造型材料与工艺的分类及特征
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（4） 环境：如加工精度，腐蚀介质，高、低温等问题均应予以考虑。
弹性和塑性：弹性指材料受外力作用而发生变形，外力除去后能 恢复原形状的性能。塑性指材料在外力作用下产生变形，外力除 去后能保持变形后的形状，而不恢复原形状的性能。
脆性和韧性：指材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无 明显变形的性能。韧性指材料在冲击载荷或振动载荷下能承受很 大的变形而不致破坏的性能。
硬度：材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力（材料抵抗其他物体 压入自己表面的能力）。
耐磨性：在摩擦力作用下，材料表面抵抗磨损的能力。
抗疲劳性：材料在反复作用力(拉伸、压缩、弯曲、扭曲等)下抵抗 破坏的能力。应力的振幅超过某一限度材料即会导致材料的断裂 ，这一限度称为疲劳极限。疲劳寿命指在某一特定应力下，材料 发生疲劳断裂前的循环数。
σ-ε曲线图，其各特征点的含义为：
oa段：应力与应变为直线关系，此时a点所对应的应力值称为比例极限， 用σp表示。它是应力与应变成正比例的最大极限。 σ=Eε
即胡克定律，E为弹性模量，单位与σ相同。
在屈屈服服极阶限段。应力不变而应变不断增加，这种现象叫屈服。对应的应力σs叫
让度试极件限继。续变形，必须继续加载，最高点（e点）所对应的应力σb称为强
（1） 对载荷估计的准确性与把握性。 （2） 材料的均匀性与力学性能指标的稳定性。 （3） 计算公式的近似性：由于应力、应变等理论计算公式建立在材料均
匀连续，各向同性假设基础上，拉伸（压缩）应力，变形公式要求载荷通 过等直杆的轴线等，所以材料不均匀性，加载的偏心，杆件的初曲率都会 造成理论计算的不精确。
应力叫名义屈服极限，用σ0.2 表示。 铸铁拉伸时的力学性能具有以下特点
1）铸铁拉伸时的应力-应变关系，它只有一个强度指标；且抗拉强度较低； 2）在断裂破坏前，几乎没有塑性变形； 3）关系近似服从胡克定律，并以割线的斜率作为弹性模量。
极限应力，许用应力，安全系数 工程材料失效的两种形式为： （1）塑性屈服，指材料失效时产生明显的塑性变形，并伴有屈服现象。如低碳钢、铝
来表示。 热膨胀性：材料由于温度变化产生膨胀或收缩的性能，通常用线膨
胀系数表示。 耐燃性：材料对火焰和高温的抵抗性能。 耐火性：材料长期抵抗高热而不熔化的性能，或称耐熔性。
（4）电性能
导电性：材料传导电流的能力。通常用导电率来衡量导电 性的好坏。
第二章 设计材料的分类及特点
设计材料的分类 材料特性的评价 材料的固有特性 材料的工艺（成型加工、表面处理）
2.1 设计材料的分类
为了更好的了解材料，从以下几个角度来对材料进行分类： （1）按材料的来源分类 第一代天然材料——不改变在自然界中所保持的状态Baidu Nhomakorabea或只施加低
度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等 第二代加工材料——利用天然材料经不同程度的加工而得到的材料
（3）热性能 熔点：由固态转变为液态时的温度称为材料的熔点。 比热容：将1kg的材料温度升高1℃所需要的热量称为该材料的比热
容。单位J/(kg·K) 热膨胀系数 导热性：材料将热量从一侧表面传递到另一侧表面的能力，通常用
导热系数来表示。主要影响因素：空隙率和含水量。 耐热性：材料长期在热环境下抵抗热破坏的能力，通常用耐热温度
2.2 材料特性的评价
2.2 材料特性的评价
2.3材料的固有特性
材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的，是指材料在使用条 件下表现出来的性能，它受外界条件的制约。
2.3.1 材料的物理性能
（1）密度
（2）力学性能（机械性能）
强度：指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力（Pa）。
，人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等 第三代合成材料——利用化学合成方法将石油、天然气和煤等制造
而得到的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等 第四代复合材料——用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复
