常用工程材料介绍及辅导

常用工程材料二、常用工程材料（一）金属材料1黑色金属黑色金属一般是指钢铁材料，钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料，它们是以铁为基的合金。含碳量小于211%（重量）的合金称为钢；而含碳量大于211%（重量）的合金称为生铁。工程实际中用的钢和铸铁除含铁、碳以外，还含有其它元素，其中一类是杂质元素，如硫、磷、氢等，另一类是根据使用性能和工艺性能的需要，有意加入的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛等，铁碳合金中加入上述元素就成了合金钢或合金铸铁。 （1）钢及其合金的分类和牌号表示方法 钢中主要化学元素为铁，另外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等，这些少量元素对钢材性质影响很大。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响，含碳量低，钢的强度较低，但塑性大，延伸率和冲击韧性高，钢质较软，易于冷加工、切削和焊接；含碳量高，钢的强度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。硫、磷为钢中有害元素，含量稍多会严重影响钢的塑性和韧性，磷使钢显著产生冷脆性，硫则产生热脆性。硅、锰为有益元素，它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。 钢的力学性能（如抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧度和硬度等）决定于钢的成分和金相组织。钢的成分一定时，其金相组织主要决定于钢的热处理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影响最大。 例题1：碳的含量对钢的性质有决定性的影响，当含碳量低时，其性能表现为（ ）。 A强度高，塑性、韧性低 B塑性小，性脆，硬度大 C强度低，塑性、韧性高 D强度高，塑性、韧性也较高 答案：C强度低，塑性、韧性高 1）钢的分类。我国钢的分类标准（GB/T133041991）是参照国际标准ISO4948/1和ISO4948/2钢分类而制订的。 例题：将钢材分为沸腾钢、镇静钢的分类标准为( )。 A按冶炼炉的种类分类 B按脱氧程度分类 C按质量分类 D按特殊性能分类 答案：B按脱氧程度分类 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（GB/T2212000）中规定，我国钢铁产品牌号采用汉语拼音字母、化学符号和阿拉伯数字相结合的表示方法，即： 牌号中化学元素采用国际化学元素表示。 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。 钢铁产品中的主要化学元素含量（）采用阿拉伯数字表示。碳素结构钢牌号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点等级、质量等级和脱氧程度等四部分按顺序组成。屈服点数值共分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五种；质量等级以硫、磷杂质含量多少，分别用A、B、C、D符号表示，脱氧程度如上所述，Z和TZ在表示钢的牌号时可以省略。如Q235AF表示屈服点为235N/mm2、质量等级为A的沸腾钢。 优质碳素钢的牌号以两位数字表示，数字代表含碳量的百分之几（以001%为单位），如钢号为20，表示平均含碳量为020%的优质碳素钢；钢号为45，表示平均含碳量为045%的优质碳素钢。低合金高强度结构钢原名为普通低合金钢。低合金高强度结构钢以屈服点等级为主，划分成五个牌号，其表示方法如下：屈服点等级加质量等级。屈服点等级：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。质量等级：E、D、C、B、A。