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鋁合金通用材料基礎知識
通用材料基礎知識
一、工程材料的分類、性能及應用范圍；
工程材料可分為金屬材料（黑色金屬及有色金屬）、非金屬材料（高分子材料及無機非金屬材料）和復合材料等。
（一） 金屬材料
1 ． 黑色金屬
（ 1 ） 生鐵、鐵合金。生鐵分煉鋼生鐵和鑄造生鐵。鐵與任何一種金屬或非金屬的合金都叫做鐵合金。
（ 2 ） 鑄鐵。具有優良的鑄造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏感性。還具有良好的耐熱性和耐腐蝕性。鑄鐵包括：灰口鑄鐵、孕育鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。
（ 3 ） 鋼。
① 鋼的分類如下：
A ． 按化學成分分類，可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。
B ． 按冶煉質量分類，可將鋼分為普通鋼、優質鋼和高級優質鋼。
C ． 按用途分類，可將鋼分為結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼等。
D ． 按冶煉方法分類，可將鋼分為平爐鋼、轉爐鋼、電爐鋼。
E ． 按脫氧程度分類，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，可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼。
G ． 按供應時的保證條件分類，可將鋼分為甲類鋼、乙類鋼和特類鋼。
② 鋼的牌號表示方法。根據牌號可以看出鋼的類別、含碳量、合金元素及其含量、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 表示。又如 20 號鋼號，表示平均含碳量為 0.20% 的鋼。再如 9Cr18 表示平均含碳量為 0.9% 、含 Cr 量為 18% 的不銹鋼。
③ 國外鋼的牌號的主要特點方（略）。
④ 幾種常用鋼的主要特點及用途。
A ． 普通碳素鋼分甲類鋼和乙類鋼兩種。甲類鋼多用于建筑工業使用的鋼筋，機械制造中使用的普通螺釘、螺母、墊圈、軸套等，也能軋成板材、型材（如工字鋼、槽鋼、角鋼等）；乙類鋼的用途與相同數字的甲類鋼相同。
B ． 普通低合金鋼是在普通碳素鋼的基礎上。加入了少量的合金元素，不僅具有耐腐蝕性、耐磨損等優良性能，還具有更高的強度和良好的力學性能。
C ． 鑄鋼具有更高的力學性能，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上，如軸箱、水泵體、齒輪等。
D ． 優質碳素鋼結構鋼主要適用于優質鋼或高級優質鋼，主要用于制造機械零件。
E ． 合金結構鋼屬于優質鋼或高級優質鋼，主要用于制造機械零件。
F ． 工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼三類；也可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。
G ． 特殊性能鋼包括不銹鋼、耐熱鋼、抗磨鋼、超高強度鋼和磁鋼等。不銹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。常用的不銹鋼有 Cr13 、 1Cr18Ni9Ti 、 Mo2Ti 、 00Cr17Ni13Mo2 。
H ． 抗氧化鋼，如 3Cr18Mn12Si2N 、 2Cr20Mn9Ni2Si2N 等，多用來制造爐用零件和熱交換器。
I ． 熱強鋼，如 15CrMo 、 1Cr11MoV 、 1Cr14Ni14W2MoNi 、 4Cr14Ni14W2Mo 等，用于制造燃氣輪機和汽輪機轉子及葉片、鍋爐過熱器、高溫工作的螺栓和彈簧、內燃機進（排）氣閥等。
J ． 低溫用鋼主要牌號有 09Mn2V 、 09MnTiCuXt 、 06MnNb 、 06A1NbCuN 、 15Mn26A14 等，廣泛用于冷凍設備、制氧設備及石油液化氣的制造、儲藏、運輸等設備上。
2 ． 有色金屬
