr
1.50 0.50 1.00 5.00 1.00 12.00 4.00 4.00
螺栓 鐵鎚 刀刃
用途
編 AISI 4063 4340 6150
號 UNS
G40630 G43400 G61500
中碳合金鋼
機械特性
拉伸強度(MPa) 降伏強度(MPa) 延伸率%
用途
786 – 2380 980 – 1960 815 - 2170
710 – 1770 895 – 1570 745 - 1860
中碳平鋼
編 AISI 1040 1080 1095
號 UNS
G10400 G10800 G10950
機械特性
拉伸強度(MPa) 降伏強度(MPa)
605 – 780 800 – 1310 760 - 1280
430 – 585 480 – 980 510 - 830
延伸率%
33 –19 24 – 13 26 - 10
C
0.10 0.20 0.29 0.31
低碳
成份
Mn
其他
0.45 0.45 1.00 1.00
Cu≧0.20 Si:0.25
平鋼
機械特性
拉伸強度 降伏強度 延伸
用途
(MPa) (MPa) 率%
325
180
28 汽車車殼用板
380
205
25 鋼管
400
220
23 橋樑及建築用鋼
485
260
21 低溫壓力管
24 – 4 彈簧,手工具 21 – 11 軸襯 22 - 7 活塞,齒輪
高碳鋼Байду номын сангаас
高碳鋼含量介於0.60wt%至1.40wt%之間,具有高硬度及高強度 . 工具鋼和模具鋼是在高碳鋼內添加鉻(Cr)、釩(V)、鎢(W)、鉬(Mo)等 元素,而這些元素和碳形成硬又耐磨耗的Cr23C6 、V4C3 、WC.
V 其他
用途
木工用工具
切管工具
Mn:1.00 切割工具
凸模
1.00
抽線模
1.00
鑽頭
不銹鋼
不銹鋼並非不生銹的鋼,不銹鋼生銹是常見的現象,真正鳴實相符,應 該叫做耐蝕鋼.
1.35 Si:0.30,V:0.08,N:0 520
380
23 室溫用建築用鋼
.02,Nb:0.03
1.60 Si:0.06,V:0.10,Al: 655
552
15 鐵路車輛
0.20,N:0.15
中碳鋼
中碳鋼含量介於0.25wt%至0.60wt%之間,經過淬火及回火後可以增加 其機械性能.
中碳鋼添加鉻、鎳、鉬等元素後變成可熱處理鋼,具有較佳的強度和 磨耗性,但是延展性和韌性會降低.
機械性 (Mechanical) 電導性 (Electrical) 熱導性 (Thermal) 磁性 (Magnetic) 光特性 (Optical)
衰退性 (Deteriorative)
導論
材料用於承受機械負荷者,稱為工程材料.
工程材料可分為金屬、塑膠、陶瓷和玻璃、複合材料.
金屬的分類
金屬合金
鐵系合金
非鐵系合金
鋼鐵
鑄鐵
低合金鋼 高合金鋼
銅合金 超合金 貴金屬 耐火金屬
輕金屬
鋁合金 鎂合金 鈦合金
鋼和鐵的分別
• 碳含量在0.06wt%以下者稱為純鐵. • 碳含量在0.06wt%至2.0wt%者稱為鋼. • 碳含量在2.0wt%以上者稱為鑄鐵.
鐵-碳 平 衡 變 態
鐵-碳平衡圖是將各種不同含碳量的鐵-碳合金在某一溫度下達成平衡 (反應平衡)時的相呈現出來.
塑膠
金屬
複合 材料
陶瓷 和 玻璃
技術演進
年代
技術進展
新材料引進
材料測試進展
失敗的例子
1500
幫浦、望遠鏡 石頭、樹木、青銅、鐵 拉伸、彎曲
1700
蒸汽引擎
可鍛展延性鑄鐵
剪力、扭曲
1800 鐵路、懸臂橋、內燃 水泥、橡膠、鋼 疲勞、萬能試驗機
鐵橋
機
1900 電力、動力飛行、真 合金鋼、鋁合金、塑膠 硬度、衝擊、潛變 魁北克大橋
Ao : 磁性有、無的變態. A2 : 肥粒鐵 + 碳化鐵 波來鐵
的共析變態. A1 : 肥粒鐵 的固溶飽和線. A3 : 肥粒鐵 沃斯田鐵 的界
限. Acm:沃斯田鐵 雪明碳鐵 的界
限.