合而成的材料 第五代智能材料——随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在功
能高级形式的材料，如纳米材料，记忆金属等
应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩。
σs，σb是衡量材料强度的重要指标。
为度量材料塑性变形的能力，定义延伸率δ和截面收缩率为 材料分为两类： δ≥5%-塑性材料； δ＜5%-脆性材料。 其它塑性材料拉伸时的力学性能 工程上规定取完全卸载后具有残余应变量0.2%时的
高温结构陶瓷、高频绝缘陶瓷、导体陶瓷、半导体陶瓷等
有机材料：木材、皮革、塑料、橡胶等
复合材料：玻璃钢、碳纤维复合材料等
2.1 设计材料的分类
3）按材料的形态分类 线状材料：常用的钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、
木条、竹条、藤条等。 板状材料：金属板、木板、塑料板、合成板、金属网板、皮革、纺
织布、玻璃板、纸板等 块状材料：木材、石材、泡沫塑料、混凝土、铸钢、铸铁、铸铝、
油泥、石膏等 4）按材料加工度的分类 天然材料： 加工材料： 人造材料：
2.2 材料特性的评价
材料特性包括两个方面：一是材料的固有特性，既材料的物理 和化学特性，如力学性能、热性能、电磁性能、光学性能和防腐性 能等；二是材料的派生特性，它是由材料的固有特性派生儿来的， 既材料的加工特性、材料的感觉特性和经济特性。
合金等塑性材料。 （2）脆性断裂，材料失效时几乎不产生塑性变形而突然断裂。如铸铁、混凝土等脆断
材料。
极限应力：对于塑性材料，进入塑性屈服时的应力取屈服极限； 对于脆 性材料：断裂时的应力是强度极限。许用应力：保证构件安全可靠工作所 容许的最大应力值。
安全系数的选取原则充分体现了工程上处理安全与经济一对矛盾的原则， 是复杂、审慎的事。其影响因素：
2.1 设计材料的分类
（2）按材料的物质结构分类（根据化学键不同：金属键、离子键、共 价键）
金属材料：
黑色金属，如：铸铁、碳钢、合金钢等；
有色金属，如：铜、铝及其合金等
特殊金属材料：非晶态金属、高强度模铝锂合金、形状记忆合
金、减震合金、超塑合金、储氢合金、超导合金等。
无机材料：
石材、陶瓷、玻璃、石膏等；
弹性和塑性：弹性指材料受外力作用而发生变形，外力除去后能 恢复原形状的性能。塑性指材料在外力作用下产生变形，外力除 去后能保持变形后的形状，而不恢复原形状的性能。
脆性和韧性：指材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无 明显变形的性能。韧性指材料在冲击载荷或振动载荷下能承受很 大的变形而不致破坏的性能。
硬度：材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力（材料抵抗其他物体 压入自己表面的能力）。
耐磨性：在摩擦力作用下，材料表面抵抗磨损的能力。
抗疲劳性：材料在反复作用力(拉伸、压缩、弯曲、扭曲等)下抵抗 破坏的能力。应力的振幅超过某一限度材料即会导致材料的断裂 ，这一限度称为疲劳极限。疲劳寿命指在某一特定应力下，材料 发生疲劳断裂前的循环数。
σ-ε曲线图，其各特征点的含义为：
oa段：应力与应变为直线关系，此时a点所对应的应力值称为比例极限， 用σp表示。它是应力与应变成正比例的最大极限。 σ=Eε
即胡克定律，E为弹性模量，单位与σ相同。
在屈屈服服极阶限段。应力不变而应变不断增加，这种现象叫屈服。对应的应力σs叫
让度试极件限继。续变形，必须继续加载，最高点（e点）所对应的应力σb称为强
（1） 对载荷估计的准确性与把握性。 （2） 材料的均匀性与力学性能指标的稳定性。 （3） 计算公式的近似性：由于应力、应变等理论计算公式建立在材料均
匀连续，各向同性假设基础上，拉伸（压缩）应力，变形公式要求载荷通 过等直杆的轴线等，所以材料不均匀性，加载的偏心，杆件的初曲率都会 造成理论计算的不精确。
应力叫名义屈服极限，用σ0.2 表示。 铸铁拉伸时的力学性能具有以下特点
1）铸铁拉伸时的应力-应变关系，它只有一个强度指标；且抗拉强度较低； 2）在断裂破坏前，几乎没有塑性变形； 3）关系近似服从胡克定律，并以割线的斜率作为弹性模量。
极限应力，许用应力，安全系数 工程材料失效的两种形式为： （1）塑性屈服，指材料失效时产生明显的塑性变形，并伴有屈服现象。如低碳钢、铝