（ 1 ） 銅及銅合金。銅對大氣和水的抗蝕能力很強，是一種抗磁材料。銅具有優良的減摩性和耐磨性以及高的彈性極限和疲勞極限。黃銅易于加工成殂，對一般大氣、海洋大氣及水等有相當好的耐蝕性，鑄造性也很好。
（ 2 ） 鋁及鋁合金。鋁可用于制作盛裝濃銷酸的容器、槽車，但稀酸和堿對鋁的溶解力很強。鋁合金分為鑄造鋁合金與變形鋁合金。鑄鐵鋁合金包括鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等；變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金。
（ 3 ） 鎂及鎂合金。鎂在熔鑄銅或鎳合金時可以作去硫劑和脫氧劑使用，在熔鑄球墨鑄鐵時，鎂是重要的球化劑。鎂合金加入的元素有鋁、鋅、錳、硅等。
（ 4 ） 鈦及鈦合金。鈦有優良的耐蝕性和耐熱性，不受腐蝕，在硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等介質中都很穩定。鈦的抗氧化能力大多數奧氏體不銹鋼。鈦在高溫條件下仍能保持較高的強度。鈦合金中常用的合金元素有鉻、錳、釩、鋁和鉬等。
（ 5 ） 鎳及鎳合金。鎳有很好的化學穩定性，在潮濕空氣和海水中耐腐蝕，在堿性溶液和有機械酸中均有抗蝕能力。鎳還有較高的熱穩定性。
（ 6 ） 鉛及鉛合金。鉛在冷鹽和硫酸中很穩定，有很強的耐酸性，而且與氫氧化鈉和碳酸鉀等碳性溶液也不起化學反應。常用的鉛管主要用鉛銻合金、硬鉛、特硬鉛和鉛銀合金制造。
（二） 非金屬材料
非金屬材料包括高分子材料和無機非金屬材料
1 ． 常見的無機非金屬材料等。
（ 1 ） 鑄石。其特性是耐磨、耐腐蝕，并且具有優良絕緣性和很高的抗壓強度。
（ 2 ） 石墨。不透性石墨作為耐腐蝕的非金屬無機材料，被廣泛應用于化工防腐中。
（ 3 ） 玻璃。有石英玻璃、高硅氧玻璃、硼硅酸鹽玻璃、低堿無硼玻璃中。
（ 4 ） 工業陶瓷。有建筑、衛生陶瓷和電工陶瓷及化學、化工陶瓷。
2 ． 常用的高分子材料
（ 1 ） 聚乙烯（ PE ）、聚丙烯（ PP ）。低壓聚乙烯比較剛硬、耐磨、耐蝕、絕緣性較好，常用來制造塑料管、塑料板、塑料繩以及承載不高的零件，如齒輪軸承等。高壓聚乙烯較柔軟。聚丙烯（ PP ）重量較輕，耐熱性良好，強度、彈性模量、硬度等力學性能都高于低壓聚乙烯；同時絕緣性優越。
（ 2 ） 聚氯乙烯（ PVC ）。常見制品有硬、軟兩種。硬聚氯乙烯比重很小，抗拉強度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學藥器侵蝕性，許多性能優于聚乙烯。
（ 3 ） 聚苯乙烯（ PS ）。具有優良的耐蝕性，電阻高，是很好的隔熱、防震、防潮和高頻絕緣材料，具有較大的剛度。其缺點是耐沖擊性差，不耐沸水，耐油性有限。
（ 4 ） 工程 ABS 塑料。綜合力學性能良好，尺寸穩定，容易電鍍和易于成形，耐熱和耐蝕性較好，低溫下仍有一定的機械強度。
（ 5 ） 聚酰胺（ PA ）。韌性很好，強度較高，耐蝕性好。但耐熱性差。
（ 6 ） 聚四氟乙烯（ F—4 ）。具有非常優良的耐高、低溫的性能，幾乎耐所有的化學腐蝕，摩擦系數極低，不吸水，電性能優異。
（ 7 ） 酚醛塑料（ PF ）。有一定的機械強度和硬度，耐磨性好，絕緣性良好，耐熱性較高。耐蝕性優良。缺點是性脆，不耐減。（ 8 ） 環氧塑料（ EP ）。強度較高，韌性較好；尺寸穩定性高和耐久性好，具有優良的絕緣性能。耐熱、耐寒、化學穩定性高，成形工藝性能好。缺點是有某些毒性。
（三） 復合材料
1 ． 復合材料的性能特點
復合材料比強度、比模量高，抗疲勞性能好，結構件減振性能好，高溫性能好，抗斷裂性好。
2 ． 常用的幾種復合材料
（ 1 ）熱塑料性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑，具有高的力學性能、介電性能、耐熱性能和抗老化性能，工藝性能也很好。熱固性玻璃質量輕，比強度高，耐腐性能好，介電性能優越，是成形性能良好的工程材料。但剛度較差，容易老化，容易蠕變。
（ 2 ）碳纖維復合材料。碳纖維較玻璃纖維具有更高的強度和理想的彈性模量，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 ） 硼纖維復合材料的抗壓強度和抗剪切強度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的疲勞強度，耐輻射。對水、有機溶液和燃料、潤滑劑很穩定。
