工程材料：第1章 工程材料力学性能
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工程材料的分类 钢铁 金
属 有色金属
碳钢 合金钢 铝合金 铜合金
非 聚合物 金 属
陶瓷
塑料 橡胶
钛合金
复合材料
聚合物基复合材料 金属基复合材料
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碳钢
碳钢又称碳素钢，其主要合金元 素为碳，含量在0.1～1.3%之间。 由于原料和冶炼工艺的限制，实际 使用的钢中都含有硅、锰、硫、磷 等杂质元素。
3. 按其质量等级分类 可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素
钢。
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合金钢
铁、碳和合金元素是合金钢的基本组元。 或者说：合金钢是加入合金元素的钢。
合金钢的强度高，塑韧性优于碳钢，抗腐 蚀性和抗氧化性也好。
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合金钢分类
1. 按合金元素的含量分 低合金钢 合金元素总含量＜5% 中合金钢 合金元素总含量5-10% 高合金钢 合金元素总含量＞10% 2. 按主要用途分 合金结构钢:渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢 合金工具钢:刃具钢、模具钢、量具钢 特殊性能钢:不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢
此外还有填充剂、防老化剂、着色剂等。可靠性与系统工程学院 学生会整理
橡胶分类
橡胶种类繁多，若以原料来区分，有天 然橡胶与合成橡胶，按合成橡胶性能及 用途又可分为通用橡胶及特种橡胶。
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非金属材料（三）
陶瓷
用纯度较高的人工合成原料制造的， 能满足高温、高强、功能性等要求 的特种陶瓷。常见的有氧化物、氮 化物、碳化物、硼化物等，而特种 陶瓷除烧结体外还包括单晶(晶须)、 纤维、薄膜及超细粉体等。
工程材料
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前言
工程材料是构成机械的物质基础。机械 的性能取决于其使用的材料，机械的进步依 赖于材料的进步。目前，用于机械制造的材 料有上千种，常用的也有上百种，并且还有 许多新的材料不断地被创造出来。要想在众 多材料中作出正确的选择。既能保证使用性 能、便于加工，经济性又好。只有了解这些 材料，认识这些材料。
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有色金属材料
除钢、铸铁之外的金属叫有色金属。 工程中常用的有色金属有铝、铜、镁、
钛金属及其合金等。
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有色金属材料（一）
铝合金
用以制造飞行Hale Waihona Puke Baidu各种承
比重小，比强度高。力 、构 桨件 叶， 、如活蒙塞皮及、火壁箭板上 在空气中的抗蚀性好的。液体燃料箱翼梁、螺
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非金属材料（一）
塑料- 塑料是由聚合物为基础添加各种助剂而
成的混合体系， 塑料由组成 树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其 它组分，对塑料的性能起决定性作用。 填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以 显著地降低成本。 增塑剂:增加材料塑性。 固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。 稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。 其它诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.
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碳钢分类
碳钢常用的分类方法有三种： 1. 按碳含量进行分类
可分为低碳钢(＜0.25%C)、中碳钢(0.250.55%C)、高碳钢(＞0.55%C)。
2. 按其用途进行分类
可分为结构钢和工具钢两大类，前者用来制造各 种金属构件和机械零件，后者用来制造各种刀 具、模具和量具。
容易加工。
旋桨叶、起落架等。
也常用于汽车、摩托车 、家用电器、建筑等。
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有色金属材料（二）
铜合金 机械性能好 摩擦系数小 在空气环境下
具有良好的抗 蚀性。
容易加工。
用途:制造滑动轴承、耐水 蚀零件、导热零件等。
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有色金属材料（三）
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铸铁
铸铁是含碳量在2.11%以上，并含有硅、锰、 硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
常见铸铁有灰口铸铁、可锻铸铁、合金铸铁和 球墨铸铁。
灰口铸铁应用较多，其的抗拉强度比钢低得多， 但是铸铁中有石墨，能有效地吸收震动能量。 因石墨有润滑作用，使铸铁有良好的耐磨性和 减磨性。铸铁价格便宜，好加工。
其中Q表示屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母； 235表示钢材厚度≤16mm时的屈服点值不小于 235MPa；A表示质量等级A、B、C、D四级中的A级， F表示沸腾钢。除此以外b表示半镇静钢，Z表示 镇静钢，TZ表示特殊镇静钢。
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复合材料
