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　　第一章　安裝工程材料

　　第一節(jié) 建設(shè)工程材料

　　工程材料及其分類(lèi)(熟悉)

　　工程材料有各種不同的分類(lèi)方法。一般都將工程材料按化學(xué)成分分為金屬材料、非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類(lèi)。

　　工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分：黑色金屬材料【鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)】和有色金屬材料【黑色金屬以外的所有金屬及其合金】。

　　非金屬材料包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。

　　高分子材料為有機(jī)合成材料，也稱(chēng)聚合物。它具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能，很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能。工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為塑料、橡膠和合成纖維三大類(lèi)。

　　復(fù)合材料就是用兩種或兩種以上不同材料組合的材料。

　　(一)金屬材料

　　1.黑色金屬

　　關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)一：鋼及其合金的特性、用途(注意對(duì)比區(qū)分)

　　鋼是以鐵為基的合金，鋼中主要化學(xué)元素為鐵，另外還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷、氧和氮等，這些少量元素對(duì)鋼材性質(zhì)影響很大。

　　含碳量小于2.11%(重量)的合金稱(chēng)為鋼;而含碳量大于2.11%(重量)的合金稱(chēng)為生鐵。鋼中含碳量對(duì)鋼的性質(zhì)有決定性影響，含碳量低，鋼的強(qiáng)度低、塑性大、延伸率和沖擊韌性高，鋼質(zhì)較軟，易于冷加工、切削和焊接;含碳量高，鋼的強(qiáng)度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。(以前考過(guò))

　　(1)鋼及其合金的分類(lèi)和牌號(hào)表示方法

　　鋼的力學(xué)性能(如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌度和硬度等)決定于鋼的成分和金相組織。鋼的成分一定時(shí)，其金相組織主要決定于鋼的熱處理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影響最大。(以前考過(guò))

　　1)鋼的分類(lèi)。

　　2)鋼牌號(hào)的表示方法。

　　我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的表示方法，即：

　?、倥铺?hào)中化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)元素表示。

　?、诋a(chǎn)品名稱(chēng)、用途、特性和工藝方法等，通常采用代表該產(chǎn)品漢字的漢語(yǔ)拼音的縮寫(xiě)字母表示。

　?、垆撹F產(chǎn)品中的主要化學(xué)元素含量(%)采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼“Q”——屈服點(diǎn)字母，屈服點(diǎn)數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五種。

　　Q195鋼強(qiáng)度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤(pán)條;

　　Q215鋼大量用作管坯、螺栓;

　　Q235鋼強(qiáng)度適中，具有良好的承載性，又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號(hào)，大量用來(lái)制成鋼筋、型鋼和鋼板;

　　【2009年單選】碳素結(jié)構(gòu)鋼中，具有良好的承載性，又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性，大量用來(lái)制成鋼筋、型鋼和鋼板，此種鋼的牌號(hào)為(　)。

　　A.Q215

　　B.Q235

　　C.Q255

　　D.Q275

　　[答疑編號(hào)502008010101]

　　『正確答案』B

　　『答案解析』參見(jiàn)教材P5。

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　　Q255鋼強(qiáng)度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性較差，主要用作鉚接或栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋;

　　Q275鋼強(qiáng)度和硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，主要用于制造軸類(lèi)、農(nóng)具、耐磨零件和墊板。

　　優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)以?xún)晌粩?shù)字表示，數(shù)字代表含碳量的百分之幾(以0.01%為單位)，如鋼號(hào)為20，表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼;鋼號(hào)為45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)按下列規(guī)則編制：用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬(wàn)分之幾計(jì))，標(biāo)注在牌號(hào)頭部。合金元素含量為1.50%～2.49%、 2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%……，相應(yīng)的標(biāo)注為2、3、4、5……平均合金含量 <1.50%者，在牌號(hào)中只標(biāo)出元素符號(hào)，不標(biāo)注其含量。如30CrMnSi表示碳、鉻、錳、硅平均含量分別為0.30%、0.95%、 0.85%、1.05%的合金結(jié)構(gòu)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示，

　　3)工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)