由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢主要用于焊接结构，其制造工艺主要是冷、热压力加工和焊接。 合金结构钢的牌号按下列规则编制。数字表示含碳量的平均值，专门用途合金结构钢在牌号首部（或尾部）加注专门用途的符号。合金结构钢和弹簧钢用二位数字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01%，用“0”表示；平均含碳量003%，用“00”表示。合金工具钢平均含碳量100%时，不标含碳量，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“G”。平均合金含量15%者，在牌号中只标出元素符号，不注其含量。平均合金含量为15%249%，250%349%，2250%2349%时，相应地注为2，3，23，铬轴承钢的铬含量用千分数表示。低铬合金工具钢的铬平均含量低于100%时，铬含量用千分数表示，但须在含量数字前加注“0”，如“Cr06”。现以45Si2MnV为例，“45”表示含碳量为045%，硅含量在15%249%，锰、钒含量小于15%的低合金镇静钢。例题：在碳素结构钢中，屈服点为，质量等级为的沸腾钢，其牌号应为（）。 A B C D 答案：D 3）工程中常用钢及其合金的性能和特点。 碳素结构钢。碳素结构钢包括普通碳素结构钢（GB/T7001988）和优质碳素结构钢（GB/T6991999）。 碳素结构钢生产工艺简单，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应，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。 优质碳素结构钢。与普通碳素结构钢相比，优质碳素结构钢塑性和韧性较高。并可通过热处理强化，多用于较重要的零件，是广泛应用的机械制造用钢。根据含碳量的不同，优质碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢比碳素结构钢具有较高的韧性，同时有良好的焊接性能、冷热压力加工性能和耐蚀性，部分钢种还具有较低的脆性转变温度。合金结构钢。合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入适量的一种或数种合金元素而形成的，它的综合力学性能优于优质碳素结构钢。合金结构钢是合金钢中用量最多的一类钢，广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件。 不锈耐酸钢。不锈耐酸钢简称不锈钢。它是指在空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质中具有高稳定性的钢种。a铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素，通常含铬量的质量分数大于或等于1300%，不含镍。某些钢种还添加有铝、钛和硫等。高铬钢（170%300%Cr）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。如0Crl3不锈钢在弱腐蚀介质中，如淡水中，有良好的耐蚀性。b 马氏体型不锈钢。铬是钢中的主要合金元素，钢在淬火回火状态使用，有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用在弱腐蚀性介质，如海水、淡水和水蒸气等中，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。c奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬和镍，其次是钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有奥氏体组织，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。但是这类钢的屈服强度低，且不能采用热处理方法强化，而只能进行冷变形强化。d 铁素体奥氏体型不锈钢。这类钢是在奥氏体不锈钢基础上，添加更多的铬、钼和硅等有利于形成铁素体的元素，或降低钢的含碳量而获得的。