由两种或更多材料经人工复合而成的，性 能优于单一材料的合成材料。如玻璃钢。
复合材料中主要起增强作用的叫强化相； 主要起粘接作用的叫基体。
按基体分：聚合物基、金属基、陶瓷基 按强化相分：颗粒增强、纤维增强、层叠复合
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材料牌号
钛合金 比强度高。 抗蚀性好。 耐高低温。 难加工。 价格昂贵。
钛合金航空航天中，应用广泛。用 于制造工作温度不超过400℃的各 种飞机结构和发动机零部件。如发 动机压气机盘、叶片，蒙皮等。液 体燃料火箭的储氢罐也是钛合金制 造的，其工作温度为-253℃。许多 民用领域如氯碱化工业及海水用泵 、阀、管道、换热器、冷凝器等， 也广泛采用钛合金，并取得了良好 的经济效益。
牌号是代表材料的符号，牌号可表明材料的 种类、成分、性能等。
各类材料的编号方法是不同的。 钢铁材料的编号方法 有色金属的编号方法 其他材料的编号方法
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钢铁材料的编号方法（一）
普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈 服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个 部分组成。例：Q235 A·F
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非金属材料（二）
橡胶 橡胶也是以有机高分子化合物为基础的材料，
它具有高弹性和蓄能作用，因此是工程制造中不可 缺少的弹性材料、密封材料和减震材料。
橡胶组成 (1)生胶：未经硫化的橡胶叫生胶，是橡胶主要成份，
对橡胶性能起决定作用，但单纯生胶高温发粘，低温 性脆，常加入各种助剂并经硫化制成工业用橡胶。 (2)硫化剂：提高橡胶的弹性和强度，常用的是硫磺。 (3)软化剂：增加橡胶塑性、降低硬度。 (4)补强剂：提高橡胶强度，耐磨性。目前效果最好的 补强剂是碳黑。
工程材料的分类 钢铁 金
属 有色金属
碳钢 合金钢 铝合金 铜合金
非 聚合物 金 属
陶瓷
塑料 橡胶
钛合金
复合材料
聚合物基复合材料 金属基复合材料
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碳钢
碳钢又称碳素钢，其主要合金元 素为碳，含量在0.1～1.3%之间。 由于原料和冶炼工艺的限制，实际 使用的钢中都含有硅、锰、硫、磷 等杂质元素。
3. 按其质量等级分类 可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素
钢。
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合金钢
铁、碳和合金元素是合金钢的基本组元。 或者说：合金钢是加入合金元素的钢。
合金钢的强度高，塑韧性优于碳钢，抗腐 蚀性和抗氧化性也好。
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合金钢分类
1. 按合金元素的含量分 低合金钢 合金元素总含量＜5% 中合金钢 合金元素总含量5-10% 高合金钢 合金元素总含量＞10% 2. 按主要用途分 合金结构钢:渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢 合金工具钢:刃具钢、模具钢、量具钢 特殊性能钢:不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢
此外还有填充剂、防老化剂、着色剂等。可靠性与系统工程学院 学生会整理
橡胶分类
橡胶种类繁多，若以原料来区分，有天 然橡胶与合成橡胶，按合成橡胶性能及 用途又可分为通用橡胶及特种橡胶。
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非金属材料（三）
陶瓷
用纯度较高的人工合成原料制造的， 能满足高温、高强、功能性等要求 的特种陶瓷。常见的有氧化物、氮 化物、碳化物、硼化物等，而特种 陶瓷除烧结体外还包括单晶(晶须)、 纤维、薄膜及超细粉体等。
工程材料
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前言
工程材料是构成机械的物质基础。机械 的性能取决于其使用的材料，机械的进步依 赖于材料的进步。目前，用于机械制造的材 料有上千种，常用的也有上百种，并且还有 许多新的材料不断地被创造出来。要想在众 多材料中作出正确的选择。既能保证使用性 能、便于加工，经济性又好。只有了解这些 材料，认识这些材料。
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有色金属材料
除钢、铸铁之外的金属叫有色金属。 工程中常用的有色金属有铝、铜、镁、
钛金属及其合金等。
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有色金属材料（一）
铝合金
用以制造飞行Hale Waihona Puke Baidu各种承
比重小，比强度高。力 、构 桨件 叶， 、如活蒙塞皮及、火壁箭板上 在空气中的抗蚀性好的。液体燃料箱翼梁、螺
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非金属材料（一）
塑料- 塑料是由聚合物为基础添加各种助剂而
成的混合体系， 塑料由组成 树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其 它组分，对塑料的性能起决定性作用。 填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以 显著地降低成本。 增塑剂:增加材料塑性。 固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。 稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。 其它诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.
