機械（xiè）基礎知識

通用材料基礎知識

工程材料的分類、性能及應用範圍；工程材料可分為金（jīn）屬材料（黑色金（jīn）屬及有色金屬）、非金屬（shǔ）材料（高（gāo）分子（zǐ）材料及無機非（fēi）金屬材料）和複合材（cái）料等。（一（yī）） 金屬材料1． 黑（hēi）色金屬（1） 生鐵、鐵合金。生（shēng）鐵分煉鋼生鐵和鑄造生鐵（tiě）。鐵與任何一種金屬或非金屬的合金都叫做（zuò）鐵合金。（2） 鑄鐵。具有優良的鑄造性能和良好的耐（nài）磨性、消震性及（jí）低的缺口敏感性（xìng）。還具有良好的耐熱性和耐（nài）腐蝕性。鑄（zhù）鐵包括：灰口鑄鐵、孕育鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵（tiě）、合金鑄鐵。（3） 鋼。① 鋼的分類如下：A． 按化學成分分類，可（kě）將（jiāng）鋼分為碳素（sù）鋼（gāng）和合金鋼。B． 按冶（yě）煉質（zhì）量分類，可將鋼分為普通鋼（gāng）、優質鋼和高級優質鋼。C． 按用途分類，可將鋼分（fèn）為結構鋼、工具鋼、特殊性（xìng）能（néng）鋼等。D． 按冶煉方（fāng）法分類，可將鋼分為平爐鋼、轉爐鋼、電爐鋼。E． 按脫（tuō）氧程度分類，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，在退火（huǒ）狀態下，可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼；在正火狀態下，可將鋼分為（wéi）珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼。G． 按（àn）供應時（shí）的保證條件分類，可（kě）將鋼分為甲類鋼、乙（yǐ）類鋼和特類鋼。② 鋼的牌號表示（shì）方法。根據（jù）牌號可以看出鋼的類別（bié）、含碳量、合金（jīn）元（yuán）素及其含量、冶煉質量以及應該具備的性能和用途。例如甲類鋼牌號用"A"字加上阿拉伯數字0、1、2、3、4、5、6、7表（biǎo）示（shì）。又如20號鋼號，表示平（píng）均含碳量為0.20%的鋼。再如（rú）9Cr18表示平均含碳量為0.9%、含Cr量為18%的不鏽鋼。③ 國外鋼的牌號的主要特（tè）點方法（fǎ）（見教材第（dì）4頁（yè））。④ 幾種常用（yòng）鋼的主要特點（diǎn）及用途。A． 普通（tōng）碳素鋼分甲類鋼和乙類鋼兩種。甲類鋼（gāng）多用於建築工業使用的鋼筋，機械製造（zào）中使用的（de）普通螺釘（dìng）、螺母、墊圈、軸（zhóu）套等，也能軋成板材、型材（如工字鋼、槽鋼、角鋼（gāng）等（děng））；乙類（lèi）鋼的用途與相同數（shù）字的甲（jiǎ）類鋼相同。B． 普通（tōng）低合金鋼是在普通碳（tàn）素鋼的基礎上。加入（rù）了少量的合金元素，不僅具有（yǒu）耐腐性、耐磨損等優良性能，還具有更高的強度和良（liáng）好的力學性能。C． 鑄（zhù）鋼具（jù）有更高的力學性能（néng），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（jiàn）上，如軸箱、水泵體、齒輪等。D． 優質碳素鋼結構鋼主要適用於優（yōu）質鋼（gāng）或高級優質鋼，主要用於製（zhì）造機械零件。E． 合金結構鋼（gāng）屬於優質鋼或高級優質鋼，主要用於製造機械零件。F． 工具鋼分為（wéi）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（bú）鏽鋼、耐熱鋼、抗（kàng）磨鋼、超高強度鋼和磁鋼等。