工程材料考試作業三?一、引言工程材料是構成工程實體的物質基礎，對工程的質量、性能和成本等方面都有著至關重要的影響。本次作業旨在對工程材料的相關知識進行系統總結和深入分析，涵蓋材料的分類、性能、選用原則以及一些典型工程材料的特性等內容，通過對這些方面的探討，加深對工程材料的理解，為今后在工程實踐中合理選擇和使用材料提供理論支持。

二、工程材料的分類工程材料種類繁多，為了便于研究和應用，通常按照化學成分、性能特點等進行分類。

金屬材料金屬材料是最重要的工程材料之一，具有良好的導電性、導熱性、強度和塑性等。常見的金屬材料包括鋼鐵和有色金屬。1.鋼鐵碳素鋼：根據含碳量的不同，可分為低碳鋼（含碳量小于0.3%）、中碳鋼（含碳量0.3%0.6%）和高碳鋼（含碳量大于0.6%）。低碳鋼強度較低、塑性和韌性好，常用于制造要求塑性好的零件，如薄板、鐵絲等；中碳鋼強度和硬度適中，塑性和韌性也較好，廣泛應用于機械制造等領域；高碳鋼硬度高、耐磨性好，但塑性和韌性較差，常用于制造刀具、量具等。合金鋼：在碳素鋼的基礎上加入合金元素形成的鋼種。合金元素的加入顯著提高了鋼的性能，如強度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。常見的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬等。合金鋼常用于制造對性能要求較高的工程結構和零部件，如汽車發動機零部件、橋梁等。2.有色金屬鋁及鋁合金：鋁具有密度小、導電性好、耐腐蝕性強等優點。鋁合金通過加入其他合金元素進一步提高了強度和硬度，廣泛應用于航空航天、建筑、汽車等行業。例如，硬鋁合金具有較高的強度，常用于制造飛機蒙皮、骨架等。銅及銅合金：銅具有良好的導電性、導熱性和耐腐蝕性。銅合金包括黃銅（銅鋅合金）、青銅（銅錫合金等）等。黃銅具有較好的力學性能和加工性能，常用于制造閥門、散熱器等；青銅具有較高的強度、耐磨性和耐腐蝕性，常用于制造軸承、齒輪等。

非金屬材料非金屬材料具有許多獨特的性能，在工程中也有廣泛的應用。1.高分子材料塑料：塑料是以合成樹脂為主要成分，加入各種添加劑制成的高分子材料。根據受熱后的表現，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料受熱軟化，可反復成型，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，常用于制造塑料薄膜、管材、玩具等；熱固性塑料受熱固化后不能再軟化，如酚醛塑料、環氧樹脂等，常用于制造電器絕緣材料、玻璃鋼等。橡膠：橡膠具有高彈性，能在較大變形下迅速恢復原狀。天然橡膠具有良好的綜合性能，但耐老化性能較差。合成橡膠通過人工合成得到，具有各種優異的性能，如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等，廣泛應用于輪胎、密封件等領域。纖維：纖維分為天然纖維和化學纖維。天然纖維如棉花、羊毛、麻等，具有吸濕性強、柔軟舒適等特點，但強度較低。化學纖維如聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（錦綸）、聚丙烯腈纖維（腈綸）等，具有強度高、耐磨、耐腐蝕等優點，常用于制造服裝、繩索、工業濾布等。2.陶瓷材料陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、絕緣性好等特點。常見的陶瓷材料有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷等。氧化鋁陶瓷硬度高、耐磨性好，常用于制造刀具、磨料等；氧化鋯陶瓷具有良好的韌性和耐高溫性能，可用于制造發動機部件、陶瓷刀具等；氮化硅陶瓷硬度高、熱穩定性好，常用于制造高溫結構件、耐磨零件等。3.復合材料復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料通過物理或化學方法復合而成的新材料。常見的復合材料有纖維增強復合材料，如玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料）、碳纖維增強復合材料等。玻璃鋼具有重量輕、強度高、耐腐蝕等優點，廣泛應用于建筑、船舶、汽車等行業；碳纖維增強復合材料具有高強度、高模量、低密度等優異性能，常用于航空航天、體育用品等領域。

三、工程材料的性能工程材料的性能包括力學性能、物理性能、化學性能等，這些性能直接影響材料在工程中的使用效果。

力學性能1.強度強度是指材料在外力作用下抵抗破壞的能力。常見的強度指標有屈服強度和抗拉強度。屈服強度是材料開始產生明顯塑性變形時的應力，抗拉強度是材料在拉伸過程中所能承受的最大應力。材料的強度越高，其承載能力越強。2.塑性塑性是指材料在外力作用下產生塑性變形而不破壞的能力。常用的塑性指標有伸長率和斷面收縮率。伸長率是材料在拉伸斷裂后標距段的總變形與原標距長度之比，斷面收縮率是材料在拉伸斷裂后斷面縮小面積與原斷面面積之比。塑性好的材料便于進行各種加工，如鍛造、軋制等。3.硬度硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用的硬度測試方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。硬度與材料的耐磨性密切相關，硬度越高，耐磨性越好。4.韌性韌性是指材料在沖擊載荷作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力。韌性好的材料在受到沖擊時不易發生斷裂，如鋼材的沖擊韌性可以通過沖擊試驗來測定。

