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6.2 材料的性能与规划
课程导读
剑的变化？
木 剑
石 剑
金 剑
钻石剑
铁 剑
材料:人类社会发展历程的主要标志
材料
石器时代
青铜器时代
铁器
合金
材料是人类用以制成生活和生产中的物品、器件、构件、机器和其他产品的物质。材料是物质基础，文明的重要支柱。
材料是产品设计的物质条件，是产品设计的基础和前提。
材料
金属材料
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
按化学成分分:
金属材料
铝
金
铜
钢
无机非金属材料
瓷
活性炭
泥土
玻璃
有机高分子材料
橡胶轮胎
塑料制品
复合材料
复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组合，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在
玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，或称为玻璃钢，不同于钢化玻璃
材料
生活常见材料:
硬度
刚度
强度
塑性
侵入。直接影响材料耐磨性和切削加工性
材料在受力时抵抗弹性形变的能力
外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力
材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的能力
主要的性能：
木材
金属
塑料
新材料
实木木材
人造木材
热塑性塑料
热固性塑料
木材
优点：
1.木质轻，有天然的色泽和美丽的花纹
2.易于加工和涂饰、隔热与绝缘
3.具有较好的强度性能及优良的加工性能
木材
实木板材
采用完整的木材（原本）制成的木板材
实木具有的特点：
1、具有各向异性的特点，在自然条件下具有吸湿膨胀，解吸收缩的特性。
2、木材暴露在空气中时，容易发生变形、开裂、扭曲和翘曲等现象。
各向异性
各向异性，亦称“非均质性”，是指物体的全部或部分性能随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性，即在不同的方向所测得的性能数值不同
俗话说：“立木顶千斤”
各向异性
胶合板
密度板
人造板材
利用木材在加工过程中产生的边角废料，添加化工胶粘剂制作成的板材
人造板材具有的特点：
人造板材在幅面方向上的尺寸稳定性好，较实木而言适用范围更广
三聚氰胺板
刨花板
金属材料
由纯金属或合金构成的材料
金属材料具有的特点：
具有金属光泽，有良好的导热和导电性能，以及优良的力学性能和可加工性能。
金属材料的力学性能主要包括强度、刚度、硬度等，一般以抗拉强度作为判别金属强度的指标。
铜材
铝材
钢材
铸铁
金属材料
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标,它直接影响材料的耐磨性和切削加工性。硬度往往和材料的耐磨性和耐久性联系在一起。一般情况下,材料的硬度越高,其耐磨性越好
但是，是不是硬度越大的金属越坚固呢？
不是。硬度大是指金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力强，而材料坚固一般指金属材料在外力作用下抵抗性变形和断裂的能力强，即材料的强度高，二者有区别。
热塑性塑料
在一定的温度范围内，能反复加热软化至熔融流动，冷却后能硬化成一定形状的塑料
受热后可多次成型，废料可回收再利用
初次成型后形状固化下来，不能再次热熔或软化的塑料。在隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等恶劣环境中使用的塑料，大部分是热固性塑料
塑料
热固性塑料
原料来源广 性能优良
加工方便 价格低廉
新材料
超导材料
碳纤维
石墨烯
柔性玻璃
形状记忆合金
材料的选择
1.功能 材料的性能是否能实现产品的使用功能，是否满足产品的使用环境；
2.加工 材料是否有良好的加工性能，是否有相应的加工设备；
3.成本 考虑材料的价格。
材料的规划
①要做到料尽其用,优材不劣用,大材不小用,长材不短用
②要充分考虑材料的颜色、花纹和光泽,外用料要选择材质好﹑纹理美观、涂饰性能好的材料
③要考虑材料的加工余量和损耗等因素﹐保证各部件的顺利装配和作品的尺寸精度
④木材的纹理趋向（顺纹锯割便于加工）；因材使用
本课内容
小明用两块杉木板 进行燕尾榫连接。由于杉木材质较软，且木材在不同方向上能承受的力不一样,目前已知,木材顺纹方向的抗拉强度是其横纹方向抗拉强度的10-20倍。下列方案中最合理的是
汽车碰撞以后会凹下去，为什么泰坦尼克号会直接撞裂开？
金属材料
泰坦尼克号残骸再现后，科学考察队采集了金属样本进行分析，结果发现了导致“泰坦尼克号”沉没的重要细节：把残骸的金属碎片与如今的造船钢材作一对比试验，发现在“泰坦尼克号”沉没地点的水温中，如今的造船钢材在受到撞击时可弯成V形，而残骸上的钢材则因韧性不够而很快断裂。
由此发现了钢材的冷脆性，即在-40℃~0℃的温度下，钢材的力学性能由韧性变成脆性，从而导致灾难性的脆性断裂。
而用现代技术炼的钢只有在-70℃~-60℃的温度下才会变脆。不过不能责怪当时的工程师，因为当时谁也不知道，为了增加钢的强度而往炼钢原料中增加大量硫化物会大大增加钢的脆性，以致酿成了“泰坦尼克号”沉没的悲剧。

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