通用材料基礎知識

工程材料的分類(lèi)、性能及應用范圍；工程材料可分為金屬材料（黑色金屬及有色金屬）、非金屬材料（高分子材料及無(wú)機非金屬材料）和復合材料等。（一） 金屬材料1． 黑色金屬（1） 生鐵、鐵合金。生鐵分煉鋼生鐵和鑄造生鐵。鐵與任何一種金屬或非金屬的合金都叫做鐵合金。（2） 鑄鐵。具有優(yōu)良的鑄造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏感性。還具有良好的耐熱性和耐腐蝕性。鑄鐵包括：灰口鑄鐵、孕育鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。（3） 鋼。① 鋼的分類(lèi)如下：A． 按化學(xué)成分分類(lèi)，可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。B． 按冶煉質(zhì)量分類(lèi)，可將鋼分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。C． 按用途分類(lèi)，可將鋼分為結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼等。D． 按冶煉方法分類(lèi)，可將鋼分為平爐鋼、轉爐鋼、電爐鋼。E． 按脫氧程度分類(lèi)，可將鋼分為鎮靜金剛、半鎮靜鋼和沸騰鋼。F． 按金相組織分類(lèi)，在退火狀態(tài)下，可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼；在正火狀態(tài)下，可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼。G． 按供應時(shí)的保證條件分類(lèi)，可將鋼分為甲類(lèi)鋼、乙類(lèi)鋼和特類(lèi)鋼。② 鋼的牌號表示方法。根據牌號可以看出鋼的類(lèi)別、含碳量、合金元素及其含量、冶煉質(zhì)量以及應該具備的性能和用途。例如甲類(lèi)鋼牌號用"A"字加上阿拉伯數字0、1、2、3、4、5、6、7表示。又如20號鋼號，表示平均含碳量為0.20%的鋼。再如9Cr18表示平均含碳量為0.9%、含Cr量為18%的不銹鋼。③ 國外鋼的牌號的主要特點(diǎn)方法（見(jiàn)教材第4頁(yè)）。④ 幾種常用鋼的主要特點(diǎn)及用途。A． 普通碳素鋼分甲類(lèi)鋼和乙類(lèi)鋼兩種。甲類(lèi)鋼多用于建筑工業(yè)使用的鋼筋，機械制造中使用的普通螺釘、螺母、墊圈、軸套等，也能軋成板材、型材（如工字鋼、槽鋼、角鋼等）；乙類(lèi)鋼的用途與相同數字的甲類(lèi)鋼相同。B． 普通低合金鋼是在普通碳素鋼的基礎上。加入了少量的合金元素，不僅具有耐腐性、耐磨損等優(yōu)良性能，還具有更高的強度和良好的力學(xué)性能。C． 鑄鋼具有更高的力學(xué)性能，特別是塑性、韌性高，有良好的可焊性，但它的鑄造性差，可用在鑄造大型部件上，如軸箱、水泵體、齒輪等。D． 優(yōu)質(zhì)碳素鋼結構鋼主要適用于優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼，主要用于制造機械零件。E． 合金結構鋼屬于優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼，主要用于制造機械零件。F． 工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼三類(lèi)；也可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。G． 特殊性能鋼包括不銹鋼、耐熱鋼、抗磨鋼、超高強度鋼和磁鋼等。不銹鋼除具有優(yōu)良的耐腐蝕性能外，還具有較高的強度、硬度及耐磨性。常用的不銹鋼有Cr13、1Cr18Ni9Ti、Mo2Ti、00Cr17Ni13Mo2。H． 抗氧化鋼，如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等，多用來(lái)制造爐用零件和熱交換器。I． 熱強鋼，如15CrMo、1Cr11MoV、1Cr14Ni14W2MoNi、4Cr14Ni14W2Mo等，用于制造燃氣輪機和汽輪機轉子及葉片、鍋爐過(guò)熱器、高溫工作的螺栓和彈簧、內燃機進(jìn)（排）氣閥等。J． 低溫用鋼主要牌號有09Mn2V、09MnTiCuXt、06MnNb、06A1NbCuN、15Mn26A14等，廣泛用于冷凍設備、制氧設備及石油液化氣的制造、儲藏、運輸等設備上。2． 有色金屬（1） 銅及銅合金。銅對大氣和水的抗蝕能力很強，是一種抗磁材料。銅具優(yōu)良的減摩性和耐磨性以及高的彈性極限和疲勞極限。黃銅易于加工成殂，對一般大氣、海洋大氣及水等有相當好的耐蝕性，鑄造性也很好。（2） 鋁及鋁合金。鋁可用于制作盛裝濃銷(xiāo)酸的容器、槽車(chē)，但稀酸和堿對鋁的溶解力很強。鋁合金分為鑄造鋁合金與變形鋁合金。鑄鐵鋁合金包括鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等；變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金。（3） 鎂及鎂合金。鎂在熔鑄銅或鎳合金時(shí)可以作去硫劑和脫氧劑使用，在熔鑄球墨鑄鐵時(shí)，鎂是重要的球化劑。鎂合金加入的元素有鋁、鋅、錳、硅等。（4） 鈦及鈦合金。鈦有優(yōu)良的耐蝕性和耐熱性，不受腐蝕，在硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等介質(zhì)中都很穩定。鈦的抗氧化能力大多數奧氏體不銹鋼。鈦在高溫條件下仍能保持較高的強度。鈦合金中常用的合金元素有鉻、錳、釩、鋁和鉬等。（5） 鎳及鎳合金。鎳有很好的化學(xué)穩定性，在潮濕空氣和海水中耐腐蝕，在堿性溶液和有機械酸中均有抗蝕能力。鎳還有較高的熱穩定性。（6） 鉛及鉛合金。鉛在冷鹽和硫酸中很穩定，有很強的耐酸性，而且與氫氧化鈉和碳酸鉀等碳性溶液也不起化學(xué)反應。常用的鉛管主要用鉛銻合金、硬鉛、特硬鉛和鉛銀合金制造。（二） 非金屬材料非金屬材料包括高分子材料和無(wú)機非金屬材料1． 常見(jiàn)的無(wú)機非金屬材料等。（1） 鑄石。其特性是耐磨、耐腐蝕，并且具有優(yōu)良絕緣性和很高的抗壓強度。（2） 石墨。不透性石墨作為耐腐蝕的非金屬無(wú)機材料，被廣泛應用于化工防腐中。（3） 玻璃。有石英玻璃、高硅氧玻璃、硼硅酸鹽玻璃、低堿無(wú)硼玻璃中。（4） 工業(yè)陶瓷。有建筑、衛生陶瓷和電工陶瓷及化學(xué)、化工陶瓷。2． 常用的高分子材料（1） 聚乙烯（PE）、聚丙燃（PP）。低壓聚乙烯比較剛硬、耐磨、耐蝕、絕緣性較好，常用來(lái)制造塑料管、塑料板、塑料繩以及承載不高的零件，如齒輪軸承等。高壓聚乙烯較柔軟。聚丙烯（PP）重量較輕，耐熱性良好，強度、彈性模量、硬度等力學(xué)性能都高于低壓聚乙烯；同時(shí)絕緣性?xún)?yōu)越。（2） 聚氯乙烯（PVC）。常見(jiàn)制品有硬、軟兩種。硬聚氯乙烯比重很小，抗拉強度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學(xué)藥器侵蝕性，許多性能優(yōu)于聚乙烯。（3） 聚苯乙烯（PS）。具有優(yōu)良的耐蝕性，電阻高，是很好的隔熱、防震、防潮和高頻絕緣材料，具有較大的剛度。其缺點(diǎn)是耐沖擊性差，不耐沸水，耐油性有限。（4） 工程ABS塑料。綜合力學(xué)性能良好，尺寸穩定，容易電鍍和易于成形，耐熱和耐蝕性較好，低溫下仍有一定的機械強度。（5） 聚酰胺（PA）。韌性很好，強度較高，耐蝕性好。但耐熱性差。（6） 聚四氟乙烯（F―4）。具有非常優(yōu)良的耐高、低溫的性能，幾乎耐所有的化學(xué)腐蝕，摩擦系數極低，不吸水，電性能優(yōu)異。（7） 酚醛塑料（PF）。有一定的機械強度和硬度，耐磨性好，絕緣性良好，耐熱性較高。耐蝕性?xún)?yōu)良。缺點(diǎn)是性脆，不耐減。（8） 環(huán)氧塑料（EP）。強度較高，韌性較好；尺寸穩定性高和耐久性好，具有優(yōu)良的絕緣性能。耐熱、耐寒、化學(xué)穩定性高，成形工藝性能好。缺點(diǎn)是有某些毒性。（三） 復合材料1． 復合材料的性能特點(diǎn)復合材料比強度、比模量高，抗疲勞性能好，結構件減振性能好，高溫性能好，抗斷裂性好。2． 常用的幾種復合材料（1）熱塑料性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑，具有高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能和抗老化性能，工藝性能也很好。熱固性玻璃質(zhì)量輕，比強度高，耐腐性能好，介電性能優(yōu)越，是成形性能良好的工程材料。但剛度較差，容易老化，容易蠕變。（2）碳纖維復合材料。碳纖維較玻璃纖維具有更高的強度和理想的彈性模量，在高溫下強度和彈性模量基本保持不變，是所有耐熱纖維中最高的。（3） 硼纖維復合材料的抗壓強度和抗剪切強度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的疲勞強度，耐輻射。對水、有機溶液和燃料、潤滑劑很穩定。（4） 金屬纖維復合材料。這類(lèi)材料的特點(diǎn)是除了強度和高溫強度較高外，主要是塑性和韌性較好，而且比較容易制造。