来表示。 热膨胀性：材料由于温度变化产生膨胀或收缩的性能，通常用线膨
胀系数表示。 耐燃性：材料对火焰和高温的抵抗性能。 耐火性：材料长期抵抗高热而不熔化的性能，或称耐熔性。
（4）电性能
导电性：材料传导电流的能力。通常用导电率来衡量导电 性的好坏。
第二章 设计材料的分类及特点
设计材料的分类 材料特性的评价 材料的固有特性 材料的工艺（成型加工、表面处理）
2.1 设计材料的分类
为了更好的了解材料，从以下几个角度来对材料进行分类： （1）按材料的来源分类 第一代天然材料——不改变在自然界中所保持的状态Baidu Nhomakorabea或只施加低
度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等 第二代加工材料——利用天然材料经不同程度的加工而得到的材料
（3）热性能 熔点：由固态转变为液态时的温度称为材料的熔点。 比热容：将1kg的材料温度升高1℃所需要的热量称为该材料的比热
容。单位J/(kg·K) 热膨胀系数 导热性：材料将热量从一侧表面传递到另一侧表面的能力，通常用
导热系数来表示。主要影响因素：空隙率和含水量。 耐热性：材料长期在热环境下抵抗热破坏的能力，通常用耐热温度
2.2 材料特性的评价
2.2 材料特性的评价
2.3材料的固有特性
材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的，是指材料在使用条 件下表现出来的性能，它受外界条件的制约。
2.3.1 材料的物理性能
（1）密度
（2）力学性能（机械性能）
强度：指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力（Pa）。
，人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等 第三代合成材料——利用化学合成方法将石油、天然气和煤等制造
而得到的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等 第四代复合材料——用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复
合而成的材料 第五代智能材料——随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在功
能高级形式的材料，如纳米材料，记忆金属等
应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩。
σs，σb是衡量材料强度的重要指标。
为度量材料塑性变形的能力，定义延伸率δ和截面收缩率为 材料分为两类： δ≥5%-塑性材料； δ＜5%-脆性材料。 其它塑性材料拉伸时的力学性能 工程上规定取完全卸载后具有残余应变量0.2%时的
高温结构陶瓷、高频绝缘陶瓷、导体陶瓷、半导体陶瓷等
有机材料：木材、皮革、塑料、橡胶等
复合材料：玻璃钢、碳纤维复合材料等
2.1 设计材料的分类
3）按材料的形态分类 线状材料：常用的钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、
木条、竹条、藤条等。 板状材料：金属板、木板、塑料板、合成板、金属网板、皮革、纺
织布、玻璃板、纸板等 块状材料：木材、石材、泡沫塑料、混凝土、铸钢、铸铁、铸铝、
油泥、石膏等 4）按材料加工度的分类 天然材料： 加工材料： 人造材料：
2.2 材料特性的评价
材料特性包括两个方面：一是材料的固有特性，既材料的物理 和化学特性，如力学性能、热性能、电磁性能、光学性能和防腐性 能等；二是材料的派生特性，它是由材料的固有特性派生儿来的， 既材料的加工特性、材料的感觉特性和经济特性。
合金等塑性材料。 （2）脆性断裂，材料失效时几乎不产生塑性变形而突然断裂。如铸铁、混凝土等脆断
材料。
极限应力：对于塑性材料，进入塑性屈服时的应力取屈服极限； 对于脆 性材料：断裂时的应力是强度极限。许用应力：保证构件安全可靠工作所 容许的最大应力值。
安全系数的选取原则充分体现了工程上处理安全与经济一对矛盾的原则， 是复杂、审慎的事。其影响因素：
2.1 设计材料的分类
（2）按材料的物质结构分类（根据化学键不同：金属键、离子键、共 价键）
金属材料：
黑色金属，如：铸铁、碳钢、合金钢等；
有色金属，如：铜、铝及其合金等
特殊金属材料：非晶态金属、高强度模铝锂合金、形状记忆合
金、减震合金、超塑合金、储氢合金、超导合金等。
无机材料：
石材、陶瓷、玻璃、石膏等；