　?、偬妓亟Y(jié)構(gòu)鋼

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有良好的工藝性能(如焊接性能、壓力加工性能等)、必要的韌性、良好的塑性以及價(jià)廉和易于大量供應(yīng)，通常在熱軋后使用。在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。

　?、趦?yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼塑性和韌性較強(qiáng)高，并可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，多用于較重要的零件，是廣泛應(yīng)用的機(jī)械制造用鋼。

　?、鄣秃辖鸶邚?qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的韌性，同時(shí)有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

　?、芎辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量的一種或數(shù)種合金元素而形成的，它的綜合力學(xué)性能優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是合金鋼中用量最多的一類(lèi)鋼，廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機(jī)械零件和構(gòu)件。

　　⑤不銹(耐酸)鋼。——重點(diǎn)

　　按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類(lèi)。各類(lèi)不銹鋼的特點(diǎn)如下：

　　a.鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素，通常含鉻量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于13.00%，不含鎳。

　　b.馬氏體型不銹鋼。鉻是鋼中的主要合金元素，鋼在淬火—回火狀態(tài)使用有較高屈服強(qiáng)度、硬度和耐磨度，常用在弱腐蝕性介質(zhì)，如海水、淡水和水蒸氣等中，使用溫度小于或等于580℃，通常作為受力較大的零件和工具的制作材料，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

　　c.奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳，其次是鈦、鈮、鉬、氮和錳等。

　　此鋼具有奧氏體組織，具有高的韌性、低的脆性轉(zhuǎn)變溫度、良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。但屈服強(qiáng)度低，且不能采用熱處理方法強(qiáng)化，而只能進(jìn)行冷變形強(qiáng)化。

　　【2009年單選】與鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼相比，奧氏體型不銹鋼的主要合金成分中增加的金屬元素為(　)。

　　A.鋅

　　B.鋁

　　C.鈦

　　D.鎳

　　[答疑編號(hào)502008010102]

　　『正確答案』參見(jiàn)教材P6。

　　d.鐵素體—奧氏體型不銹鋼。這類(lèi)鋼是在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，添加更多的鉻、鉬和硅等有利于形成鐵素體的元素，或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強(qiáng)度約為奧氏體型不銹鋼的2倍，可焊性良好，韌性較高，應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時(shí)的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。

　　e.沉淀硬化型不銹鋼。這類(lèi)鋼的突出優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)沉淀硬化熱處理以后具有高的強(qiáng)度，耐蝕性?xún)?yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強(qiáng)度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)和零件，也可用作高溫零件，如汽輪機(jī)零件。

　　優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)以?xún)晌粩?shù)字表示，數(shù)字代表含碳量。

　　(2)鑄鐵的分類(lèi)和牌號(hào)表示方法。

　　鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。它具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。大部分機(jī)械設(shè)備的箱體、殼體、機(jī)座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機(jī)的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價(jià)廉，切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機(jī)械加工工時(shí)，且有必要的強(qiáng)度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸振性和低的缺口敏感性等。

　　1)鑄鐵的分類(lèi)。

　　鑄鐵是鐵碳合金的一種，與鋼相比，其成分特點(diǎn)是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但是，雜質(zhì)在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳、硅都是鑄鐵中的重要元素，唯一有害的元素是硫。

　　鑄鐵的組織特點(diǎn)是含有石墨。鑄鐵的韌性和塑性，主要決定于石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布，其中石墨形狀的影響最大。鑄鐵的其他性能也與石墨密切相關(guān)，基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性的主要因素。

　　按照石墨的形狀特征，鑄鐵可分為灰口鑄鐵(石墨成片狀)、球墨鑄鐵(石墨成球狀)　和可鍛鑄鐵(石墨團(tuán)絮狀)三大類(lèi)。

　　按照鑄鐵成分中是否含有合金元素，可分為一般鑄鐵和合金鑄鐵兩大類(lèi)。一般鑄鐵可分為普通鑄鐵和變質(zhì)(孕育)鑄鐵。

　　2)鑄鐵牌號(hào)的表示方法。

　?、儆酶鞣N鑄鐵相應(yīng)漢語(yǔ)拼音字母的第一個(gè)大寫(xiě)字母作為鑄鐵的代號(hào)，當(dāng)兩種鑄鐵名稱(chēng)的代號(hào)字母相同時(shí)，可在大寫(xiě)字母后加小寫(xiě)字母表示。同一名稱(chēng)鑄鐵需要細(xì)分時(shí)，取其細(xì)分特點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母第一個(gè)大寫(xiě)字母排在后面。