其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。e沉淀硬化型不锈钢。这类钢的突出优点是经沉淀硬化热处理以后具有高的强度，耐蚀性优于铁素体型不锈钢。它主要用于制造高强度和耐蚀的容器、结构和零件，也可用作高温零件，如汽轮机零件。 铸钢。铸钢具有较高的强度、塑性和韧性，可以铸成各种形状、尺寸和质量的铸钢件。某些冷、热变形性能差或难切削加工的钢，则能由铸造成型。 铸钢件与锻钢件比较，在零件截面尺寸不很大、形状和热处理条件相同的条件下，铸钢件和锻钢件的力学性能大致相同。铸钢件的强度和塑性介于锻钢件纵向和横向性能之间，且具有各向同性的优点。但是，铸钢件壁厚增大时，铸件的冶金缺陷，如成分偏析、缩孔、晶粒粗大等会增加，使铸钢件的塑性和韧性明显下降。a 碳素钢铸钢。牌号有两种表示方法，也即是以强度表示的铸钢牌号和以化学成分表示的铸钢牌号。以强度表示的是碳素钢铸钢牌号，即在ZG后面加两组力学性能数字，第一组数字表示该钢的屈服强度最低值（MPa），第二组数字表示该钢的抗拉强度最低值（MPa），例如ZG200-400。以化学成分表示的是合金钢铸钢牌号，即在ZG后面依次加上表示铸钢的名义万分含碳量及合金元素的名义百分含量，例如ZG15Cr1Mo1V。 b低合金钢铸钢。根据JB/T64021992低合金钢铸钢牌号表示方法，以化学成分表示低合金钢铸钢牌号，即在ZG后面依次加上表示铸钢的名义万分含碳量及合金元素的名义百分含量，例如ZG35CrMnSi。例题：具有高的韧性、低的脆性转变温度、良好的耐蚀性及良好的加工和焊接性能，但其屈服强度低、不能采用热处理方法进行强化的不锈钢为( )。 A铁素体型不锈钢 B奥氏体型不锈钢 C马氏体型不锈钢 D铁素体奥氏体型不锈钢 答案：B奥氏体型不锈钢 （2）铸铁的分类和牌号表示方法铸铁是碳含量大于211%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080%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。 例题1：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。 主要的铝合金：防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金的所含主要元素和性能。 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。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。 非金属材料 主要内容： 1 非金属、高分子、复合材料 2 型材、板材，管材，线材 3 防腐、绝热材料 4 常用管件、法兰 考纲要求：1。熟悉安装工程主要非金属、高分子、复合材料的分类、基本性能及用途。 2熟悉安装工程常用型材、板材，管材，线材防腐、绝热材料的分类（规格），性能及适用范围。 3. 掌握常用管件、法兰等附件的结构，特点及用途。 知识要点： 二、常用工程材料 （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 （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（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 高分子材料 （三）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状态将其分为塑料、橡胶和合成纤维三大类。 人工合成的高分子材料，就是把低分子材料（单体）聚合起来所形成的。其聚合过程称为聚合反应。最常用的聚合反应有加成聚合反应（简称加聚反应）和缩合聚合反应（简称缩聚反应）两种。 2高分子材料的基本性能及特点 高分子材料的基本性能及特点是质轻，比强度高，有良好的韧性，减摩、耐磨性好，电绝缘性好，耐蚀性。化学稳定性好， 导热系数小，易老化，易燃，耐热性好，刚度小。 3工程中常用高分子材料 （1）塑料制品。 1）塑料的组成。