不鏽鋼除具有優良的耐腐蝕性能外，還具有較高的強度、硬度及耐磨性。常（cháng）用的不鏽鋼有Cr13、1Cr18Ni9Ti、Mo2Ti、00Cr17Ni13Mo2。H． 抗氧化鋼，如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等，多用來製造爐用（yòng）零件和熱交換器。I． 熱強（qiáng）鋼，如15CrMo、1Cr11MoV、1Cr14Ni14W2MoNi、4Cr14Ni14W2Mo等（děng），用於製造燃氣輪機和汽輪機轉子（zǐ）及葉片、鍋爐過熱器、高溫工（gōng）作的螺栓和（hé）彈簧（huáng）、內燃機進（排）氣閥等。J． 低溫用鋼主要牌號有09Mn2V、09MnTiCuXt、06MnNb、06A1NbCuN、15Mn26A14等（děng），廣泛用於冷凍設備、製氧設備及石油（yóu）液化氣的製造、儲（chǔ）藏、運輸等設備上。2． 有色金屬（shǔ）（1） 銅及銅合金。銅對大氣和水的抗蝕（shí）能（néng）力（lì）很強，是（shì）一種抗磁（cí）材料。銅具優良（liáng）的減摩性和耐磨性以及高的彈性（xìng）極限和疲勞極限（xiàn）。黃銅易於加工成殂，對（duì）一（yī）般大氣（qì）、海洋大氣及水等有相當好的耐（nài）蝕性，鑄造性也很好。（2） 鋁及（jí）鋁合金。鋁可用於製作盛裝濃（nóng）銷酸的（de）容器、槽車，但稀酸和堿（jiǎn）對鋁的溶解力很強。鋁合金分為鑄造鋁合金與變形鋁合金。鑄鐵鋁合金包括鋁矽合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等（děng）；變形鋁合（hé）金包括防鏽鋁合金、硬鋁合金、超硬（yìng）鋁合（hé）金及鍛鋁合金。（3） 鎂及鎂合金。鎂在熔鑄銅或鎳合金時可（kě）以作去（qù）硫劑和脫氧劑使用，在熔（róng）鑄球墨鑄鐵時，鎂是重要的球化劑。鎂合金加入的元素有鋁、鋅、錳、矽等。（4） 鈦（tài）及（jí）鈦合金。鈦有優良的耐（nài）蝕性和耐熱性，不受腐蝕，在硫（liú）酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等介質中都很穩定。鈦的抗氧（yǎng）化能力大（dà）多數奧氏體不鏽鋼。鈦在高溫條件下仍能保持較高的強度。鈦合（hé）金（jīn）中常用的合（hé）金元素有鉻（gè）、錳、釩、鋁和鉬等。（5） 鎳及鎳合金。鎳有很好的化（huà）學穩定性，在潮濕空氣和海水中耐腐蝕，在堿性溶液和有（yǒu）機械酸中均有抗蝕能力。鎳還有較（jiào）高的熱穩定性。（6） 鉛及鉛合金。鉛在冷鹽和硫酸中很穩定，有（yǒu）很強的耐酸性，而且與氫氧化鈉和（hé）碳酸鉀等碳性溶液（yè）也不起化學反應。常用的（de）鉛管主要（yào）用鉛（qiān）銻合金、硬鉛、特硬鉛和鉛銀（yín）合金製（zhì）造。（二） 非金屬材料非金（jīn）屬材料包括高分子（zǐ）材料和無機（jī）非（fēi）金（jīn）屬材料1． 常見的（de）無機非金屬材料等。（1） 鑄石。其特（tè）性是耐磨、耐腐蝕，並且具有優（yōu）良（liáng）絕緣性（xìng）和（hé）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機材料，被（bèi）廣泛應用於化工防腐中。（3） 玻璃。有石英玻璃、高矽氧玻璃、硼矽酸鹽玻璃、低（dī）堿無硼玻璃中。（4） 工業陶瓷。有建築、衛生陶瓷和（hé）電（diàn）工陶瓷及化學、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（jù）乙烯（xī）比較剛硬、耐磨、耐蝕、絕緣性較好，常用來製造塑（sù）料管、塑料板、塑料繩以及（jí）承載不高的（de）零件，如齒輪（lún）軸承等。