通用材料基礎(chǔ)知識(shí)

1、第 PAGE15 頁 共 NUMPAGES15 頁通用材料基礎(chǔ)知識(shí)通用材料基礎(chǔ)知識(shí)一、工程材料的分類、性能及應(yīng)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（高分子材料及無機(jī)非金屬材料）和復(fù)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。 鋼的分類如下：A 按化學(xué)成分分類，可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。B 按冶煉質(zhì)量分類，可

2、將鋼分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。C 按用途分類，可將鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼等。D 按冶煉方法分類，可將鋼分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼。E 按脫氧程度分類，可將鋼分為鎮(zhèn)靜金剛、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。F 按金相組織分類，在退火狀態(tài)下，可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼；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(yīng)時(shí)的保證條件分類，可將鋼分為甲類鋼、乙類鋼和特類鋼。 鋼的牌號(hào)表示方法。根據(jù)牌號(hào)可以看出鋼的類別、含碳量、合金元素及其含量、冶煉質(zhì)量以及應(yīng)該具備的性能和用途。例如甲類鋼牌號(hào)用 “A” 字加上阿拉伯?dāng)?shù)字 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7

3、 表示。又如 20 號(hào)鋼號(hào)，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。 國(guó)外鋼的牌號(hào)的主要特點(diǎn)方（略）。 幾種常用鋼的主要特點(diǎn)及用途。A 普通碳素鋼分甲類鋼和乙類鋼兩種。甲類鋼多用于建筑工業(yè)使用的鋼筋，機(jī)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）；乙類鋼的用途與相同數(shù)字的甲類鋼相同。B 普通低合金鋼是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上。加入了少量的合金元素，不僅具有耐腐蝕性、耐磨損等優(yōu)良性能，還具有更高的強(qiáng)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

4、，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(jié)構(gòu)鋼主要適用于優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，主要用于制造機(jī)械零件。E 合金結(jié)構(gòu)鋼屬于優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，主要用于制造機(jī)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；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(qiáng)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(qiáng)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

5、來制造爐用零件和熱交換器。I 熱強(qiáng)鋼，如 15CrMo 、 1Cr11MoV 、 1Cr14Ni14W2MoNi 、 4Cr14Ni14W2Mo 等，用于制造燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及葉片、鍋爐過熱器、高溫工作的螺栓和彈簧、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)（排）氣閥等。J 低溫用鋼主要牌號(hào)有 09Mn2V 、 09MnTiCu_t 、 06MnNb 、 06A1NbCuN 、 15Mn26A14 等，廣泛用于冷凍設(shè)備、制氧設(shè)備及石油液化氣的制造、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備上。2 有色金屬（ 1 ）銅及銅合金。銅對(duì)大氣和水的抗蝕能力很強(qiáng)，是一種抗磁材料。銅具有優(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(duì)一般大

6、氣、海洋大氣及水等有相當(dāng)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酸的容器、槽車，但稀酸和堿對(duì)鋁的溶解力很強(qiáng)。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(wěn)定。鈦的抗氧化能力大多數(shù)奧氏體不銹鋼。鈦在高溫條件下仍能保持較高的強(qiáng)度。鈦合

7、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(wěn)定性，在潮濕空氣和海水中耐腐蝕，在堿性溶液和有機(jī)械酸中均有抗蝕能力。鎳還有較高的熱穩(wěn)定性。（ 6 ）鉛及鉛合金。鉛在冷鹽和硫酸中很穩(wěn)定，有很強(qiáng)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(yīng)。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機(jī)非金屬材料1 常見的無機(jī)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(qiáng)度。（ 2 ）石墨。不透性石墨作為耐腐蝕的非金屬無機(jī)材料，被廣泛應(yīng)用于化工防腐中。（ 3 ）玻璃。有石英玻璃、高

8、硅氧玻璃、硼硅酸鹽玻璃、低堿無硼玻璃中。（ 4 ）工業(yè)陶瓷。有建筑、衛(wèi)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 ）、聚丙烯（ PP ）。低壓聚乙烯比較剛硬、耐磨、耐蝕、絕緣性較好，常用來制造塑料管、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(qiáng)度、彈性模量、硬度等力學(xué)性能都高于低壓聚乙烯；同時(shí)絕緣性優(yōu)越。（ 2 ）聚氯乙烯（ PVC ）。常見制品有硬、軟兩種。硬聚氯乙烯比重很小，抗拉強(qiáng)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