常用的塑料制品都是以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填充料、增塑剂、着色剂和稳定剂等材料，经混炼、塑化，并在一定压力和温度下制成的。 另外熟悉各组成在塑料中所起的作用。 2）工程中常用塑料制品。 热塑性塑料。 a低密度聚乙烯（LDPE）。 b高密度聚乙烯（HDPE）。 c聚丙烯（PP）。 d聚氯乙烯（PVC）。 e聚四氟乙烯（PTFE，F-4）。 f聚苯乙烯（PS）。 g聚碳酸酯（PC）。 h ABS。 i 聚酰胺（PA）。 j单体浇注尼龙6（MC）。 k聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。 热固性塑料。 a酚醛模塑料（PF）。 b酚醛玻璃纤维增强塑料。 c环氧树脂（EP）。 d 呋喃树脂。 e 不饱和聚酯树脂。 了解以上各种塑料的主要特性。 （2）橡胶 1）天然橡胶（NR）。 2）丁基橡胶（IIR）。 3）氯丁橡胶（CR）。 4）氟硅橡胶（MFQ）。 了解以上各种橡胶的主要特性。 （3）合成纤维 合成纤维具有强度高、密度小、耐磨和不霉不腐等特点，广泛用于制作衣料。在工农业生产、交通运输及国防建设上也发挥了很大作用。 例题：在高分子材料的特性中，比较突出的性能为（）。 A比强度低 B导热系数大 C减摩、耐磨性好 D不易老化 答案：C减摩、耐磨性好 复合材料 （四）复合材料 1 复合材料组成、分类和特点 复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起粘结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用，基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大；增强相是主要承载相，并起着提高强度（或韧性）的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状和片状等。 与普通材料相比，复合材料具有许多特性，可改善或克服单一材料的弱点，充分发挥它们的优点，并赋予材料新的性能；可按照构件的结构和受力要求，给出预定的分布、合理的配套性能，进行材料的最佳设计等。具体表现在： （1）高比强度和高比模量。 （2）耐疲劳性高。 （3）抗断裂能力强。 （4）减振性能好。 （5）高温性能好，抗蠕变能力强。 （6）耐腐蚀性好。 （7）复合材料还具有较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性等特点，而且复合材料构件制造工艺简单，表现出良好的工艺性能，适合整体成型。 2复合材料增强体 （1）纤维增强体。 （2）颗粒增强体。 （3）片状增强体。 3复合材料基体 （1）树脂基体。树脂基复合材料是复合材料中最主要的一类，通常称为增强塑料。 （2）金属基体。金属基复合材料主要有三类：颗粒增强、短纤维或晶须增强、连续纤维或薄片增强。多种金属及其合金可用作基体材料。 （3）陶瓷基体。制作陶瓷基复合材料的主要目的是增加韧性。适用陶瓷基复合材料的基体材料主要有氧化物陶瓷基体（氧化铝陶瓷基体和氧化锆陶瓷基体等）。非氧化物陶瓷基体（氮化硅陶瓷基体、氮化铝陶瓷基体、碳化硅陶瓷基体及石英玻璃） 4复合材料应用 （1）用玻璃纤维增强塑料得到的复合材料，俗称玻璃钢。 （2）碳纤维增强酚醛树脂、聚四氟乙烯复合材料， （3）石墨纤维增强铝基复合材料， （4）硼纤维增强铝合金 （5）钼纤维增强钛合金复合材料 （6）颗粒增强的铝基复合材料 （7）塑料钢复合材料。 （8）塑料青铜钢背三层复合材料。 型材、板材、管材和线材 第二节 安装工程常用材料 一、型材、板材、管材和线材 （一）型材 普通型钢可分为冷轧和热轧两种，其中热轧最为常用。型材按其断面形状分为圆钢、方钢、六角钢、角钢、槽钢、工字钢和扁钢等。型材的规格以反映其断面形状的主要轮廓尺寸来表示；圆钢的规格以其直径（mm）来表示；六角钢的规格以其对边距离（mm）来表示；工字钢和槽钢的规格以其高腿宽腰厚（mm）来表示；扁钢的规格以厚度宽度（mm）来表示。热轧型钢的标记方式通常为： 型钢规格型钢标准号 型钢名称 - 原材牌号原材标准号 （二）板材 1钢板 2铝板 3塑料复合钢板 （三）管材 1金属钢管 （1）无缝钢管。