　?、谠谂铺?hào)中一般不標(biāo)注常規(guī)元素碳、硅、錳、硫和磷的符號(hào)，但當(dāng)它們有特殊作用時(shí)才標(biāo)注其元素符號(hào)和含量。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于1.0%時(shí)，用整數(shù)表示;小于1.0%時(shí)，一般不標(biāo)注。

　?、叟铺?hào)中代號(hào)后面的一組數(shù)字表示其抗拉強(qiáng)度值(如灰鑄鐵HT100)，有兩組數(shù)字時(shí)，第一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度值，第二組數(shù)字表示伸長(zhǎng)率值(如球墨鑄鐵QT400—18)，兩組數(shù)字之間用“—”隔開(kāi)。

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　　3)工程中常用鑄鐵的性能和特點(diǎn)。

　?、倩铱阼T鐵?；铱阼T鐵的組織由石墨和基體兩部分組成?；w可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，相當(dāng)于鋼的組織。因此鑄鐵的組織可以看成是鋼基體上分布著石墨。

　　灰口鑄鐵包括普通灰口鑄鐵和孕育鑄鐵兩種?；铱阼T鐵價(jià)格便宜、應(yīng)用最廣泛，在各類(lèi)鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80.0%以上。影響灰口鑄鐵組織和性能的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度。

　　②球墨鑄鐵。其綜合機(jī)械性能接近于鋼，因鑄造性能很好、成本低廉、生產(chǎn)方便，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　球墨鑄鐵的成分要求比較嚴(yán)格，與灰口鑄鐵相比，它的含碳量較高，通常在4.5%～4.7%范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨球化。

　　球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，而且重量更輕。不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大，球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過(guò)45號(hào)鋼。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或帶臺(tái)肩的，因此用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿和凸輪軸等。

　?、廴淠T鐵。它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性和較高的耐磨性;同時(shí)又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

　　④可鍛鑄鐵?？慑戣T鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。

　?、菽湍ヨT鐵。

　?、弈蜔徼T鐵。

　?、吣臀g鑄鐵。

　　2.有色金屬

　　鐵基合金以外的金屬統(tǒng)稱(chēng)為有色金屬，其種類(lèi)繁多，性能多樣，與鋼鐵比較，其突出的優(yōu)良性能主要在物理性能和化學(xué)性能方面。

　　(1)有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法。

　　(2)工程中常用有色金屬的性能和特點(diǎn)。

　　1)鋁及其合金。

　　鋁及鋁合金在電氣工程、一般機(jī)械和輕工業(yè)中都有廣泛的用途。

　　純鋁材料按純度可分為三類(lèi)，有高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁。工業(yè)純鋁純度為980%～99.0%，牌號(hào)有L1、L2、L3、L4、L5五種，編號(hào)越大，純度越低。工業(yè)純鋁可制作電線(xiàn)、電纜、器皿及配制合金。純鋁的強(qiáng)度很低，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。

　　鋁合金是在鋁中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。許多鋁合金不僅可通過(guò)冷變形提高強(qiáng)度，而且可用熱處理來(lái)大幅度地改善性能。因此鋁合金可用于制造承受較大荷載的機(jī)器零件和構(gòu)件。

　　按照制造工藝，鋁合金還可分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩類(lèi)。

　　①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等。

　　a.防銹鋁合金(LF)。防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。

　　b.硬鋁合金(LY)。硬鋁合金為Al—Cu—Mg系合金。

　　c.超硬鋁合金(LC)。超硬鋁合金為Al—Mg—Zn—Cu系合金，是強(qiáng)度最高的一類(lèi)鋁合金。但這類(lèi)合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快，多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。

　　d.鍛鋁合金(LD)。鍛鋁合金為Al—Mg—Si—Cu或Al—Cu—Mg—Ni—Fe系合金。

　　②鑄造鋁合金(ZL)。分為Al—Si鑄造鋁合金、Al—Cu鑄造鋁合金、Al—Mg鑄造鋁合金和Al—Zn鑄造鋁合金。

　　2)銅及其合金。純銅呈紫紅色，常稱(chēng)紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅分為T(mén)1、T2、T3、T4四種。編號(hào)越大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。

