常用材料基础知识

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1、 .wd.常用材料根基知识 一、内容提要 主要介绍工程技术与计量 , 安装工程常用材料根基知识。 二、重点、难点 熟悉金属材料、非金属材料、复合材料、常用材料等的分类及各种材料性能。三、内容讲解 大纲要求： 1 、熟悉通用材料的分类、 根本性能及用途。 2 、熟悉型材、管材等常用材料的分类、性能及适用范围。第一章 基 础 知 识第一节 工程常用材料根基知识一、工程材料的分类 一般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局部： 1 黑色金属材料 铁和以铁为基的合金钢

2、、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。 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、贵重金属、稀土金属和碱土金属。 二非金属材料 非金属材料包括耐火材料、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。耐火材料是指能承受高温下作用而不易损坏的材料。常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。 2 耐火隔热材料。耐火隔热材料又称为耐热保温材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛙石、玻璃纤维又称矿渣棉、石棉以及它们的制品。 3 耐蚀酸非金属材料。耐蚀酸非金属材料的组成主要是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合金的理想

3、代用品。常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。 4 陶瓷材料。 二非金属材料 非金属材料包括耐火材料、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。耐火材料是指能承受高温下作用而不易损坏的材料。常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。 2 耐火隔热材料。耐火隔热材料又称为耐热保温材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛙石、玻璃纤维又称矿渣棉、石棉以及它们的制品。 3 耐蚀酸非金属材料。耐蚀酸非金属材料的组成主要是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合金的理想代用品。常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻

4、璃等。 4 陶瓷材料。 二、常用工程材料的性能和特点 一金属材料 1 、黑色金属 含碳量小于 2 11 重量的合金称为钢，合碳量大于 2 11 重量的合金称为生铁。 1 钢及其合金的分类。 钢的力学性能决定于钢的成分和金相组织。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响。 在工程中更通用的分类为： l 按化学成分分类。可分为碳素钢、低合金钢和合金钢。 2 按主要质量等级分类： 普通碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢； 普通低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢； 普通合金钢、优质合金钢和特殊质量合金钢。 2 钢牌号的表示方法。按照国家标准钢铁产品牌号表示方法规定，我国钢铁产品牌号采用汉语拼音字母、化

5、学符号和阿拉伯数字相结合的表示方法，即： l 牌号中化学元素采用国际化学元素表示。 2 产品名称、用途、特性和工艺方法等，通常采用代表该产品汉字的汉语拼音的缩写字母表示。3 钢铁产品中的主要化学元素含量采用阿拉伯数字表示。 合金构造钢的牌号按以下规则编制。数字表示含碳量的平均值。合金构造钢和弹簧钢用二位数宇表示平均含碳量的万分之几，不锈耐酸钢和耐热钢含碳量用千分数表示。平均含碳量 0.1 用 “0 表示；平均含碳量 0.03 ，用 “00 表示。合金工具钢平均含碳量 1.00 时，不标合碳量，否则用千分数表示。高速工具钢和滚珠轴承钢不标含碳量，滚珠轴承钢标注用途符号 “C 。平均合金含量 1.

6、5 者，在牌号中只标出元素符号，不注其含量。 例：在钢的分类中 , 优质钢是按照 来分类的。 A. 化学成分 B. 用途 C. 冶炼质量 D. 冶炼方法 答案 :C 3 工程中常用钢及其合金的性能和特点。 l 碳素构造钢。 碳素构造钢生产工艺简单，有良好工艺性能如焊接性能、压力加工性能等、必要的韧性、良好的塑性以及价廉和易于大量供给，通常在热轧后使用。在桥梁、建筑、船舶上获得了极广泛的应用。某些不太重要、要求韧性不高的机械零件也广泛选用。 2 低合金高强度构造钢。低合金高强度构造钢比碳素构造钢具有较高的韧性，同时有良好的焊接性能、冷热压力加工性能和耐蚀性，局部钢种还具有较低的脆性转变温度。 3

7、 合金构造钢。合金构造钢广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件。形状复杂或截面尺寸较大或要求韧性高的淬火零件，一般为合金构造钢。 4 不锈耐酸钢。它在化工、石油、食品机械和国防工业中广泛应用。 按不锈钢使用状态的金相组织，可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。现将各类不锈钢的特点简述如下： 铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素。高铬钢有良好的抗高温氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蚀性，故其在硝酸和氮肥工业中广泛使用。高铬铁素体不锈钢的缺点是钢的缺口敏感性和脆性转变温度较高，钢在加热后对晶间腐蚀也较为敏感。例： 是铁素体型不锈