高壓（yā）聚乙烯較柔軟。聚丙烯（xī）（PP）重量較輕，耐熱性良好，強度、彈性（xìng）模量、硬度等力學性能都高於低壓聚乙烯；同時絕緣性優越。（2） 聚氯乙（yǐ）烯（PVC）。常見製品有硬、軟兩種。硬聚氯乙烯比（bǐ）重（chóng）很小，抗拉強度（dù）較好，有良好的耐（nài）水性、耐油性和耐化學藥器侵蝕性，許多性（xìng）能優於聚乙（yǐ）烯。（3） 聚苯乙烯（PS）。具有優良的耐蝕性，電阻高，是（shì）很好（hǎo）的隔熱、防震、防潮和高頻絕（jué）緣材料，具（jù）有較（jiào）大的剛度。其（qí）缺點是（shì）耐衝擊性（xìng）差（chà），不（bú）耐沸（fèi）水，耐油性有限。（4） 工程ABS塑料。綜合力學性能良好，尺寸穩（wěn）定，容易電（diàn）鍍和（hé）易於成（chéng）形，耐熱和耐蝕性較好，低溫下仍有一定的機械強（qiáng）度。（5） 聚酰（xiān）胺（PA）。韌性很好，強度較高，耐蝕性好。但耐熱性差。（6） 聚四（sì）氟乙烯（F―4）。具有非常（cháng）優良的（de）耐高、低溫的（de）性能，幾乎耐所有的化學腐蝕，摩（mó）擦係數極低，不吸水，電性能優異。（7） 酚醛塑料（PF）。有一定的機械強度（dù）和硬度，耐磨性好，絕緣性良（liáng）好，耐熱性較高（gāo）。耐蝕性優（yōu）良。缺點是性脆，不耐減。（8） 環氧塑料（liào）（EP）。強度較高，韌性較好；尺寸穩定性高和耐久性好，具有優良（liáng）的絕緣性能。耐熱、耐寒、化學穩定性高，成形工（gōng）藝性能好。缺（quē）點是有某些毒性。（三） 複（fù）合（hé）材料1． 複合材（cái）料的（de）性（xìng）能特點複合（hé）材料比強度、比模量高，抗疲勞性能好，結構（gòu）件減振性能好，高溫性能好，抗斷裂性好。2． 常（cháng）用的幾種複合材料（1）熱塑料性玻璃鋼是以玻璃纖（xiān）維為增強（qiáng）劑，具有高的（de）力學性能、介電性能、耐熱性能（néng）和抗老（lǎo）化性能，工藝性能也很好。熱固性玻璃質（zhì）量輕，比（bǐ）強度高，耐腐（fǔ）性能好，介電性能優越，是成形性能良好的（de）工（gōng）程材料。但剛度較差，容易老化（huà），容易（yì）蠕變。（2）碳（tàn）纖維複合材（cái）料。碳纖維較玻璃纖維具有更（gèng）高（gāo）的強度和理（lǐ）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（xiān）維（wéi）複合（hé）材料的抗壓強度和抗剪切強度很高，蠕變小，硬（yìng）度和彈性模（mó）量高，有很（hěn）高的疲（pí）勞強度（dù），耐輻射。對水、有機溶液和燃料、潤滑劑很（hěn）穩定。（4） 金屬纖維複合材料（liào）。這類材料的特點是除了強度和高溫強度較高外，主要是塑性和韌性較好，而且比較容易製造。

二、熟悉型材、板材、管材、管件、閥（fá）門、法蘭等常用材料的分類（規格）、性能及適用範圍；（一） 型鋼型鋼包括普通型（xíng）鋼、優質型鋼、線材、軌鋼（二） 板材板材包括鋼板、薄鋼板、鋼（gāng）帶（dài）、矽（guī）鋼片（三） 管材1． 黑色金屬管（1） 無縫鋼管包（bāo）括（kuò）鍋爐用無縫鋼管、鍋爐（lú）用高壓（yā）無縫鋼管（guǎn）、地質鑽探用無縫鋼管（guǎn）、石油裂化用無縫鋼管、不鏽耐酸鋼無（wú）縫鋼管。（2） 焊接鋼管包（bāo）括有直縫焊管和螺（luó）旋縫鋼管（guǎn）。（3） 鑄鐵管。2． 有色金屬管有（yǒu）色金（jīn）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（jiāo）管。（四） 管件管件包括彎頭、三通、四通、異徑（jìng）管、鋼製活接頭、絲堵、螺紋短接、管接頭、吹掃接頭、封頭、凸台（管嘴）、肓板等。（五） 閥門閥門（mén）包括閘閥、截止閥、止回閥（fá）、旋塞閥、安全閥（fá）、調節閥（節流閥）、球閥、減壓閥、疏水閥、直角閥、蝶（dié）閥、隔膜閥、電磁閥等。（六（liù）） 法蘭法蘭包括（kuò）設備法（fǎ）蘭、管法蘭、法蘭墊片、法（fǎ）蘭緊（jǐn）固件。