二、熟悉型材、板材、管材、管件、閥門(mén)、法蘭等常用材料的分類(lèi)（規格）、性能及適用范圍；（一） 型鋼型鋼包括普通型鋼、優(yōu)質(zhì)型鋼、線(xiàn)材、軌鋼（二） 板材板材包括鋼板、薄鋼板、鋼帶、硅鋼片（三） 管材1． 黑色金屬管（1） 無(wú)縫鋼管包括鍋爐用無(wú)縫鋼管、鍋爐用高壓無(wú)縫鋼管、地質(zhì)鉆探用無(wú)縫鋼管、石油裂化用無(wú)縫鋼管、不銹耐酸鋼無(wú)縫鋼管。（2） 焊接鋼管包括有直縫焊管和螺旋縫鋼管。（3） 鑄鐵管。2． 有色金屬管有色金屬包括鉛及鉛合金管，銅及銅合金管、鋁及鋁合金管、鈦及鈦合金管。3． 非金屬管非金屬包括混凝土管、陶瓷管和陶土管、玻璃管、玻璃鋼管、石墨管、鑄石管、塑料管、橡膠管。（四） 管件管件包括彎頭、三通、四通、異徑管、鋼制活接頭、絲堵、螺紋短接、管接頭、吹掃接頭、封頭、凸臺（管嘴）、肓板等。（五） 閥門(mén)閥門(mén)包括閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、安全閥、調節閥（節流閥）、球閥、減壓閥、疏水閥、直角閥、蝶閥、隔膜閥、電磁閥等。（六） 法蘭法蘭包括設備法蘭、管法蘭、法蘭墊片、法蘭緊固件。