无缝钢管可以用普通碳素钢、普通低合金钢、优质碳素结构钢、优质合金结构钢和不锈钢制成。无缝钢管是用一定尺寸的钢坯经过穿孔机、热轧或冷拔等工序制成的中空而横截面封闭的无焊接缝的钢管。 一般无缝钢管主要适用于高压供热系统和高层建筑的冷、热水管和蒸汽管道以及各种机械零件的坯料，一般在0.6MPa气压以上的管路都应采用无缝钢管。由于用途的不同，所以管子所承受的压力也不同，要求管壁的厚度差别很大。因此，无缝钢管的规格是用外径壁厚来表示。 除一般无缝钢管外，还有专用无缝钢管，主要有锅炉用无缝钢管、锅炉用高压无缝钢管、地质钻探用无缝钢管、石油裂化用钢管和不锈耐酸无缝钢管等。 锅炉及过热器用无缝钢管的外径和壁厚尺寸应符合GB30871982低压锅炉用无缝钢管的规定。如用10或20优质碳素结构钢制造的无缝钢管，工作温度450，工作压力小于或等于2.5MPa，多用于过热蒸汽和高温高压热水管。热轧无缝钢管通常长度为3.012.0m，冷拔无缝钢管通常长度为3.010.0m。 锅炉用高压无缝钢管是用优质碳素钢和合金钢制造，质量比一般锅炉用无缝钢管好，可以耐高压和超高压。用于制造锅炉设备与高压超高压管道，用来输送高温、高压汽、水等介质或高温高压含氢介质。 （2）焊接钢管。焊接钢管（黑铁管），将焊接钢管镀锌后则称为镀锌钢管（白铁管）。按焊缝的形状可分为直缝钢管、螺旋缝钢管和双层卷焊钢管；按其用途不同又可分为水、煤气输送钢管；按壁厚分薄壁管和加厚管等。镀锌管能防锈蚀保护水质，常用于热水供应系统。 镀锌钢管的每米重量（钢的密度为7.85g/cm3）按下式计算： W=C0.02466（D-S）S （1.2.1） 式中： W镀锌钢管的每米重量(kg/m）； C镀锌钢管比黑管增加的重量因数，取1.031.06； D黑管的外径（mm）； S黑管的壁厚（mm）。 1）直缝电焊钢管主要用于输送水、煤气等低压流体和制作结构零件等。电线套管是用易焊接的软钢制造的，它是保护电线用的薄壁焊接钢管。 2）螺旋缝钢管。螺旋缝钢管按照生产方法可以分为单面螺旋缝焊管和双面螺旋缝焊管两种。单面螺旋缝焊管用于输送水等一般用途，双面螺旋焊管用于输送石油和天然气等特殊用途。 （3）合金钢管。合金钢具有高强度性，在同等条件下采用合金钢管可达到节省钢材的目的。 （4）铸铁管。铸铁管分给水铸铁管和排水铸铁管两种。其特点是经久耐用，抗腐蚀性强、性质较脆，多用于耐腐蚀介质及给排水工程。铸铁管的连接形式分为承插式和法兰式两种。给水承插铸铁管分为高压管（P1.0MPa）、普压管（P0.75MPa）和低压管（P0.45MPa），排水承插铸铁管，适用于污水的排放，一般都是自流式，不承受压力。双盘法兰铸铁管的特点是装拆方便，工业上常用于输送硫酸和碱类等介质。 （5）有色金属管 1）铅及铅合金管。铅管分为纯铅管和合金铅管两种，纯铅管也称为软铅管， 铅管的规格通常是用内径壁厚来表示。 2）铜及铜合金。铜管分为紫铜管和黄铜管两种。铜管的制造方法分为拉制和挤制两种。铜管的导热性能良好，适用工作温度在250以下，多用于制造换热器、压缩机输油管、低温管道、自控仪表以及保温拌热管和氧气管道等。 3）铝及铝合金管。铝管多用于耐腐蚀性介质管道，食品卫生管道及有特殊要求的管道。铝管输送的介质操作温度在200以下，当温度高于160时，不宜在压力下使用。铝管分为纯铝管L2、L6和防锈铝合金管LF2、LF6。铝管的特点是重量轻，不生锈，但机械强度较差，不能承受较高的压力，铝管是用工业纯铝或铝合金经过拉制或挤压制造而成的，用于输送浓硝酸、醋酸、脂肪酸、过氧化氢等液体及硫化氢、二氧化碳气体。它不耐碱及含氯离子的化合物，如盐水和盐酸等介质。 4）钛及钛合金管。钛管具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强和耐低温等特点，常被用于其它管材无法胜任的工艺部位。常用于输送强酸、强碱及其它材质管道不能输送的介质。钛管虽然具有很多优点，但因价格昂贵，焊接难度很大，所以还没有广泛被采用。 例题：主要适用于高压供热系统和高层建筑的冷、热水管和蒸汽管道的管材为( )。 A.螺旋缝焊接钢管 B.双层卷焊钢管 C.一般无缝钢管 D.专用无缝钢管 答案：C.一般无缝钢管 2非金属管材 （1）混凝土管。