8、钢中的主要合金元素。 A 铬 B 镍 C 锰 D 硅 答案： A 马氏体型不锈钢。铬是钢中的主要合金元素。通常用在弱腐蚀性介质，如海水、淡水和水蒸汽等中，使用温度小于或等于 580 、通常作为受力较大的零件和工具的制作材料，由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。 奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬和镍。这类钢具有高的韧性、低的脆性转变温度、良好的耐蚀性和高温强度、较好的抗氧化性以及良好的压力加工和焊接性能。 铁素体 奥氏体型不锈钢。 沉淀硬化型不锈钢。这类钢主要用于制造要求高强度和耐蚀的容器、构造件零件，也可用作高温零件，如汽轮机零件。 5 铸钢。铸钢具有较好的强度、塑性和韧性，可以铸成

9、各种形状、尺寸和质量的铸钢件。 4 铸铁的分类和牌号表示方法。大局部机械设备的箱体、壳体、机座、支架和受力不大的零件多用铸铁制造。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。 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。 按照铸铁成分中是否含有合金元素，可分为一般铸铁和合金铸铁两大类。一般铸铁可分为普通铸铁和变质孕育铸铁。 2 铸铁牌号的表示方法： 用各种铸

10、铁相应汉语拼音字母的第一个大写字母作为铸铁的代号，当两种铸铁名称的代号字母一样时，可在大写字母后加小写字母表示。 在牌号中一般不标注常规元素 C Si 、 Mn 、 S 和 P 的符号，但当它们有特殊作用时才标注其元素符号和含量。 牌号中代号后面的一组数字表示抗拉强度值如灰口铸铁 HT100 ，有两组数字时，第一组数字表示抗拉强度值，第二组数字表示伸长率值如球墨铸铁 QT400 18 ，两组数字之间用 “ 隔开。 3 工程中常用铸铁的性能和特点： 灰口铸铁。基体可以是铁素体，珠光体或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。 球墨铸铁。球墨铸铁综合机械性能接近于钢。 可用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件

11、，如曲轴、连杆和凸轮轴等。 蠕墨铸铁。蠕墨铸铁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。 蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。 可锻铸铁。可锻铸铁可以局部代替碳钢。 耐磨铸铁。耐磨铸铁是在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度。 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、钳锅、热处理炉内的运输链条等。 耐蚀铸铁。耐蚀铸铁是主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。 2 、有色金属 l 铝及其合金。 工业纯铝可制作电线、电缆、器皿及配制合金。铝合金可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。

12、防锈铝合金 LF 。主要用于焊接件、容器、管道或以及承受中等载荷的零件及制品，也可用作铆钉。 硬铝合金 LY 。低合金硬铝塑性好，强度低。主要用于制作铆钉，常称铆钉硬铝；标准硬铝合金强度和塑性属中等水平。主要用于轧材、锻材、冲压件和螺旋浆叶片及大型铆钉等重要零件；高合金硬铝合金元素含量较多，强度和硬度较高，塑性及变形加工性能较差。用于制作重要的销和轴等零件。 超硬铝合金 LC 。 这类合金的抗蚀性较差，高温下软化快，多用于制造受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。 锻铝合金 LD 。这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件。 2 铜及其合金。铜合金具有较高的强度和塑性，具有高的弹性极限和疲

13、劳极限，同时还具有较好的耐蚀性、抗碱性及优良的减摩性和耐磨性。 一般铜合金分黄铜、青铜和白铜三大类。 黄铜 H 。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 青铜 Q 。青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、锰等的铜基合金为青铜。 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下比拟理想的金属材料。 4 钛及其合金。钛熔点高，热膨胀系数小，导热性差，强度低，塑性好。钛具有优良的耐蚀性和耐热性，其抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢，而在较高温度下钛材仍能保持较高的强度。 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

14、定，但在任何浓度的氢氟酸中均能迅速溶解。 5 铅及其合金。 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。铅不耐硝酸的腐蚀，在盐酸中也不稳定。 6 镁及其合金。镁合金是航空工业的重要构造材料，它能承受较大的冲击、振动载荷，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。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 能承受高温作用而不易损坏的材料，称为耐火材料。常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。 1 耐火材料的主要性能指标： l 耐

15、火度。 2 荷重软化温度。 3 高温化学稳定性。 4 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。 5 抗压强度要好。 6 密度和比热容。 7 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： l 耐火砌体材料。按材质上下，分为普通耐火材料和特种耐火材料；按耐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。 2 耐火水泥及混凝土。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；按照密度的上下，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。 1 硅藻土耐火隔热保温材