鋼鐵材料的分類
低碳鋼
平碳鋼
低合金高強度鋼
鋼鐵
低合金鋼
中碳鋼
平碳鋼
可熱處理鋼
高合金鋼
高碳鋼
工具鋼
不銹鋼
平碳鋼
太空站
韌性陶瓷
數位控制測試機器 手術植入物
材料的相關特性
對
機械特性
密度 應 模性係數
降伏強度、拉伸強度 項 硬度
斷裂韌性 目 疲勞強度、熱疲勞強度
潛變強度
非機械特性 表面特性 熱特性 氧化和腐蝕 光特性 摩擦、磨耗 磁特性 電特性
製造特性 製造的難易 接合的難易 修整的難易
其他特性 價格及價值 外表
空管
1920
噴射引擎
不銹鋼、碳化鎢
破裂
火車的輪子、汽
車零件
1940 噴射機、電晶體、電 鎳合金、鈦合金、玻璃 電子測試機器、低循 自由號輪船、渦
腦
纖維
環次數疲勞、破裂機
輪機
構
1960 雷射、微處理機、登 高強度低合金鋼、複合 電腦控制測試機器 F-111 戰鬥機、
陸月球
材料
DC-10 噴射客機
1980
工具鋼
低碳鋼
低碳鋼碳含量為0.25wt%以下,淬火時不易形成麻田散鐵,正常的含有 肥粒及波來鐵,僅能靠冷加工增加強度.
低碳鋼相當軟且強度低,但是延展性及韌性佳,容易加工和焊接,價格低 廉.
編號
AISI
UNS
1010 1020 A36 A561 Grade 70
G10100 G10200 K02600 K02700
編號
AISI
UNS
A440
K12810
A663 Grade E K12002
A656 Grade 1 K11804
C
0.28 0.22
0.18
高強度低合金鋼
成份
機械特性
Mn
其他
拉伸強度 降伏強度 延伸
用途
(MPa) (MPa) 率%
1.35 Cu≧0.20,Si≦0.30 435
290
21 結構物上的鉚釘
工程材料簡介
導論 金屬的分類 鐵系合金 有色金屬
導論
遠古的人類僅能從大自然獲得非常有限的物質,例如:石頭,樹木,黏 土,皮毛等原始物質.
依現代的分類,材料則可分為
金屬 (Metals) 陶瓷 (Ceramics) 塑膠 (Polymers) 複合材料 (Composites) 半導體 (Semiconductors)
編號
AISI
UNS
W1
T72301
S1
T41901
O1
T31501
A2
T30102
D2
T30402
M1
T11301
工具鋼
C
W
0.6 – 1.4 0.50 2.50
0.90 0.50
1.00
1.50
0.85 150
成份 Mo Cr
1.50 0.50 1.00 5.00 1.00 12.00 4.00 4.00
螺栓 鐵鎚 刀刃
用途
編 AISI 4063 4340 6150
號 UNS
G40630 G43400 G61500
中碳合金鋼
機械特性
拉伸強度(MPa) 降伏強度(MPa) 延伸率%
用途
786 – 2380 980 – 1960 815 - 2170
710 – 1770 895 – 1570 745 - 1860
中碳平鋼
編 AISI 1040 1080 1095
號 UNS
G10400 G10800 G10950
機械特性
拉伸強度(MPa) 降伏強度(MPa)
605 – 780 800 – 1310 760 - 1280
430 – 585 480 – 980 510 - 830
延伸率%
33 –19 24 – 13 26 - 10
C
0.10 0.20 0.29 0.31
低碳
成份
Mn
其他
0.45 0.45 1.00 1.00
Cu≧0.20 Si:0.25
平鋼
機械特性
拉伸強度 降伏強度 延伸
用途
(MPa) (MPa) 率%
325
180
28 汽車車殼用板
380
205
25 鋼管
400
220
23 橋樑及建築用鋼
485
260
21 低溫壓力管
24 – 4 彈簧,手工具 21 – 11 軸襯 22 - 7 活塞,齒輪
高碳鋼Байду номын сангаас
高碳鋼含量介於0.60wt%至1.40wt%之間,具有高硬度及高強度 . 工具鋼和模具鋼是在高碳鋼內添加鉻(Cr)、釩(V)、鎢(W)、鉬(Mo)等 元素,而這些元素和碳形成硬又耐磨耗的Cr23C6 、V4C3 、WC.
V 其他
用途
木工用工具
切管工具
Mn:1.00 切割工具
凸模
1.00
抽線模
1.00
鑽頭
不銹鋼
不銹鋼並非不生銹的鋼,不銹鋼生銹是常見的現象,真正鳴實相符,應 該叫做耐蝕鋼.
1.35 Si:0.30,V:0.08,N:0 520
380
23 室溫用建築用鋼
.02,Nb:0.03
1.60 Si:0.06,V:0.10,Al: 655
552
15 鐵路車輛
0.20,N:0.15
中碳鋼
中碳鋼含量介於0.25wt%至0.60wt%之間,經過淬火及回火後可以增加 其機械性能.
中碳鋼添加鉻、鎳、鉬等元素後變成可熱處理鋼,具有較佳的強度和 磨耗性,但是延展性和韌性會降低.