三、掌握常用防腐、絕熱材料的分類、基本性（xìng）能及用途（一）防腐蝕材料可分為（wéi）高分子材料、無機非金屬（shǔ）材料、複合（hé）材料和塗料等。（1） 塑料製品（pǐn）主要有聚氯乙烯、聚乙（yǐ）烯、聚丙烯、聚四氟乙烯。（2） 橡膠製（zhì）品常用的有天然橡膠、氯化橡膠、氯（lǜ）丁橡膠、氯（lǜ）磺化聚乙烯橡膠、丁苯橡膠、丁（dīng）脂橡膠（jiāo）。（3） 玻璃鋼及其製（zhì）品。（4） 陶瓷製品（5） 油漆及塗料包（bāo）括無機富鋅漆和防鏽底漆。（6） 耐酸石材包括鑄石、耐（nài）酸陶（táo）瓷製品、不透性石墨板和用瀝青浸漬過的磚等（děng）屬（shǔ）於耐酸石材。（7） 耐酸膠泥包括水玻璃膠泥、樹脂膠泥等。（二）絕（jué）熱材料1．絕熱（rè）材料的分類（1） 按材質可分為有機材料和（hé）無機材料。（2） 按適用溫度分為保冷材料、保溫材料、隔熱材料和（hé）耐火隔熱材料。（3） 按材料硬（yìng）度和形狀可分為硬質材料、軟質材料（liào）、半硬質材料、散棉無形材料和散狀材料。2．絕熱材料的性能要求（1） 導熱係數（shù）小，其值（zhí）不大於0.12W/(m?K)(在350℃條件下)。保冷絕熱材料，其值不得大於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220 kg/m3。（3） 材料性能穩定（dìng），具有明確的導熱係數方程式，有（yǒu）較大的適用溫度範圍。（4） 能耐一定（dìng）振動，具有一定的機械強（qiáng）度（dù），如珍珠岩、微孔矽酸鈣製品；抗壓強度不應水於0.15MPa。（5） 化學穩定性好，無腐蝕（shí）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（cái）料的分類（規（guī）格）、性能（néng）及適用範圍焊條（tiáo）由焊條芯和包在外麵的藥皮組成。（1） 焊條芯的作用主（zhǔ）要是傳（chuán）導電（diàn）流、引燃電（diàn）弧、作過渡合金、填充金屬。（2） 焊條藥皮是礦石粉末（mò）、鐵合金粉、 有機物和化（huà）工製品等（děng）原料一定比（bǐ）例配製後壓塗（tú）在焊芯表麵上的一層塗料。焊（hàn）條（tiáo）藥皮按原料在焊接中所起的作用分為：造氣劑、造渣（zhā）劑、脫氧劑、合金劑、穩弧劑、粘結劑、增（zēng）塑劑。（3） 幾種常用焊（hàn）條（tiáo）如下：①碳鋼焊條型號及性（xìng）能是按熔敷金屬的（de）抗（kàng）拉強度（dù）、藥皮類型、焊接位置（zhì）和電流的種類來（lái）劃分的（de）；②低合（hé）金鋼焊條型號及性能是按熔敷金屬的力學（xué）性能、化學成分、藥皮類型（xíng）、焊（hàn）接位（wèi）置和電流（liú）的種類（lèi）劃分；③不鏽鋼焊條型號及性能是根據熔敷金屬的化學成分、焊條（tiáo）藥皮和焊接電流種類（lèi）來劃分的；④堆焊焊條型號及主要（yào）性能是按熔敷金屬的化學成分及焊條藥皮類型來劃分的（de）。（4） 焊條的牌號是根據焊條主要用途和性能特（tè）點來命名。分為10大（dà）類。（5） 焊條的選用原則（zé）見教材第35頁。

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