混凝土管有预应力钢筋混凝土管和自应力钢筋混凝土管两种。主要用于输水管道，管道连接采取承插接口，用圆形截面橡胶圈密封。 （2）陶瓷管。陶瓷管分普通陶瓷管和耐酸陶瓷管两种。一般都是承插接口。普通陶瓷管多用于建筑工程室外排水管道。 （3）玻璃管。玻璃管具有表面光滑，不易挂料，输送流体时阻力小，耐磨且价低，并具有保持产品高纯度和便于观察生产过程等特点。用于输送除氢氟酸、氟硅酸、热磷酸和热浓碱以外的一切腐蚀性介质和有机溶剂。 （4）玻璃钢管。玻璃钢管质量轻、隔音、隔热，耐腐蚀性能好，可输送氢氟酸和热浓碱以外的腐蚀性介质和有机溶剂。 （5）石墨管。石墨管热稳定性好，能导热、线膨胀系数小，不污染介质，能保证产品纯度，抗腐蚀，具有良好的耐酸性和耐碱性。主要用于高温耐腐蚀生产环境中石墨加热器所需管材。 （6）铸石管。铸石管的特点是耐磨、耐腐蚀，具有很高的抗压强度。多用于承受各种强烈磨损、强酸和碱腐蚀的地方。 （7）橡胶管。橡胶具有较好的物理机械性能和耐腐蚀性能。根据用途不同可分为输水胶管、耐热胶管、耐酸碱胶管、耐油胶管和专用胶管（氧乙炔焊接专用管）。 （8）塑料管 塑料管常用的塑料管有硬聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管和耐酸酚醛塑料管等。塑料管具有质量轻、耐腐蚀、加工容易（易成型）和施工方便等特点。 例题：在非金属管材中，石墨管的主要特点有( )。 A.热稳定性好 B.导热性良好 C.线膨胀系数大 D.耐酸、碱腐蚀 答案：A.热稳定性好 B.导热性良好D.耐酸、碱腐蚀 （四）线材 金属线材主要指普通低碳钢热轧圆盘条，从品种上来说还有电焊盘条、优质盘条等。 （五）其它金属材料 1钢筋混凝土结构用钢筋 热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，按外形可分为光圆和带肋两种。 2轨钢 （1）重轨。每米重量大于24kg的钢轨叫重轨。按用途重轨又分为一般重轨和起重机钢轨两种。一般重轨主要用于铁道道轨，起重钢轨主要用于起重机轨道。 （2）轻轨。每米重量小于24kg的钢轨叫轻轨。主要用于城市和矿山运输，它的规格有5kg/m、8kg/m、11kg/m、15kg/m、18kg/m和24kg/m等。 防腐、绝热材料 二、防腐、绝热材料 （一）防腐材料 1涂料 涂料可分两大类：油基漆（成膜物质为干性油类）和树脂基漆（成膜物质为合成树脂）。 涂料的基本组成。涂料的品种虽然很多，但就其组成而言，大体上可分为三部分，即主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质。 1）主要成膜物质 2）次要成膜物质（颜料） 颜料是涂料的主要成分之一，在涂料中加入颜料不仅使涂料具有装饰性，更重要的是能改善涂料的物理和化学性能，提高涂层的机械强度、附着力、抗渗性和防腐蚀性能等，还有滤去有害光波的作用，从而增进涂层的耐候性和保护性。 防锈颜料。防锈颜料主要用在底漆中起防锈作用。 体质颜料和着色颜料。这些颜料都可以在不同程度上提高涂层的耐候性、抗渗性、耐磨性和物理机械强度等。 3）辅助成膜物质 溶剂。溶剂在涂料中主要起着溶解成膜物质、调整涂料粘度、控制涂料干燥速度等方面的作用。 其他辅助材料。为了提高涂层的性能和满足施工要求，在涂料中还常常添加增塑剂（用来提高漆膜的柔韧性、抗冲击性和克服漆膜硬脆性，易裂的缺点）、触变剂（使涂料在刷涂过程中有较低的粘度，以易于施工。另外，还有催干剂（加速漆膜的干燥）、表面活性剂、防霉剂、紫外线吸收剂和防污剂等辅助材料。 （2）常用涂料。防锈漆和底漆涂料按其所起的作用，可分成底漆和面漆两种。防锈漆和底漆都能防锈。它们的区别是底漆的颜料较多，可以打磨，漆料着重对物面的附着力，而防锈漆其漆料偏重在满足耐水、耐碱等性能的要求。几种常用的底漆有：生漆。生漆（也称大漆），漆酚树脂漆，酚醛树脂漆，环氧酚醛漆，环氧树脂涂料，过氯乙烯漆，沥青漆，呋喃树脂漆，聚氨基甲酸酯漆，无机富锌漆，新型涂料（聚乙烯涂料，氟46涂料）。了解它们的性能和用途。 （3）涂料命名原则。全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称 2玻璃钢 玻璃钢由于有玻璃纤维的增强作用，一般都具有较高的机械强度和整体性，受到机械碰击等不容易出现损伤。 