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1、一.概述1.设计材料的分类按材料发展史分类 : 天然材料（石头、木材等）加工材料（矿物通过冶炼、烧结，制成金属和陶瓷材料）合成材料（通过化学合成方法将石油，天然气和煤等原料制成高分子材料）复合材料（指用有机、无机非金属等各种原材料复合而成的材料）智能材料或应变材料（指随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在的功能的高级形式的复合材料）按材料的物理状态、化学性质及用途分类: 按材料物理状态分类： 气态、液态、固态三类按材料化学结构分类： 金属材料、无机材料、有机材料（包含高分子材料）按材料用途分类： 行业不同材料不同：机械、电气、化学、土建、医用、农业等。建筑材料、电工材料、结构材料、电子材料、研
2、磨材料、光学材料、耐火材料、感光材料、耐腐蚀材料、包装材料等。（为方便，但不系统）按材料的来源、成分、状态、构造、形态、组合等分类 :1、按材料来源分类: 天然材料、加工材料、合成材料2、按材料成分分类: 有机材料、无机材料、复合材料、其他材料3、按材料状态分类: 按原有的状态或伴随有变化使用的材料、气体材料、液体材料4、按材料构造分类: 晶质材料、非晶质材料、晶质与非晶质混合材料5、按材料形态分类: 一次元材料、二次元材料、三次元材料6、按材料组合分类: 单一材料、复合材料7、按照材料的形状分类: 线状材料、板状材料、块状材料 设计材料的特性包括：固有特性 : 力学特性、热性能、电磁性能、防
3、腐性能等派生特性: 加工特性、感觉特性和经济特性其中牵涉到了材料的密度、强度、弹性、耐磨性、导电性、磁性等各个方面的多种特性。了解它们是设计师进行设计的前提感觉特性包括 触觉特性和视觉特性*材料的美感和设计应用 材料的色彩美 材料的肌理美 材料的光泽美 材料的质地美 材料的形态美新材料发展趋势（1）高分子材料。（2）特种陶瓷。（3）功能材料。（4）能源材料。（6）复合材料。（7）金属新材料。（9）原子分子设计材料。（10）稀土材料。大题*产品设计中的材料因素产品设计包括使用功能、材料工艺、审美情趣等三方面的构成要素。 1、使用功能是首要的，它决定着产品造型的基本形式。 2、材料和工艺是保证产品
4、造型付诸实现的物质技术条 件，它是产品功能和艺术处理的具体体现。 3、产品造型的艺术处理，决定着形式的美观与否，表达了一定的思想感情和审美情趣。大题*质感运用的形式美基本法则1、配比率 调和法则使整体各部位的物面质感统一和谐。 对比法则对比法则就是整体各部位的物面质感有对比的变化，形成材质的对比、工艺的对比。 2、主从律 强调在产品的质感设计中要有重点。 所谓重点是反映事物的外在因素在排列组合时要突出中心，主从分明。 3、适合律 各种质材有明显的个性，在质感设计中应充分考虑到质材的功能和价值，质感应与适用性相符。 材料的基本特性1,感觉特性2,加工成型性3,表面工艺性4,环境耐候性5,可变复合
5、性6,环保性二.金属材料 金属的宏观特性 良好的导电性和导热性； 正的电阻温度系数；且绝大多数金属具有超导性； 良好的反射能力、不透明性及金属光泽； 良好的塑性变形能力（延展性） 反映出金属的本质： 有特殊光泽 优良的导电性和导热性 是良好的塑性变形固体物质 金属材料的性能 使用性能 使用过程中表现出来的性能 机械(力学)性能：强度、塑性、弹性 、刚度等 物理性能：导热性、导电性、热膨胀性、磁性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化等 工艺性能 制造和加工过程中表现出来的性能 如铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等 常用金属材料的分类金属材料的性能金属的机械性能1.强度 强度是金属材
6、料抵抗外力荷载而不致失效的能力。2.塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。3.硬度 硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力。4.韧性 金属材料抵抗冲击载荷的能力，叫做冲击韧性。5.疲劳强度 疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的 最大应力。6.弹性变形 弹性变形是只材料在产生变形之后，取消应力，可以恢复到原来形状的能力。金属的工艺性能铸造性是指金属材料的铸造时的流动性、收缩性和偏析倾向等。 锻压性是金属能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。 焊接性是指金属材料易于用焊接方法连接起来，而且不需附加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。 切削加工性金属材料是否易于被刀具切削的
7、性能，称为切削加工性。 钢铁材料可分为三大类： 纯铁 (c=0.02%) 塑性好、强度低，主要用于制造磁铁 钢 (0.02%=c=2.11%) 钢 (0.02%=c2.11%) 碳钢 按含碳量：低碳钢、中碳钢、钢碳钢 按品质：普通碳素钢、优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢 合金钢 合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢钢的分类： 铸铁 (0.02%=c2.11%) 按碳存在的不同形式 灰口铸铁：碳以石墨形式存在，断口呈灰色 白口铸铁：碳以渗碳体形式存在，断口白色 麻口铸铁：按用途：碳素结构钢、碳素工具钢 按石墨的形态
