材料的组成、结构与构造 1.材料的组成 建筑材料的应用与其性质是紧密相关的,而建筑材料所具有的各项性质又是由材料的组分、结构与构造等内部因素所决定的。
材料的组成指材料的化学成分、矿物成分。某些建筑材料如天然石材、无机胶凝材料等,其矿物组成是决定其材料性质的主要因素。
2.材料的微观结构 材料的结构可划分为:宏观结构、亚微观结构和微观结构三个层次,其中,微观结构是指物质的原子、分子层次的微观结构。材料的结构可分为晶体、玻璃体和胶体。
1、分类 按材料组成物质的种类和化学成分分类: 无机材料 有机材料 复合材料 2、基本性质 (1)力学性质 抗拉:抗拉强度指材料在拉断前承受最大应力值。
抗压:抗压强度指外力是压力时的强度极限。 抗弯:抗弯强度是指材料抵抗弯曲不断裂的能力。
抗剪:抗剪能力数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。 弹性:物体受外力作用发生形变、除去作用力能恢复原来形状的性质。
塑性:塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。 脆性:材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。
韧性:材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。 (2)基本物理参数 密度:材料在绝对密实状态下单位体积内所具有的质量。
表观密度:材料在自然状态下单位体积内所具有的质量。 堆积密度:散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。
孔隙率:材料中孔隙体积占材料总体积的百分率。 孔隙率:材料中孔隙体积占材料总体积的百分率。
空隙率:散粒状材料在自然堆积状态下,颗粒之间空隙体积占总体积的百分率。 吸水率:材料由干燥状态变为饱水状态所增加的质量与材料干质量的百分率。
含水率:材料内部所含水分的质量占材料干质量的百分率。
1、玻璃体的质点排布特点:近程无序,远程有序。
2、金属晶体是各向异性的,而金属材料却是各向同性的,是因为金属材料是多晶体,晶粒是随机取向的。 3、密度(绝对密实状态)>表观密度(自然状态)>堆积密度(粉状或散状材料) 4、耐水性:通常用软化系数K=R饱/R干。
R饱:(吸水饱和状态下的抗压强度)R干:(干燥状态下的抗压强度)[通常软化系数>0.85的材料,认为是耐水材料。] 5、导热性:导热系数λ≤0.23的材料称为绝热材料。
(孔隙率越大、表观密度越小,导热系数越小;细微、封闭孔的材料导热系数较小。)λ冰>λ水à材料受潮或冰冻后,导热性能会受到严重影响。
建筑材料包括由化学和矿物两个部分组成,它的基本性质包括物理性质、化学性质、力学性质、耐久性质、装饰性质等等,这些性质决定材料各种性质的重要因素。
决定建筑材料的结构各种性质的主要因素有以下几个方面:宏观结构,也就是用肉眼或放大镜,就能分辨出材料的组织结构,它主要包括致密结构、多孔结构、微孔结构、纤维结构、层状结构和散粒结构。 致密结构:材料的内部基本上无孔隙。
这类材料如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等;多孔结构:材料的内部具有粗大孔隙,这类材料如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等;微孔结构:材料的内部具有微细孔隙,这种微细孔隙是加人大量的拌和水而形成的,这类材料如普通烧结砖、建筑石膏制品等;纤维结构:材料的内部组织具有方向性,这类材料如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等;层状结构:具有叠合结构,是用胶粘剂或其他方法将不同的片材或具有各向异性的片材粘合而成层状结构,这类材料如胶合板、纸面石膏板、各种夹心板等;散粒结构:散粒结构的材料为松散颗粒状,这类材料如沙子、石子、膨胀珍珠岩等;微观结构:就是用光学显微镜就可以观察到微小的结构,它又称为亚微观结构。 我们现在主要用这种技术来研究材料内部,比如晶粒、颗粒的大小、形态、晶界、界面、孔隙、微裂纹。
通过分析金属材料晶粒的粗细,就能分辨出材料内部的组织、纤维、导管和髓线等等其他因素。
材料的组成:化学成分,包括矿物成分,及其对材料性能的影响。
材料的微观结构及其对材料性能的影响:原子结构、离子键、金属键、共价键、范爱德华力、晶体和非晶体(玻璃体)。 材料宏观结构及其对材料性能的影响。
建筑材料的基本性能包括密度、表观密度和容重、孔隙率和孔隙率。 特点:亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性、强度和变形性、脆性和韧性。
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金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定的冷/热加工条件下表现出来的性能。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下,金属材料表现出来的性能,它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏,决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中,一般机械零件都是在常温,常压和非强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为机械性能(或称为力学性能)。 所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定的冷/热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