玻璃钢的种类很多，均以掺合的合成树脂命名，常用的有环氧玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧酚醛玻璃钢、环氧煤焦油玻璃钢、环氧呋喃玻璃钢和酚醛呋喃玻璃钢等。 玻璃钢衬里结构应具有耐蚀、耐渗以及与基体表面有较好的粘结强度等方面的性能。 3橡胶 目前主要用于防腐的橡胶，仍是天然橡胶。一般硬橡胶的长期使用温度为065，软橡胶、半硬橡胶的使用温度为-2575。橡胶的使用温度与使用寿命有关。 用作化工衬里的橡胶是生胶经过硫化处理而成。经过硫化后的橡胶具有一定的耐热性能、机械强度及耐腐蚀性能。它可分为软橡胶、半硬橡胶和硬橡胶三种。 4耐蚀（酸）非金属材料 熟悉教材中提到的各种砖、板、管材衬里和胶合剂的主要特点。 例题1：根据涂料的基本组成分类，溶剂应属于( )。 A.主要成膜物质 B.次要成膜物质 C.辅助成膜物质 D.其他辅助材料 答案：C.辅助成膜物质 例题2：在防腐蚀工程中，采用酚醛胶泥为胶合剂的优点有( )。 A.良好的耐酸性 B.可耐强碱 C.抗渗透性、防水性良好 D.最高使用温度可达190左右 答案：A.良好的耐酸性 C.抗渗透性、防水性良好 例题3：颜料是涂料的次要成膜物质，其主要功能有（ ）。 A溶解成膜物质 B提高涂层的机械强度、抗渗性 C增进涂层的耐候性 D滤去有害光波 答案：B提高涂层的机械强度、抗渗性 C增进涂层的耐候性D滤去有害光波 （二）绝热材料 1绝热材料分类 绝热材料一般是轻质、疏松、多孔的纤维状材料。按其成分不同，可分为有机材料和无机材料两大类。 热力设备及管道保温用的材料多为无机绝热材料，此类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点。例如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫混凝土和硅酸钙等。 低温保冷工程多用有机绝热材料，此类材料具有表观密度小、导热系数低、原料来源广、不耐高温、吸湿时易腐烂等特点，如软木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨基甲酸酯、牛毛毡和羊毛毡等。 按照绝热材料使用温度限度又可分为高温用、中温用和低温用绝热材料三种。 高温用绝热材料，使用温度可在700以上。这类纤维质材料有硅酸铝纤维和硅纤维等；多孔质材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐热粘合剂等制品。 中温用绝热材料，使用温度在100700之间。中温用纤维质材料有石棉、矿渣棉和玻璃纤维等；多孔质材料有硅酸钙、膨胀珍珠岩、蛭石和泡沫混凝土等。 低温用绝热材料，使用温度在100以下的保冷工程中。 绝热材料按照其形状不同可分为松散粉末状、纤维状、粒状、瓦状和砖等几种。 按照施工方法不同可分为湿抹式绝热材料、填充式绝热材料、绑扎式绝热材料、包裹及缠绕式绝热材料。 湿抹式即将石棉、石棉硅藻土等保温材料加水调和成胶泥涂抹在热力设备及管道的外表面上。 填充式是在设备或管道外面做成罩子，其内部填充绝热材料，如填充矿渣棉、玻璃棉等。 绑扎式是将一些预制保温板或管壳放在设备或管道外面，然后用铁丝绑扎，外面再涂保护层材料。属于这类的材料有石棉制品、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品和硅酸钙制品等。 包裹及缠绕式是把绝热材料做成毡状或绳状，直接包裹或缠绕在被绝缘的物体上。属于这类材料有矿渣棉毡、玻璃棉毡以及石棉绳和稻草绳等材料。 浇灌式是将发泡材料在现场灌入被保温的管道、设备的模壳中，经现场发泡成保温（冷）层结构。也有直接喷涂在管道、设备的外壁上，瞬时发泡，形成保温（冷）层 2保护层材料 绝热结构是由绝热层和保护层两部分组成的。上述绝热材料填充于绝热层，其外部的保护层，因施工方法不同所用的材料不同。 涂抹式保护层，所用材料由沥青胶泥和石棉水泥砂浆；金属保护层，所用材料有黑铁皮，镀锌铁皮，聚氯乙烯钢板和不锈钢板等；毡、布类保护层，所用材料有油毡、玻璃布、塑料布、帆