8、： 灰口铸铁：钢基+片状石墨，强度、塑性、韧性不如钢，减震性好、缺口敏感性低，适于制各种承受压力和要求消震的床身、机架、箱体、缸体、壳体 可锻铸铁：铸态白口铸铁热处理成，高强度、塑性、冲击韧性，制汽车后桥外壳、管接头、低压阀门球墨铸铁：铁水+球化剂，铸造性优良，取代了可锻铸铁，制造受力复杂、负荷大、耐磨的铸件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗轮蜗杆、活塞、工作缸等铸铁合金：铸造性，减摩性，减震性，切削加工性，且熔炼简便铸铁灰口铸铁由于碳在铁的晶阵中过饱和溶解，灰铁具有极好的抗疲劳性和减振性。 球墨铸铁 由于其可加工性、疲劳强度以及高的弹性模量、一般应用于机轴和重型齿轮等。 白口铸铁得名于它发白的外观，
9、是铸型中的灰铁或球墨铸铁局部急剧冷却造成的。 可锻铸铁 是一种用于汽车、卡车以及铁路车辆的重型轴承的表面。 纯铁 纯铁有极好的铁磁性，主要用于制造磁铁或磁极的铁心，通常不用纯铁来制造具有强度要求的结构和外观材料。 三.非金属材料四. 金属材料加工工艺五. 非金属材料加工工艺六.表面涂装七.快速成型逆向工程铝及铝合金铝及铝合金是工业造型材料中用量最大的有色金属。纯铝的比重小（2.7g/cm3）,导电性好，耐蚀性强，强度高，因此在航空、电气和机械工种中应用很广。 1.纯铝 纯铝分为高纯铝和工业纯铝两类。高纯铝主要用于科学研究及制造电容器。工业纯铝可制作电线、电缆和器皿等。2.铝合金 铝合金是以铝为
10、基加入其他合金元素（铜、硅、镁、锌、锰等）而组成的合金，铝合金质轻，强度高，比强度值接近或超过钢，具有优良的导电，导热性和抗浊性，易加工，耐冲压，并且可阳极氧化成各种颜色。 纯铝：纯度98%99.996%，密度小、导电、导热性优良；主要用于科研及制造电容器铝合金：纯铝强度低，加入合金以提高强度变形铝合金1.防锈铝合金：含锰、镁等，不可热处理强化，耐蚀性好，用于制造高耐蚀性薄板容器2.硬铝：含铜、镁等，强度、硬度高（与高强钢相近），塑性低、韧性差，用于制造飞机大梁、螺旋桨、铆钉等3.超硬铝合金：含锌、铜等，强度接近超高强度钢4.锻铝：含镁、硅、铜等，热塑性、耐蚀性好，适于锻造，用于航空等形状复杂
11、、要求强度较高的锻件铸造铝合金：要求有良好的铸造性能，分为铝硅、铝铜、铝镁、铝锌四系。铜及铜合金1.纯铜（紫铜）：纯度99.5%99.95%, 极好的塑性, 抗蚀、导电、导热性、抗磁性极好，用于电工导体和防磁器械2.黄铜：含锌50%普通黄铜：含锌32%：热加工黄铜(含锌40%), 强度较高，含铜量少，价格低、用于制作电器上的导电、耐蚀及有一定强度的结构件特殊黄铜：加入锡、铅、铝等元素3.青铜锡青铜：一般含锡3%14%, 强度、塑性增加特殊青铜：指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜等，比锡青铜具有更高的力学性能、耐磨性与耐蚀性。镁和镁合金 镁是一种对于产品设计非常重要的金属，因为它是日常应用中最轻的
12、结构金属。 钛及钛合金 钛的耐蚀性极好，对海水的抗蚀性与白金相同，熔点高，耐热性能好，常用于航空工业，火箭导弹化学用耐蚀零部件也有应用。 大题*造型设计中金属的选材原则 根据使用性能选材 变形失效：弹性变形和塑性变形影响形状、尺寸精度 重要螺栓、弹簧、精密丝杠等，应选高弹性模量材料 断裂失效： 塑性断裂：明显塑性变形后断裂，应选高强度材料 低应力脆性断裂：无宏观塑性变形下断裂，如高强度的锤杆，应选强韧性材料 疲劳断裂：交变应力作用下的裂纹形成、扩展造成断裂，如齿轮，应表面强化处理 表面损伤失效：磨损、腐蚀、表面疲劳 选材的经济性原则：材料价格、加工费用等 其他因素：环保、市场等根据工艺性能选材
13、 铸造性能 金属构件承载不大，受力简单而结构复杂，尤其是具有复杂内腔结构 铸造性能：铸造铝合金和铜合金灰口铸铁铸铁铸钢 锻造性能 承载较大、受力复杂的构件 热锻性：低碳钢中碳钢高碳钢 焊接性能 体积较大，要求气密性好，能承受一定压力，如输气管道、蒸汽锅炉等 钢材最适合焊接，含碳和合金元素越多，焊接性能越差；铝合金、铜合金焊接性较差，灰口铸铁基本不能焊接三.金属材料加工工艺金属加工工艺金属材料的热成型工艺液态成型 金属的液态成型工艺（又称铸造）是指金属受热融化并浇铸到预先制作好的铸型内，凝固后获得一定形状和性能的金属制品的成型方法。 塑性加工 又叫压力加工，塑性成型即在外力作用下金属材料通过塑性
14、变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。 固态成形固态成形是成型金属板料、棒料、线材和管材的工艺，通常在室温下进行。 金属材料的切屑加工工艺（冷加工） 利用刀具和工件作相对运动，从毛坯上切去多余的金属以获得所需几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件，这种加工方法称冷加工。 金属连接焊接 焊接是通过加热或加压，或两者同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同，焊接方法可以分为三大类。 (1)熔焊 将工件焊接处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离的整体。 常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。 (2)压焊 在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法。 常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。 (3)钎焊 采用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）熔化之后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。金属的表面处理技术