　　在銅中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，同時(shí)保持純銅的某些優(yōu)良性能。一般銅合金分黃銅、青銅和白銅三大類(lèi)。

　?、冱S銅(H)以鋅為主要合金元素的銅合金稱(chēng)為黃銅。按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。

　?、谇嚆~(Q)青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習(xí)慣稱(chēng)含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金為青銅，包括有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。

　　3)鎳及其合金。鎳及鎳合金是化學(xué)、石油、有色金屬冶煉、高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環(huán)境的比較理想的金屬材料。

　　由于鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位大于鐵，可獲得耐蝕性?xún)?yōu)異的鎳基耐蝕合金。鎳力學(xué)性能良好，尤其塑、韌性?xún)?yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境。

　　4)鈦及其合金。鈦有許多優(yōu)異的性能是其他材料所不及的，且資源豐富，儲(chǔ)量?jī)H次于鋁、鐵和鎂，成為四大元素之一。鈦合金不僅在飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天和艦船等方面廣泛應(yīng)用，而且也正向民用領(lǐng)域推廣。

　　鈦在高溫下化學(xué)活性極高，非常容易和氧、氮和碳等元素形成穩(wěn)定的化合物。工業(yè)純鈦中的雜質(zhì)主要是氧、氮、氫和碳。但由于鈦在高溫下極不穩(wěn)定，易氧化和氫化，所以在大氣中工作的鈦及其合金僅在540℃以下具有良好的耐熱性;鈦具有較好的低溫性能，可作為低溫材料，常溫下鈦具有極好的抗蝕性能，在大氣、海水、硝酸和堿溶液等介質(zhì)中十分穩(wěn)定。但在任何濃度的氫氟酸中均能迅速溶解。

　　5)鉛及其合金。

　　鉛在大氣、淡水、海水中很穩(wěn)定，鉛對(duì)硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等則有良好的耐蝕性。鉛與硫酸作用時(shí)，在其表面產(chǎn)生一層不溶解的硫酸鉛，它可保護(hù)內(nèi)部鉛不再被繼續(xù)腐蝕。鉛不耐硝酸的腐蝕，在鹽酸中也不穩(wěn)定。

　　6)鎂及其合金。主要特性是密度小、化學(xué)活性強(qiáng)、強(qiáng)度低。純鎂強(qiáng)度低，不能用于結(jié)構(gòu)材料，主要用鎂合金。

　　鎂合金的優(yōu)良性能是相對(duì)密度小，因而其強(qiáng)度雖然不高，但是它的比強(qiáng)度和比剛度卻可以與合金結(jié)構(gòu)鋼相媲美，故鎂合金是航空工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料，它能承受較大的沖擊、振動(dòng)荷載，并有良好的機(jī)械加工性能和拋光性能。其缺點(diǎn)是耐蝕性較差、缺口敏感性大及熔鑄工藝復(fù)雜。

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　　(二)非金屬材料

　　非金屬材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。

　　1.耐火材料

　　能承受高溫作用而不易損壞的材料，稱(chēng)為耐火材料。

　　(1)耐火材料的主要性能指標(biāo)和分類(lèi)：

　　1)耐火材料的主要性能指標(biāo)。

　?、倌突鸲?。

　　②荷重軟化溫度。

　　③高溫化學(xué)穩(wěn)定性。

　　④抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時(shí)越不易損壞。

　?、菘箟簭?qiáng)度要好。

　?、廾芏群捅葻崛?。密度和比熱容要小，這樣可以減少耐火材料加熱時(shí)吸收的熱量，使加熱速度加快，但是密度小時(shí)，耐火材料的強(qiáng)度較低。

　?、邿釋?dǎo)率要小，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。

　　2)耐火材料的分類(lèi)。

　?、倌突鹌鲶w材料。

　?、谀突鹚嗉盎炷?。

　　2.耐火隔熱材料

　　耐火隔熱材料，又稱(chēng)為耐熱保溫材料。它是各種工業(yè)用爐(冶煉爐、加熱爐、鍋爐爐膛)的重要筑爐材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛭石、玻璃纖維(又稱(chēng)礦渣棉)、石棉，以及它們的制品如板、管、磚等。

