机械基础知识

通用材料基础知识

工程材料的分类、性能及应用范围；工程材料可分为金属材料（黑色金属及有色金属）、非金属材料（高分子材料及无机非金属材料）和复合材料等。（一） 金属材料1． 黑色金属（1） 生铁、铁合金。生铁分炼钢生铁和铸造生铁。铁与任何一种金属或非金属的合金都叫做铁合金。（2） 铸铁。具有优良的铸造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏感性。还具有良好的耐热性和耐腐蚀性。铸铁包括：灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。（3） 钢。① 钢的分类如下：A． 按化学成分分类，可将钢分为碳素钢和合金钢。B． 按冶炼质量分类，可将钢分为普通钢、优质钢和高级优质钢。C． 按用途分类，可将钢分为结构钢、工具钢、特殊性能钢等。D． 按冶炼方法分类，可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。E． 按脱氧程度分类，可将钢分为镇静金刚、半镇静钢和沸腾钢。F． 按金相组织分类，在退火状态下，可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；在正火状态下，可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。G． 按供应时的保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。② 钢的牌号表示方法。根据牌号可以看出钢的类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备的性能和用途。例如甲类钢牌号用"A"字加上阿拉伯数字0、1、2、3、4、5、6、7表示。又如20号钢号，表示平均含碳量为0.20%的钢。再如9Cr18表示平均含碳量为0.9%、含Cr量为18%的不锈钢。③ 国外钢的牌号的主要特点方法（见教材第4页）。④ 几种常用钢的主要特点及用途。A． 普通碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。甲类钢多用于建筑工业使用的钢筋，机械制造中使用的普通螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材（如工字钢、槽钢、角钢等）；乙类钢的用途与相同数字的甲类钢相同。B． 普通低合金钢是在普通碳素钢的基础上。加入了少量的合金元素，不仅具有耐腐性、耐磨损等优良性能，还具有更高的强度和良好的力学性能。C． 铸钢具有更高的力学性能，特别是塑性、韧性高，有良好的可焊性，但它的铸造性差，可用在铸造大型部件上，如轴箱、水泵体、齿轮等。D． 优质碳素钢结构钢主要适用于优质钢或高级优质钢，主要用于制造机械零件。E． 合金结构钢属于优质钢或高级优质钢，主要用于制造机械零件。F． 工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类；也可分为刃具钢、模具钢和量具钢。G． 特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、抗磨钢、超高强度钢和磁钢等。不锈钢除具有优良的耐腐蚀性能外，还具有较高的强度、硬度及耐磨性。常用的不锈钢有Cr13、1Cr18Ni9Ti、Mo2Ti、00Cr17Ni13Mo2。H． 抗氧化钢，如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等，多用来制造炉用零件和热交换器。I． 热强钢，如15CrMo、1Cr11MoV、1Cr14Ni14W2MoNi、4Cr14Ni14W2Mo等，用于制造燃气轮机和汽轮机转子及叶片、锅炉过热器、高温工作的螺栓和弹簧、内燃机进（排）气阀等。J． 低温用钢主要牌号有09Mn2V、09MnTiCuXt、06MnNb、06A1NbCuN、15Mn26A14等，广泛用于冷冻设备、制氧设备及石油液化气的制造、储藏、运输等设备上。2． 有色金属（1） 铜及铜合金。铜对大气和水的抗蚀能力很强，是一种抗磁材料。