1 铸造性 金属材料能用铸造方法获得合格铸件的能力称为铸造性。铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等。流动性是指液态金属充满铸模的能力,流动性愈好,愈易铸造细薄精致的铸件。收缩性是指铸件凝固时体积收缩的程度,收缩愈小,铸件凝固时变形愈小。 偏析是指化学成分不均匀,偏析愈严重,铸件各部位的性能愈不均匀,铸件的可靠性愈小。
2 切削加工性 金属材料的切削加工性系指金属接受切削加工的能力,也是指金属经过切削加工而成为合乎要求的工件的难易程度。 通常可以切削后工作表面的粗糙程度、切削速度和刀具磨损程度来评价金属的切削加工性。
3 焊接性 焊接性是指金属在特定结构和工艺条件下通过常用焊接方法获得预期质量要求的焊接接头的性能。它包括两个方面的内容:一是结合性能,即在一定的焊接工艺条件下,一定的金属形成焊接缺陷的敏感性,二是使用性能,即在一定的焊接工艺条件下,一定的金属焊接接头对使用要求的适用性。 焊接性一般根据焊接时产生的裂纹敏感性和焊缝区力学性能的变化来判断。 点击下列链接,了解更多焊接知识! 一张图看懂金属材料焊接(上)——焊接基础 一张图看懂金属材料焊接(下)——焊接材料型号 焊接材料选用表,千万别错过,必须收藏! 最先进的焊接技术工艺汇总 新型焊接技术,前景不可限量
4 可锻性 可锻性是材料在承受锤锻、轧制、拉拔、挤压等加工工艺时会改变形状而不产生裂纹的性能。 它实际上是金属塑性好坏的一种表现,金属材料塑性越高,变形抗力就越小,则可锻性就越好。 可锻性好坏主要决定于金属的化学成分、显微组织、变形温度、变形速度及应力状态等因素。
5 冲压性 冲压性是指金属经过冲压变形而不发生裂纹等缺陷的性能。许多金属产品的制造都要经过冲压工艺,如汽车壳体、搪瓷制品坯料及锅、盆、孟、壶等日用品。 为保证制品的质量和工艺的顺利进行,用于冲压的金属板、带等必须具有合格的冲压性能。
6 顶锻性 顶锻性是指金属材料承受打铆、徽头等的顶锻变形的性能。金属的顶锻性,是用顶锻试验测定的。
7 冷弯性 金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂的性能,称为冷弯性。 出现裂纹前能承受的弯曲程度(弯曲程度一般用弯曲角度α(外角)或弯心直径d对材料厚度a的比值表示,a愈大或d/a愈小)愈大,则材料的冷弯性能愈好。
8 热处理工艺性 热处理是指金属或合金在固态范围内,通过一定的加热、保温和冷却方法,以改变金属或合金的内部组织,而得到所需性能的一种工艺操作。 热处理工艺性就是指金属经过热处理后其组织和性能改变的能力,包括淬硬性、淬透性、回火脆性等。
金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 (注:金属氧化物(如氧化铝)不属于金属材料)意义:人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代,均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代,种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
种类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳 2%~4%的铸铁,含碳小于 2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金 不锈钢、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金,以及金属基复合材料等。 性能:一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下,金属材料表现出来的性能,它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏,决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中,一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为力学性能(过去也称为机械性能)。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等),对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
1.房屋构造组成:基础、墙、楼板和地面层、楼梯、屋顶、门窗。
2.建筑层数分类:①住宅建筑层数分类:1-3为低层、4-6为多层、10层以上为高层。②公共建筑层数分类:总高度超过24m为高层,不包括高度超过24m单层公共建筑,高度为我国消防补救之极限高度。
超高层建筑层数分类:超过100m。 3.按房屋承重结构的材料可分为5类:木结构、砖石结构、钢筋混凝土结构、钢结构、混合结构。
4.建筑耐火等级:一级的耐火性能好,四级最差。 5.影响建筑构造的因素:外界作用力、气候条件、人为因素。
6.建筑模数协调中,建筑模数规定了标志尺寸、构造尺寸和实际尺寸。一般情况下,标志尺寸减去缝隙为构造尺寸。
实际尺寸与构造尺寸间的差数应符合建筑公差规定。
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