　　(1)硅藻土耐火隔熱保溫材料。

　　(2)硅酸鋁耐火纖維。

　　(3)微孔硅酸鈣保溫材料。

　　(4)礦渣棉制品。

　　3.耐蝕(酸)非金屬材料

　　耐蝕(酸)非金屬材料的組成主要是金屬氧化物、氧化硅和硅酸鹽等。常用的非金屬耐蝕材料有鑄石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。

　　(1)鑄石。鑄石具有極優(yōu)良的耐磨與耐化學(xué)腐蝕性、絕緣性及較高的抗壓性能。其耐磨性能比鋼鐵高十幾倍至幾十倍。在各類(lèi)酸堿設(shè)備中，其耐腐蝕性比不銹鋼、橡膠、塑性材料及其他有色金屬高得多，但脆性大、承受沖擊荷載的能力低。因此，在要求耐蝕、耐磨或高溫條件下，當(dāng)不受沖擊振動(dòng)時(shí)，鑄石是鋼鐵 (包括不銹鋼)的理想代用材料，不但可節(jié)約金屬材料、降低成本，而且能有效地提高設(shè)備的使用壽命。

　　(2)石墨

　　關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)二：耐蝕(酸)非金屬材料及其特性——其中的石墨是重點(diǎn)

　　石墨材料具有高熔點(diǎn)(3700℃)，在高溫下有高的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)溫度增加時(shí)，石墨的強(qiáng)度隨之提高。石墨在3000℃以下具有還原性，并且在中性介質(zhì)中有很好的熱穩(wěn)定性。

　　在急劇改變溫度的條件下，石墨比其他結(jié)構(gòu)材料都穩(wěn)定，不會(huì)炸裂破壞，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來(lái)制造傳熱設(shè)備。

　　石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。除了強(qiáng)氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硫酸和鹵素)之外，在所有的化學(xué)介質(zhì)中都很穩(wěn)定，甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)定。

　　石墨按來(lái)源不同可分為天然石墨和人造石墨。

　　【2009年單選題】在熔融的堿液中仍具有良好化學(xué)穩(wěn)定性的非金屬材料為(　)。

　　A.鑄石

　　B.玻璃

　　C.石墨

　　D.水玻璃型耐蝕石料

　　[答疑編號(hào)502008010103]

　　『正確答案』C

　　『答案解析』參見(jiàn)教材P15。

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　　(3)玻璃。不耐氫氟酸、熱磷酸和熱濃堿液的腐蝕。一般用作制造化學(xué)儀器和高級(jí)玻璃制品、無(wú)堿玻璃纖維、耐熱用玻璃和絕緣材料等。

　　(4)天然耐蝕石料。天然耐蝕石料的組成含二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于55%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化鎂、氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50% >以上的石料，有較好的或好的耐堿性能，但不耐酸侵蝕。

　　(5)水玻璃型耐酸水泥。具有能抗大多數(shù)無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸腐蝕的能力，但不耐堿。能在空氣中硬化，具有抵抗大多數(shù)無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸腐蝕的能力。用于硫酸、鹽酸、磷酸(除30℃以上熱磷酸)、醋酸、氯氣、二氧化硫、三氧化硫、蟻酸和草酸等生產(chǎn)設(shè)備。

　　4.陶瓷材料

　　陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。陶瓷材料有著許多區(qū)別于其他材料的物理化學(xué)性能。比如高溫化學(xué)穩(wěn)定性、超硬的特點(diǎn)和極好的耐腐蝕性能。

　　(1)陶瓷材料的分類(lèi)。它們可用于制造某些工業(yè)構(gòu)件、零件和工具。陶瓷的種類(lèi)很多，但缺乏統(tǒng)一的分類(lèi)方法，按照習(xí)慣，陶瓷一般分為普通陶瓷和新型陶瓷兩大類(lèi)。

　　(2)常用的陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷有電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。

　　關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)三：高分子材料的特性及其中的各種塑料的特性(2009年沒(méi)有考，以前?？?