9、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(wěn)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(jī)械強(qiáng)度。（ 5 ）聚酰胺（ PA ）。韌性很好，強(qiáng)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(shù)極低，不吸水，電性能優(yōu)異。（ 7 ）酚醛塑料（ PF ）。有一定的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，耐磨性好，絕緣性良好，耐熱性較高。耐蝕性優(yōu)良。缺點(diǎn)是性脆，不耐減。（ 8 ）環(huán)氧塑料（ EP ）。強(qiáng)度較高，韌性

10、較好；尺寸穩(wěn)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(wěn)定性高，成形工藝性能好。缺點(diǎn)是有某些毒性。（三）復(fù)合材料1 復(fù)合材料的性能特點(diǎn)復(fù)合材料比強(qiáng)度、比模量高，抗疲勞性能好，結(jié)構(gòu)件減振性能好，高溫性能好，抗斷裂性好。2 常用的幾種復(fù)合材料（ 1 ）熱塑料性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強(qiáng)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(qiáng)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(fù)合材料。碳纖維較玻璃纖維具有更高的強(qiáng)度和理想的彈性模量，在高溫下強(qiáng)度和彈性模量基本保持不變，是所有耐熱纖維中

11、最高的。（ 3 ）硼纖維復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的疲勞強(qiáng)度，耐輻射。對(duì)水、有機(jī)溶液和燃料、潤(rùn)滑劑很穩(wěn)定。（ 4 ）金屬纖維復(fù)合材料。這類材料的特點(diǎn)是除了強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度較高外，主要是塑性和韌性較好，而且比較容易制造。二、型材、板材、管材、管件、閥門、法蘭等常用材料的分類（規(guī)格）、性能；（一）型鋼型鋼包括普通型鋼、優(yōu)質(zhì)型鋼、線材、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 ）無縫鋼管包括鍋爐用無縫鋼管、鍋爐用高壓無縫鋼管、地質(zhì)鉆探用無縫鋼管、石油裂化用無縫鋼管、不銹耐酸鋼無縫鋼管。（ 2 ）焊接鋼管包括有直縫焊管和螺旋

12、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(tái)（管嘴）、肓板等。（五）閥門閥門包括閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥（節(jié)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(shè)備法蘭、管法蘭、法蘭墊片、法蘭緊固件。三、常用防腐、絕熱材料的分類、基本性能及用途（一）防腐蝕材料可分為高分子材料、無機(jī)非金屬材

13、料、復(fù)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 ）油漆及涂料包括無機(jī)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的磚等屬于耐酸石材。（ 7 ）耐酸膠泥包括水玻璃膠泥、樹脂膠泥等。（二）絕熱材料1 絕熱材料的分類（ 1 ）按材質(zhì)可分為有機(jī)材料和無機(jī)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

14、質(zhì)材料、散棉無形材料和散狀材料。2 絕熱材料的性能要求（ 1 ）導(dǎo)熱系數(shù)小，其值不大于 0.12W/(mK)( 在 350 條件下 ) 。保冷絕熱材料，其值不得大于 0.064 W/(mK) （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 220 kg/m3（ 3 ）材料性能穩(wěn)定，具有明確的導(dǎo)熱系數(shù)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(jī)械強(qiáng)度，如珍珠巖、微孔硅酸鈣制品；抗壓強(qiáng)度不應(yīng)水于 0.15MPa 。（ 5 ）化學(xué)穩(wěn)定性好，無腐蝕作用。（ 6 ）防水性能好，吸濕性小。（ 7 ）可燃成分少，應(yīng)有自熄性或不烯性。四、焊接材料的分類（規(guī)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(dǎo)電流、引燃電弧、作過渡合金、填充金屬。（ 2 ）焊條藥皮是礦石粉末、鐵合金粉、 有機(jī)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(wěn)弧劑、粘結(jié)劑、增塑劑。（ 3 ）幾種