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1、工程材料及其分类工程材料有各种不同的分类方法。一般都将工程材料按化学成分分为金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。(一)金属材料金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。工业上把金属和其合金分为两大部分：1.黑色金属材料铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)。2.有色金属材料黑色金属以外的所有金属及其合金。应用最广的是黑色金属。以铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料的90.0%以上。黑色金属材料的工程性能比较优越，价格也较便宜，是最重要的工程金属材料。有色金属按照性能和特点可分为：轻金属、易熔金属、难熔金属、贵金属、稀土金属和碱土金属。它们是重要的有特殊用途的材料
2、。(二)非金属材料非金属材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。1.耐火材料2.耐火隔热材料3.耐蚀(酸)非金属材料4.陶瓷材料(三)高分子材料高分子材料为有机合成材料，也称聚合物。它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性和重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型结构材料。高分子材料种类很多，工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为三大类：塑料、橡胶、合成纤维。(四)复合材料复合材料就是用两种或两种以上不同材料组合的材料，其性能是其它单质材料所不具备的。复合材料可以由各种不同种类的材料复合组成。它在强度、刚度和耐蚀性方面
3、比单纯的金属、陶瓷和聚合物都优越，是特殊的工程材料，具有广阔的发展前景。常用工程材料(一)金属材料(2)铸铁的分类和牌号表示方法铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳含金，并且还含有较多量的硅、锰、硫和磷等元素。它具有生产设备和工艺简单、价格便宜等优点。某些承受冲击不大的重要零件，如小型柴油机的曲轴，多用球墨铸铁制造。其原因是铸铁价廉，切削性能和铸造性能优良，有利于节约材料，减少机械加工工时，且有必要的强度和某些优良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。1)铸铁的分类。铸铁是铁碳合金的一种，与钢相比，其成分特点是碳、硅含量高，杂质含量也较高。但是，杂质在钢和铸铁中的作用完全不同，如磷在耐磨磷
4、铸铁中是提高其耐磨性的主要合金元素，锰、硅都是铸铁中的重要元素，唯一有害的元素是硫，铸铁的组织特点是含有石墨，组织的其余部分相当于碳的质量分数小于0.80%钢的组织。故称铸铁的组织为石墨加钢的基体。铸铁的韧性和塑性，主要决定于石墨的数量、形状、大小和分布，其中石墨形状的影响最大。铸铁的其他性能也于石墨密切相关。基体组织是影响铸铁硬度、抗压强度和耐磨性的主要因素。按照石墨的形状特征，铸铁可分为灰口铸铁(石墨成片状)、球墨铸铁(石墨成球状)和可锻铸铁(石墨成团絮状)三大类。2)铸铁牌号的表示方法3)工程中常用铸铁的性能和特点 灰口铸铁。灰口铸铁的组织由石墨和基体两部分组成。基体可以是铁素体，珠光体
5、或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。因此铸铁的组织可以看成是钢基体上分布着石墨。 球墨铸铁。球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰口铸铁，而与钢相当。因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁比铸钢还节省材料，而且重量更轻。不同基体的球墨铸铁，性能差别很大，球墨铸铁具有较好的疲劳强度，实验表明，球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过45#钢。在实际应用中，大多数承受动载的零件是带孔或带台肩的，因此用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。 蠕墨铸铁。蠕墨铸铁是近十几年来发展起来的一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性;同时又有灰口铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸
6、铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂经处理而炼成的。 可锻铸铁。可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。 耐磨铸铁。在铸铁中加入某些合金元素而得到。 耐热铸铁。耐热铸铁是在高温下工作的铸件，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等。 耐蚀铸铁。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝和高铬等耐蚀铸铁。例?：对铸铁的韧性、塑性影响最大的因素为( )。A.石墨的数量 B.石墨的大小C.石墨的形状 D.石墨的分布答案：C.石墨的形状例题2：按照石墨的形状特征，铸铁可分为( )。A.灰口铸铁 B.合金铸铁 C.可锻铸铁 D.球墨铸铁答案：A
7、.灰口铸铁 C.可锻铸铁 D.球墨铸铁2. 有色金属1)铝及其合金。铝及其合金在采用各种强化手段后，铝合金可以达到与低合金高强钢相近的强度，因此比强度要比一般高强钢高得多。纯铝材料按纯度可分为三类。有高纯铝，工业高纯铝和工业纯铝。按照制造工艺，铝合金还可分为变形(加工)铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金等。铸造铝合金(ZL)分为Al-Si铸造铝合金、Al-Cu铸造铝合金、Al-Mg铸造铝合金和Al-Zn铸造铝合金。2)铜及其合金。纯铜呈紫红色，常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金。根据杂质含量的不同，工业纯铜分为四种T1、T2、T3、T4。编号越
