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结构材料导论 - Coggle Diagram
结构材料导论
钢铁材料
钢铁是怎样炼成的：铁矿石（还原）➡铁（脱硫、磷；加碳和合金元素）➡纲
铁的同素异形体：α-Fe：体心立方；γ-Fe：面心立方；δ-Fe：体心立方
纯铁强度低
加碳➡提高强度和硬度➡碳钢
加碳和合金元素➡与碳形成化合物 调控性能➡合金钢
纯铁：C＜0.0218wt.％ 钢：0.0218wt％＜C＜2.11wt％
钢铁相图：用于了解不同成分材料在不同温度下的相组成、相成分、相含量（材料的组织）
钢铁中的相：奥氏体（A）：碳溶于γ-Fe的间隙；铁素体（F）：碳溶于α-Fe的间隙；渗碳体（C）：Fe3C；珠光体（P）：铁素体与渗碳体交替排列的片状组织；马氏体
（M）：钢快速冷却得到的非平衡组织
铸铁
C＞2.11wt.％ 工程上最常用的金属材料（简单、便宜）
碳钢的分类
按碳含量（含碳量越高 硬度、强度越高 可塑性降低）：低/中/高碳钢、铸铁
按钢的质量分（杂志S、P的含量）：高级优质/优质/普通碳素钢
按用途分：
碳素结构钢：用于桥梁、船舶、建筑、机器零件等
碳素工具钢：用于道具、模具、量具等
合金钢的分类
按合金元素含量：低/中/高合金钢
按主要合金元素种类：铬钢/锰钢/铬镍钢/硅锰钢等
按用途分类：结构/工具/特殊性能钢
不锈钢（布雷尔利）：十九世纪最伟大的发现之一；含铬10.5％以上的合金钢（铬：在钢表面形成氧化膜 并提高其电解电位 阻止腐蚀）
无机非金属结构材料
陶瓷
物质结构
晶体相：强/硬度高 熔点高 脆性大 热膨胀系数小
玻璃相：粘结晶体相 填空隙 对强度 耐热性能不利
气相（气孔）：降低强度 形成裂纹
力学性能：硬度/刚度/强度高 高耐磨性 耐氧化 塑性韧性低
分类
普通陶瓷：硅酸盐材料（日用/工业陶瓷）
特种陶瓷:采用高纯度人工合成原料（结构/工具/功能陶瓷）
氧化物结构陶瓷（Al2O3、MgO、BeO）、碳化物结构陶瓷（SiC
）、氮化物结构陶瓷（Si3N4）
玻璃
性质：亚稳性、无固定熔点、渐变性、可逆性、各向同性
种类：普通玻璃（硅酸盐复盐）、有色玻璃（掺入金属氧化物或盐）、钢化玻璃（预应力玻璃）
水泥
提高C3S:高强度水泥 ;提高C3A、C3S:快硬水泥;降低C3A、提高C2S:中低热水泥;提高C4AF、降低C3A:道路水泥
硅酸盐水泥:生料➡熟料➡水泥
高分子结构材料
概述:非晶,分子运动单元多/运动方式多
力学状态:玻璃态(冻结)高弹态(链段运动)粘流态(大分子位移)
制备:加聚 缩聚
分类
按材料来源:天然/合成高分子
按性能用途:塑料 橡胶 纤维等
按单元结构的化学组成:碳链/杂链高分子 元素有机高分子(主链不含碳) 无机高分子(主链不含有机基团）
有色金属材料
黑色金属：钢铁材料 铬、锰及其合金
有色金属：铁铬锰以外的金属及其合金
轻金属材料
铝及铝合金：第二大金属材料；密度低 比强度高 导电性好 耐腐蚀 易于铸造和变形
金属的强化--提高金属材料的强度
弹性变形➡原子间距变化
塑性变形➡晶体（位错）的滑移
合金强化方法：阻碍位错的运动
固溶/弥散/细晶强化 加工硬化
镁及镁合金：最轻 21世纪的绿色工程材料 资源丰富
钛和钛合金
钛：耐腐蚀 无磁性 高比强度 低比重 生物相容
钛合金;α/β/α＋β
钛合金的发展：高温钛合金 高强高韧性β型钛合金
铜及铜合金
纯铜强度很低 不宜用作结构材料
黄铜（Cu-Zn提高强度） 青铜（Cu-Sn提高力学性能、耐蚀性、减磨性、铸造性） 白铜（Cu-Ni提高强度、耐蚀性、电阻和热电性）
高温合金
温度升高 力学性能下降 氧化腐蚀增大
铁基/镍基/钴基高温合金