三、掌握常用防腐、絕熱材料的分類(lèi)、基本性能及用途（一）防腐蝕材料可分為高分子材料、無(wú)機非金屬材料、復合材料和涂料等。（1） 塑料制品主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯。（2） 橡膠制品常用的有天然橡膠、氯化橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁苯橡膠、丁脂橡膠。（3） 玻璃鋼及其制品。（4） 陶瓷制品（5） 油漆及涂料包括無(wú)機富鋅漆和防銹底漆。（6） 耐酸石材包括鑄石、耐酸陶瓷制品、不透性石墨板和用瀝青浸漬過(guò)的磚等屬于耐酸石材。（7） 耐酸膠泥包括水玻璃膠泥、樹(shù)脂膠泥等。（二）絕熱材料1．絕熱材料的分類(lèi)（1） 按材質(zhì)可分為有機材料和無(wú)機材料。（2） 按適用溫度分為保冷材料、保溫材料、隔熱材料和耐火隔熱材料。（3） 按材料硬度和形狀可分為硬質(zhì)材料、軟質(zhì)材料、半硬質(zhì)材料、散棉無(wú)形材料和散狀材料。2．絕熱材料的性能要求（1） 導熱系數小，其值不大于0.12W/(m?K)(在350℃條件下)。保冷絕熱材料，其值不得大于0.064 W/(m?K)（平均溫度27℃）。（2） 密度小，一般為400kg/m3以下。保冷材料密度不超過(guò)220 kg/m3。（3） 材料性能穩定，具有明確的導熱系數方程式，有較大的適用溫度范圍。（4） 能耐一定振動(dòng)，具有一定的機械強度，如珍珠巖、微孔硅酸鈣制品；抗壓強度不應水于0.15MPa。（5） 化學(xué)穩定性好，無(wú)腐蝕作用。（6） 防水性能好，吸濕性小。（7） 可燃成分少，應有自熄性或不烯性。

四、熟悉焊接材料的分類(lèi)（規格）、性能及適用范圍焊條由焊條芯和包在外面的藥皮組成。（1） 焊條芯的作用主要是傳導電流、引燃電弧、作過(guò)渡合金、填充金屬。（2） 焊條藥皮是礦石粉末、鐵合金粉、 有機物和化工制品等原料一定比例配制后壓涂在焊芯表面上的一層涂料。焊條藥皮按原料在焊接中所起的作用分為：造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、穩弧劑、粘結劑、增塑劑。（3） 幾種常用焊條如下：①碳鋼焊條型號及性能是按熔敷金屬的抗拉強度、藥皮類(lèi)型、焊接位置和電流的種類(lèi)來(lái)劃分的；②低合金鋼焊條型號及性能是按熔敷金屬的力學(xué)性能、化學(xué)成分、藥皮類(lèi)型、焊接位置和電流的種類(lèi)劃分；③不銹鋼焊條型號及性能是根據熔敷金屬的化學(xué)成分、焊條藥皮和焊接電流種類(lèi)來(lái)劃分的；④堆焊焊條型號及主要性能是按熔敷金屬的化學(xué)成分及焊條藥皮類(lèi)型來(lái)劃分的。（4） 焊條的牌號是根據焊條主要用途和性能特點(diǎn)來(lái)命名。分為10大類(lèi)。（5） 焊條的選用原則見(jiàn)教材第35頁(yè)。

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