（ 4 ） 金屬纖維復合材料。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，而且比較容易制造。
二、型材、板材、管材、管件、閥門、法蘭等常用材料的分類（規格）、性能；
（一） 型鋼
型鋼包括普通型鋼、優質型鋼、線材、軌鋼
（二） 板材
板材包括鋼板、薄鋼板、鋼帶、硅鋼片
（三） 管材
1 ． 黑色金屬管
（ 1 ） 無縫鋼管包括鍋爐用無縫鋼管、鍋爐用高壓無縫鋼管、地質鉆探用無縫鋼管、石油裂化用無縫鋼管、不銹耐酸鋼無縫鋼管。
（ 2 ） 焊接鋼管包括有直縫焊管和螺旋縫鋼管。
（ 3 ） 鑄鐵管。
2 ． 有色金屬管
有色金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、橡膠管。
（四） 管件
管件包括彎頭、三通、四通、異徑管、鋼制活接頭、絲堵、螺紋短接、管接頭、吹掃接頭、封頭、凸臺（管嘴）、肓板等。
（五） 閥門
閥門包括閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥、安全閥、調節閥（節流閥）、球閥、減壓閥、疏水閥、直角閥、蝶閥、隔膜閥、電磁閥等。
（六） 法蘭
法蘭包括設備法蘭、管法蘭、法蘭墊片、法蘭緊固件。
三、常用防腐、絕熱材料的分類、基本性能及用途
（一）防腐蝕材料可分為高分子材料、無機非金屬材料、復合材料和涂料等。
（ 1 ） 塑料制品主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯。
（ 2 ） 橡膠制品常用的有天然橡膠、氯化橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁苯橡膠、丁脂橡膠。
（ 3 ） 玻璃鋼及其制品。
（ 4 ） 陶瓷制品
（ 5 ） 油漆及涂料包括無機富鋅漆和防銹底漆。
（ 6 ） 耐酸石材包括鑄石、耐酸陶瓷制品、不透性石墨板和用瀝青浸漬過的磚等屬于耐酸石材。
（ 7 ） 耐酸膠泥包括水玻璃膠泥、樹脂膠泥等。
（二）絕熱材料
1 ．絕熱材料的分類
（ 1 ） 按材質可分為有機材料和無機材料。
（ 2 ） 按適用溫度分為保冷材料、保溫材料、隔熱材料和耐火隔熱材料。
（ 3 ） 按材料硬度和形狀可分為硬質材料、軟質材料、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 ） 導熱系數小，其值不大于 0.12W/(m·K)( 在 350 ℃ 條件下 ) 。保冷絕熱材料，其值不得大于 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，具有明確的導熱系數方程式，有較大的適用溫度范圍。
（ 4 ） 能耐一定振動，具有一定的機械強度，如珍珠巖、微孔硅酸鈣制品；抗壓強度不應水于 0.15MPa 。
（ 5 ） 化學穩定性好，無腐蝕作用。
（ 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、焊接材料的分類（規格）、性能及適用范圍
焊條由焊條芯和包在外面的藥皮組成。
（ 1 ） 焊條芯的作用主要是傳導電流、引燃電弧、作過渡合金、填充金屬。
（ 2 ） 焊條藥皮是礦石粉末、鐵合金粉、 有機物和化工制品等原料一定比例配制后壓涂在焊芯表面上的一層涂料。焊條藥皮按原料在焊接中所起的作用分為：造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、穩弧劑、粘結劑、增塑劑。
（ 3 ） 幾種常用焊條如下： ① 碳鋼焊條型號及性能是按熔敷金屬的抗拉強度、藥皮類型、焊接位置和電流的種類來劃分的； ② 低合金鋼焊條型號及性能是按熔敷金屬的力學性能、化學成分、藥皮類型、焊接位置和電流的種類劃分； ③ 不銹鋼焊條型號及性能是根據熔敷金屬的化學成分、焊條藥皮和焊接電流種類來劃分的； ④ 堆焊焊條型號及主要性能是按熔敷金屬的化學成分及焊條藥皮類型來劃分的。
（ 4 ） 焊條的牌號是根據焊條主要用途和性能特點來命名，分為 10 大類。
（ 5 ） 焊條的選用原則請參閱《焊接器材手冊》。
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