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碳钢分类
碳钢常用的分类方法有三种： 1. 按碳含量进行分类
可分为低碳钢(＜0.25%C)、中碳钢(0.250.55%C)、高碳钢(＞0.55%C)。
2. 按其用途进行分类
可分为结构钢和工具钢两大类，前者用来制造各 种金属构件和机械零件，后者用来制造各种刀 具、模具和量具。
容易加工。
旋桨叶、起落架等。
也常用于汽车、摩托车 、家用电器、建筑等。
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有色金属材料（二）
铜合金 机械性能好 摩擦系数小 在空气环境下
具有良好的抗 蚀性。
容易加工。
用途:制造滑动轴承、耐水 蚀零件、导热零件等。
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铸铁
铸铁是含碳量在2.11%以上，并含有硅、锰、 硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
常见铸铁有灰口铸铁、可锻铸铁、合金铸铁和 球墨铸铁。
灰口铸铁应用较多，其的抗拉强度比钢低得多， 但是铸铁中有石墨，能有效地吸收震动能量。 因石墨有润滑作用，使铸铁有良好的耐磨性和 减磨性。铸铁价格便宜，好加工。
其中Q表示屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母； 235表示钢材厚度≤16mm时的屈服点值不小于 235MPa；A表示质量等级A、B、C、D四级中的A级， F表示沸腾钢。除此以外b表示半镇静钢，Z表示 镇静钢，TZ表示特殊镇静钢。
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复合材料
由两种或更多材料经人工复合而成的，性 能优于单一材料的合成材料。如玻璃钢。
复合材料中主要起增强作用的叫强化相； 主要起粘接作用的叫基体。
按基体分：聚合物基、金属基、陶瓷基 按强化相分：颗粒增强、纤维增强、层叠复合
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材料牌号
钛合金 比强度高。 抗蚀性好。 耐高低温。 难加工。 价格昂贵。
钛合金航空航天中，应用广泛。用 于制造工作温度不超过400℃的各 种飞机结构和发动机零部件。如发 动机压气机盘、叶片，蒙皮等。液 体燃料火箭的储氢罐也是钛合金制 造的，其工作温度为-253℃。许多 民用领域如氯碱化工业及海水用泵 、阀、管道、换热器、冷凝器等， 也广泛采用钛合金，并取得了良好 的经济效益。
牌号是代表材料的符号，牌号可表明材料的 种类、成分、性能等。
各类材料的编号方法是不同的。 钢铁材料的编号方法 有色金属的编号方法 其他材料的编号方法
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钢铁材料的编号方法（一）
普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈 服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个 部分组成。例：Q235 A·F
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非金属材料（二）
橡胶 橡胶也是以有机高分子化合物为基础的材料，
它具有高弹性和蓄能作用，因此是工程制造中不可 缺少的弹性材料、密封材料和减震材料。
橡胶组成 (1)生胶：未经硫化的橡胶叫生胶，是橡胶主要成份，
对橡胶性能起决定作用，但单纯生胶高温发粘，低温 性脆，常加入各种助剂并经硫化制成工业用橡胶。 (2)硫化剂：提高橡胶的弹性和强度，常用的是硫磺。 (3)软化剂：增加橡胶塑性、降低硬度。 (4)补强剂：提高橡胶强度，耐磨性。目前效果最好的 补强剂是碳黑。