物理性能1.密度密度是材料單位體積的質量。不同材料的密度差異較大，如金屬材料密度一般較大，而高分子材料密度相對較小。材料的密度會影響其在工程中的使用，例如在航空航天領域，通常希望使用密度小的材料以減輕結構重量。2.導電性金屬材料一般具有良好的導電性，而陶瓷材料、高分子材料大多為絕緣體。導電性對于電氣設備和電子元件的設計和選材至關重要。3.導熱性不同材料的導熱性能也有所不同。金屬材料導熱性良好，陶瓷材料導熱性一般，高分子材料導熱性較差。在一些需要散熱的場合，如發動機缸體，常選用導熱性好的材料；而在保溫隔熱的場合，則選用導熱性差的材料。

化學性能1.耐腐蝕性材料抵抗周圍介質腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性。金屬材料在不同的環境中可能會發生腐蝕，如鋼鐵在潮濕空氣中會生銹。通過添加合金元素、進行表面處理等方法可以提高材料的耐腐蝕性。2.抗氧化性材料在高溫下抵抗氧化的能力稱為抗氧化性。一些金屬材料在高溫下容易被氧化，影響其性能和使用壽命。例如，在高溫爐窯中使用的材料需要具有良好的抗氧化性。

四、工程材料的選用原則在工程設計和施工中，合理選用工程材料是確保工程質量、降低成本、提高工程效益的關鍵環節。選用工程材料通常遵循以下原則：

使用性能原則根據工程的具體要求，首先要滿足材料的使用性能。例如，對于承受重載的機械零件，需要選用高強度、高韌性的材料；對于要求耐腐蝕的化工設備，應選用耐腐蝕性好的材料。

工藝性能原則材料的工藝性能直接影響到材料的加工難易程度和加工質量。例如，材料的切削加工性能、鍛造性能、焊接性能等都很重要。在選擇材料時，要考慮材料是否易于加工成所需的形狀和尺寸，以及加工過程中是否會出現質量問題。

經濟性能原則在滿足使用性能和工藝性能的前提下，要考慮材料的經濟性。包括材料的價格、供應情況、使用壽命等因素。盡量選用成本低、來源廣、使用壽命長的材料，以降低工程成本。

環境適應性原則工程材料所處的環境條件各不相同，如溫度、濕度、介質等。材料應能夠適應工程所處的環境，確保在長期使用過程中性能穩定。例如，在寒冷地區使用的材料要具有良好的低溫性能，在有化學腐蝕介質的環境中使用的材料要具有相應的耐腐蝕性。

五、典型工程材料特性及應用實例

鋼筋混凝土結構用鋼材1.特性熱軋鋼筋：熱軋鋼筋具有強度較高、塑性較好等特點。根據屈服強度、抗拉強度等指標，可分為HPB300、HRB335、HRB400、HRB500等不同等級。HPB300為光圓鋼筋，強度較低，主要用于一般建筑結構中的非受力鋼筋；HRB335、HRB400、HRB500為帶肋鋼筋，強度較高，是建筑工程中常用的受力鋼筋。鋼絲和鋼絞線：鋼絲和鋼絞線具有強度高、柔性好等優點。鋼絲常用于預應力混凝土構件中的預應力筋，鋼絞線則常用于大跨度橋梁、大型屋架等預應力混凝土結構中。2.應用實例在建筑工程中，鋼筋混凝土結構廣泛應用于高層建筑、工業廠房、橋梁等。例如，在高層建筑的框架結構中，梁、板、柱等構件大量使用熱軋鋼筋作為受力鋼筋，通過混凝土與鋼筋的協同工作，承受建筑物的豎向和水平荷載。在大跨度橋梁中，常采用預應力混凝土結構，利用鋼絲或鋼絞線施加預應力，提高橋梁的承載能力和跨越能力。

水泥1.特性硅酸鹽水泥：硅酸鹽水泥早期強度高、凝結硬化快、水化熱大、抗凍性好，但耐腐蝕性較差。適用于早期強度要求高、受凍融作用的工程，如冬季施工的混凝土工程、重要的建筑結構等。普通硅酸鹽水泥：普通硅酸鹽水泥的性能與硅酸鹽水泥相近，但早期強度略低，水化熱較小，耐腐蝕性稍好。廣泛應用于一般建筑工程。礦渣硅酸鹽水泥：礦渣硅酸鹽水泥早期強度低，后期強度增長較快，水化熱小，耐腐蝕性好，但抗凍性較差。適用于大體積混凝土工程、有耐腐蝕性要求的工程等。2.應用實例在建筑工程中，水泥是混凝土的主要膠凝材料。例如，在高層建筑的基礎大體積混凝土施工中，為了降低水化熱，防止混凝土出現裂縫，常選用礦渣硅酸鹽水泥；而在一般建筑的梁、板、柱混凝土施工中，普通硅酸鹽水泥應用較為廣泛。在道路工程中，水泥混凝土路面也離不開水泥，通過合理選擇水泥品種，可以滿足路面的性能要求。

木材1.特性木材具有質輕、強度較高、彈性和韌性好、加工方便等優點。同時，木材具有天然的紋理和色澤，給人以自然美觀的感覺。但木材容易腐朽、蟲蛀，防火性能較差。2.應用實例木材在建筑工程中常用于門窗制作、室內裝修、木屋架等。在室內裝修中，木材可以制作地板、吊頂、墻面裝飾等，營造出溫馨舒適的室內環境。在古建筑中，木材更是發揮了重要作用，如故宮的宮殿建筑，大量使用木材構建框架和裝飾構件，展現了中國傳統建筑的獨特魅力。在家具制造行業，木材也是主要的原材料，制作出各種精美的家具。

六、結論工程材料是工程建設的物質基礎，其種類繁多、性能各異。通過對工程材料的分類、性能、選用原則以及典型工程材料特性和應用實例的研