铜具优良的减摩性和耐磨性以及高的弹性极限和疲劳极限。黄铜易于加工成殂，对一般大气、海洋大气及水等有相当好的耐蚀性，铸造性也很好。（2） 铝及铝合金。铝可用于制作盛装浓销酸的容器、槽车，但稀酸和碱对铝的溶解力很强。铝合金分为铸造铝合金与变形铝合金。铸铁铝合金包括铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等；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。（3） 镁及镁合金。镁在熔铸铜或镍合金时可以作去硫剂和脱氧剂使用，在熔铸球墨铸铁时，镁是重要的球化剂。镁合金加入的元素有铝、锌、锰、硅等。（4） 钛及钛合金。钛有优良的耐蚀性和耐热性，不受腐蚀，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定。钛的抗氧化能力大多数奥氏体不锈钢。钛在高温条件下仍能保持较高的强度。钛合金中常用的合金元素有铬、锰、钒、铝和钼等。（5） 镍及镍合金。镍有很好的化学稳定性，在潮湿空气和海水中耐腐蚀，在碱性溶液和有机械酸中均有抗蚀能力。镍还有较高的热稳定性。（6） 铅及铅合金。铅在冷盐和硫酸中很稳定，有很强的耐酸性，而且与氢氧化钠和碳酸钾等碳性溶液也不起化学反应。常用的铅管主要用铅锑合金、硬铅、特硬铅和铅银合金制造。（二） 非金属材料非金属材料包括高分子材料和无机非金属材料1． 常见的无机非金属材料等。（1） 铸石。其特性是耐磨、耐腐蚀，并且具有优良绝缘性和很高的抗压强度。（2） 石墨。不透性石墨作为耐腐蚀的非金属无机材料，被广泛应用于化工防腐中。（3） 玻璃。有石英玻璃、高硅氧玻璃、硼硅酸盐玻璃、低碱无硼玻璃中。（4） 工业陶瓷。有建筑、卫生陶瓷和电工陶瓷及化学、化工陶瓷。2． 常用的高分子材料（1） 聚乙烯（PE）、聚丙燃（PP）。低压聚乙烯比较刚硬、耐磨、耐蚀、绝缘性较好，常用来制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮轴承等。高压聚乙烯较柔软。聚丙烯（PP）重量较轻，耐热性良好，强度、弹性模量、硬度等力学性能都高于低压聚乙烯；同时绝缘性优越。（2） 聚氯乙烯（PVC）。常见制品有硬、软两种。硬聚氯乙烯比重很小，抗拉强度较好，有良好的耐水性、耐油性和耐化学药器侵蚀性，许多性能优于聚乙烯。（3） 聚苯乙烯（PS）。具有优良的耐蚀性，电阻高，是很好的隔热、防震、防潮和高频绝缘材料，具有较大的刚度。其缺点是耐冲击性差，不耐沸水，耐油性有限。（4） 工程ABS塑料。综合力学性能良好，尺寸稳定，容易电镀和易于成形，耐热和耐蚀性较好，低温下仍有一定的机械强度。（5） 聚酰胺（PA）。韧性很好，强度较高，耐蚀性好。但耐热性差。（6） 聚四氟乙烯（F―4）。具有非常优良的耐高、低温的性能，几乎耐所有的化学腐蚀，摩擦系数极低，不吸水，电性能优异。（7） 酚醛塑料（PF）。有一定的机械强度和硬度，耐磨性好，绝缘性良好，耐热性较高。耐蚀性优良。缺点是性脆，不耐减。（8） 环氧塑料（EP）。强度较高，韧性较好；尺寸稳定性高和耐久性好，具有优良的绝缘性能。耐热、耐寒、化学稳定性高，成形工艺性能好。缺点是有某些毒性。（三） 复合材料1． 复合材料的性能特点复合材料比强度、比模量高，抗疲劳性能好，结构件减振性能好，高温性能好，抗断裂性好。2． 常用的几种复合材料（1）热塑料性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂，具有高的力学性能、介电性能、耐热性能和抗老化性能，工艺性能也很好。热固性玻璃质量轻，比强度高，耐腐性能好，介电性能优越，是成形性能良好的工程材料。但刚度较差，容易老化，容易蠕变。（2）碳纤维复合材料。碳纤维较玻璃纤维具有更高的强度和理想的弹性模量，在高温下强度和弹性模量基本保持不变，是所有耐热纤维中最高的。（3） 硼纤维复合材料的抗压强度和抗剪切强度很高，蠕变小，硬度和弹性模量高，有很高的疲劳强度，耐辐射。对水、有机溶液和燃料、润滑剂很稳定。（4） 金属纤维复合材料。这类材料的特点是除了强度和高温强度较高外，主要是塑性和韧性较好，而且比较容易制造。