　　1.高分子材料具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能、很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能，在工程上是發(fā)展最快的一類(lèi)新型結(jié)構(gòu)材料。

　　高分子材料的基本性能及特點(diǎn)：

　　(1)質(zhì)輕。

　　(2)比強(qiáng)度高。

　　(3)有良好的韌性。

　　(4)減摩和耐磨性好。

　　(5)電絕緣性好。

　　(6)耐蝕性。

　　(7)導(dǎo)熱系數(shù)小。

　　(8)易老化。

　　(9)易燃。

　　(10)耐熱性。

　　(11)剛度小。

　　2.塑料是一種以樹(shù)脂為主要成分的多組分材料，但也有少部分塑料制品例外。

　?、贅?shù)脂。有合成樹(shù)脂和天然樹(shù)脂之分，在所有的塑料制品中幾乎都是采用合成樹(shù)脂。

　　樹(shù)脂是塑料組成材料中的基本組分，在一般塑料中約占30%～60%，有的甚至更多。

　　樹(shù)脂在塑料中主要起膠結(jié)作用，通過(guò)膠結(jié)作用把填充料等膠結(jié)成堅(jiān)實(shí)整體。因此，塑料的性質(zhì)主要取決于樹(shù)脂的性質(zhì)。

　?、谔盍?。又稱(chēng)填充劑，其作用是提高塑料的強(qiáng)度和剛度，減少塑料在常溫下的蠕變(又稱(chēng)冷流)現(xiàn)象及提高熱穩(wěn)定性，對(duì)降低塑料制品的成本、增加產(chǎn)量有顯著的作用，提高塑料制品的耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及阻燃性，并可改善加工性能。

　　③增塑劑。其作用是提高塑料加工時(shí)的可塑性及流動(dòng)性，改善塑料制品的柔韌性。

　?、苤珓?。無(wú)機(jī)顏料不僅對(duì)塑料具有著色性，同時(shí)又兼有填料和穩(wěn)定劑的作用。

　?、莘€(wěn)定劑。為延長(zhǎng)塑料制品的使用壽命，通常在其組分中加入穩(wěn)定劑。

　　2)工程中常用塑料制品。

　　①熱塑性塑料。

　　a.低密度聚乙烯(LDPE)又稱(chēng)為高壓聚乙烯，低密度聚乙烯具有質(zhì)輕、吸濕性小、良好的電絕緣性、延伸性和透明性強(qiáng)、較好的耐寒性和化學(xué)穩(wěn)定性，但強(qiáng)度和耐環(huán)境老化性較差。一般用作耐蝕材料、小荷載零件(齒輪、軸承)及一般電纜包皮和農(nóng)用薄膜等。

　　b.高密度聚乙烯(HDPE)。又稱(chēng)為低壓聚乙烯，它是乙烯在催化劑存在下聚合制得，可采用注射、擠出、吹塑等方法成型。高密度聚乙烯具有良好的耐熱性和耐寒性;力學(xué)性能優(yōu)于低密度聚乙烯，介電性能優(yōu)良，但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性良好，能耐多種酸、堿、鹽類(lèi)腐蝕，吸水性和水蒸氣滲透性很低，但耐老化性能較差;表面硬度高，尺寸穩(wěn)定性好。主要用于制作單口瓶、運(yùn)輸箱、安全帽、汽車(chē)零件、儲(chǔ)罐、電纜護(hù)套、壓力管道及編織袋等。

　　c.聚丙烯(PP)。聚丙烯具有質(zhì)輕、不吸水，介電性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性良好(可在100%以上使用。若無(wú)外力作用，溫度達(dá)到150℃時(shí)也不會(huì)發(fā)生變形)，力學(xué)性能優(yōu)良，但是耐光性能差、易老化、低溫韌性和染色性能不好。聚丙烯主要用于制作受熱的電氣絕緣零件、汽車(chē)零件、防腐包裝材料以及耐腐蝕的(濃鹽酸和濃硫酸除外)化工設(shè)備，如法蘭、齒輪、風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、接頭、把手和汽車(chē)方向盤(pán)調(diào)節(jié)蓋、各種化工容器、管道、閥門(mén)配件、泵殼等。

　　d.聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯剛度和強(qiáng)度比聚乙烯高，常見(jiàn)制品有硬、軟兩種。