8、大，纯度越低。纯铜的强度低，不宜用作结构材料。在铜中加入合金元素后，可获得较高的强度，同时保持纯铜的某些优良性能。一般铜合金分黄铜、青铜和白铜三大类。3)镍及其合金。镍及镍合金是化学、石油、有色金属冶炼、高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料。镍力学性能良好，尤其塑、韧性优良，能适应多种腐蚀环境。4)钛及其合金。钛具有较好的低温性能，可做低温材料，常温下钛具有极好的抗蚀性能，在大气、海水、硝酸和碱溶液等介质中十分稳定。但在任何浓度的氢氟酸中均能迅速溶解。5)铅及其合金。硬铅的密度比铅高，可作为结构材料，在化工防腐蚀设备中被广泛应用，但硬铅的耐腐蚀性比纯铅略有降低。
9、铅在大气、淡水、海水中很稳定，铅对硫酸、磷酸、亚硫酸、铬酸和氢氟酸等则有良好的耐蚀性。6)镁及其合金。镁及其合金的主要特性是密度小、化学活性强、强度低。纯镁强度低，不能用于结构材料，主要用镁合金。镁合金的比强度和比刚度可以与合金结构钢相媲美，故镁合金是航空工业的重要结构材料，它能承受较大的冲击、振动荷载，并有良好的机械加工性能和抛光性能。其缺点是耐蚀性较差、缺口敏感性大及熔铸工艺复杂。例题 在石油、化工、有色金属冶炼工业中，常用于高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料为( )。A.铝及铝合金 B.铜及铜合金 C.镍及镍合金 D.镁及镁合金答案：C.镍及镍合金常用工
10、程材料-非金属材料非金属材料非金属材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。1.耐火材料(1)耐火材料的主要性能指标和分类：1)耐火材料的主要性能指标。 耐火度。耐火度是耐火材料受热后软化到一定程度的温度。 荷重软化温度。 高温化学稳定性。高温化学稳定性是耐火材料抗炉气和炉料腐蚀的能力; 抵抗温度变化的能力越好，则耐火材料在经受温度急剧变化时越不易损坏; 抗压强度要好; 密度和比热容 热导率要小，隔热性能要好，电绝缘性能要好。2)耐火材料的分类 耐火砌体材料。按材质高低，分为普通耐火材料和特种耐火材料;按材料密度分为重质耐火材料和轻质耐火材料;按耐
11、火材料的主要化学成分分为粘土砖、高铝砖、硅砖、氧化铝砖、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。 耐火水泥及混凝土。低钙铝酸盐耐火水泥是用优质铝钒土和石灰石，按一定比例配合经烧结、磨细制成。耐火混凝土具有施工简便、价廉和炉衬整体密封性强等优点，但强度较低。按照胶结料的不同，耐火混凝土分为水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和气硬性耐火混凝土;按照密度的高低，可分为重质耐火混凝土和轻质耐火混凝土两类。2.耐火隔热材料耐火隔热材料，又称为耐热保温材料。它是各种工业用炉(冶炼炉、加热炉、锅炉炉膛)的重要筑炉材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛭石、玻璃纤维(又称矿渣棉)、石棉，以及它们的制品如板、管、砖等。3.耐蚀(
12、酸)非金属材料(1)铸石。铸石是以辉绿岩、玄武岩、页岩等天然岩石为主要原料，经熔化、浇注、结晶、退火而成的一种硅酸盐结晶材料。铸石具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。其耐磨性能比钢铁高十几倍至几十倍。(2)石墨。石墨按照来源不同可分为天然石墨和人造石墨。它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能。石墨材料具有高熔点(3700)，在高温下有高的机械强度。当温度增加时，石墨的强度随之提高。石墨在3000以下具有还原性，并且在中性介质中有很好的热稳定性。在急剧改变温度的条件下，石墨比其他结构材料都稳定，不会炸裂破坏，石墨的导热系数比碳钢大2倍多，所以，石墨材料常用来制造传热
13、设备。石墨具有良好的化学稳定性。除了强氧化性的酸(如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素)之外，在所有的化学介质中都很稳定，甚至在熔融的碱中也很稳定。(3)玻璃。按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等，其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。(4)天然耐蚀石料。天然耐蚀石料的组成含二氧化硅的质量分数大于55.0%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化镁、氧化钙的质量分数在50.0%以上的石料，有较好的或好的耐碱性能，但不耐酸侵蚀。而某些耐酸石料含二氧化硅虽然很高，由于结构致密也能耐碱侵蚀。(5)水玻璃型耐酸水泥。水玻璃型耐酸水泥具有能抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐
14、碱。4.陶瓷材料陶瓷材料属于硅酸盐材料。目前陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。陶瓷材料有着许多区别于其它材料的物理化学性能。比如高温化学稳定性、超硬的特点和极好的耐腐蚀性能。(1)陶瓷材料的分类工程陶瓷材料的分类见教材图1.1.2。它们可用于制造某些工业构件、零件和工具。陶瓷的种类很多，但缺乏统一的分类方法，陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。(2)常用的陶瓷材料在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。例题1：在工程材料分类中，铸石属于( )。A.耐火材料 B.耐火隔热材料 C.耐蚀非金属材料 D.陶瓷材料答案：C.耐蚀非金属材料例题2：耐火材料的
15、主要性能指标有()。A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力要好C. 抗压强度要好 D. 密度和比热容要大答案：A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力越好 C. 抗压强度要好例题3：石墨的特点包括( )。A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能C. 在硝酸中很稳定 D. 常用来制造传热设备答案：A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能D. 常用来制造传热设备高分子材料1.高分子材料的基本概念高分子材料具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性和重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型结构材料。高分子材料一般分天然和人工合成两大类。天然高分子材料有蚕丝、羊毛、纤维素和橡胶以及存在于生物组织中的淀粉和蛋白质等。工程上的高分子材料主要是人工合成的各种有机材料。通常根据机械性能和使用