二、熟悉型材、板材、管材、管件、阀门、法兰等常用材料的分类（规格）、性能及适用范围；（一） 型钢型钢包括普通型钢、优质型钢、线材、轨钢（二） 板材板材包括钢板、薄钢板、钢带、硅钢片（三） 管材1． 黑色金属管（1） 无缝钢管包括锅炉用无缝钢管、锅炉用高压无缝钢管、地质钻探用无缝钢管、石油裂化用无缝钢管、不锈耐酸钢无缝钢管。（2） 焊接钢管包括有直缝焊管和螺旋缝钢管。（3） 铸铁管。2． 有色金属管有色金属包括铅及铅合金管，铜及铜合金管、铝及铝合金管、钛及钛合金管。3． 非金属管非金属包括混凝土管、陶瓷管和陶土管、玻璃管、玻璃钢管、石墨管、铸石管、塑料管、橡胶管。（四） 管件管件包括弯头、三通、四通、异径管、钢制活接头、丝堵、螺纹短接、管接头、吹扫接头、封头、凸台（管嘴）、肓板等。（五） 阀门阀门包括闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、安全阀、调节阀（节流阀）、球阀、减压阀、疏水阀、直角阀、蝶阀、隔膜阀、电磁阀等。（六） 法兰法兰包括设备法兰、管法兰、法兰垫片、法兰紧固件。

三、掌握常用防腐、绝热材料的分类、基本性能及用途（一）防腐蚀材料可分为高分子材料、无机非金属材料、复合材料和涂料等。（1） 塑料制品主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯。（2） 橡胶制品常用的有天然橡胶、氯化橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁苯橡胶、丁脂橡胶。（3） 玻璃钢及其制品。（4） 陶瓷制品（5） 油漆及涂料包括无机富锌漆和防锈底漆。（6） 耐酸石材包括铸石、耐酸陶瓷制品、不透性石墨板和用沥青浸渍过的砖等属于耐酸石材。（7） 耐酸胶泥包括水玻璃胶泥、树脂胶泥等。（二）绝热材料1．绝热材料的分类（1） 按材质可分为有机材料和无机材料。（2） 按适用温度分为保冷材料、保温材料、隔热材料和耐火隔热材料。（3） 按材料硬度和形状可分为硬质材料、软质材料、半硬质材料、散棉无形材料和散状材料。2．绝热材料的性能要求（1） 导热系数小，其值不大于0.12W/(m?K)(在350℃条件下)。保冷绝热材料，其值不得大于0.064 W/(m?K)（平均温度27℃）。（2） 密度小，一般为400kg/m3以下。保冷材料密度不超过220 kg/m3。（3） 材料性能稳定，具有明确的导热系数方程式，有较大的适用温度范围。（4） 能耐一定振动，具有一定的机械强度，如珍珠岩、微孔硅酸钙制品；抗压强度不应水于0.15MPa。（5） 化学稳定性好，无腐蚀作用。（6） 防水性能好，吸湿性小。（7） 可燃成分少，应有自熄性或不烯性。

四、熟悉焊接材料的分类（规格）、性能及适用范围焊条由焊条芯和包在外面的药皮组成。（1） 焊条芯的作用主要是传导电流、引燃电弧、作过渡合金、填充金属。（2） 焊条药皮是矿石粉末、铁合金粉、 有机物和化工制品等原料一定比例配制后压涂在焊芯表面上的一层涂料。焊条药皮按原料在焊接中所起的作用分为：造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、稳弧剂、粘结剂、增塑剂。（3） 几种常用焊条如下：①碳钢焊条型号及性能是按熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置和电流的种类来划分的；②低合金钢焊条型号及性能是按熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置和电流的种类划分；③不锈钢焊条型号及性能是根据熔敷金属的化学成分、焊条药皮和焊接电流种类来划分的；④堆焊焊条型号及主要性能是按熔敷金属的化学成分及焊条药皮类型来划分的。（4） 焊条的牌号是根据焊条主要用途和性能特点来命名。分为10大类。（5） 焊条的选用原则见教材第35页。

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