　　加入增塑劑的為軟聚氯乙烯。未加的為硬聚氯乙烯。后者密度很小，抗拉強(qiáng)度較好，有良好的耐水性、耐油性和耐化學(xué)藥品侵蝕的件能，許多性能優(yōu)于聚乙烯。

　　e.聚四氟乙烯(PTFE，F(xiàn)—4)俗稱(chēng)塑料王，它是由四氟乙烯用懸浮法或分散法聚合而成，具有優(yōu)良的耐高、低溫性能，可在-180～260℃ 的范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。幾乎耐所有的化學(xué)藥品，在侵蝕性極強(qiáng)的王水中煮沸也不起變化，摩擦系數(shù)極低，僅為0.04。它也不粘、不吸水、電性能優(yōu)異。是目前介電常數(shù)和介電損耗最小的固體絕緣材料。

　　缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、冷流性強(qiáng)。主要用于制作減摩密封零件、化工耐蝕零件、熱交換器及管、棒、板制品和各種零件，以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料;分散法聚四氟乙烯可制成薄壁管、細(xì)棒、異型材、電線(xiàn)和電纜包覆層。

　　f.聚苯乙烯(PS)。是苯乙烯經(jīng)本體或懸浮法聚合制得的均聚物?？刹捎米⑸?、擠出、吹塑和發(fā)泡等方法成型，能切削加工和膠接。聚苯乙烯具有較大的剛度。聚苯乙烯密度小、常溫下較透明、幾乎不吸水、具有優(yōu)良的耐蝕性、電阻高，是很好的隔熱、防振、防潮和高頻絕緣材料。

　　缺點(diǎn)是耐沖擊性差、不耐沸水、耐油性有限，但可改性。

　　可用于制造紡織工業(yè)中的紗管、紗錠和線(xiàn)軸，電子工業(yè)中的儀表零件、沒(méi)備外殼，化工中的儲(chǔ)槽、管道、彎頭等，是隔聲、包裝、打撈和救生等極好的材料。

　　g.ABS。普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。可采用注射、擠出、壓延、吹塑、發(fā)泡和真空成型等方法成型。其具有“硬、韌、剛”的混合特性，所以綜合機(jī)械性能良好。同時(shí)尺寸穩(wěn)定，容易電鍍和易于成型，耐熱和耐蝕性較好，在-40℃的低溫下仍有一定的機(jī)械強(qiáng)度。此外，它的性能可以根據(jù)要求由改變單體的含量來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

　　h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗稱(chēng)有機(jī)玻璃。

　?、跓峁绦运芰?。

　　a.酚醛模塑料(PF)。酚醛模塑料是以酚醛樹(shù)脂為基材，加入填料或添加劑制成的熱固性塑料。通常采用壓縮模塑熱成型。酚醛模塑料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度約 40MN/㎡)和硬度、耐磨性好、絕緣性良好、擊穿電壓在l0kV以上、耐熱性較高、耐蝕性?xún)?yōu)良、尺寸基本穩(wěn)定，但不耐強(qiáng)堿和酚類(lèi)物質(zhì)的侵蝕。

　　b.酚醛玻璃纖維增強(qiáng)塑料。

　　c.環(huán)氧樹(shù)脂(EP)

　　環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)度較高，韌性較好;尺寸穩(wěn)定性高和耐久性好;具有優(yōu)良的絕緣性能，耐熱、耐寒，可在-80～155℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作;化學(xué)穩(wěn)定性很高，成型工藝性能好。

　　缺點(diǎn)是有毒性。

　　環(huán)氧樹(shù)脂是很好的膠粘劑，對(duì)各種材料(金屬及非金屬)都有很強(qiáng)的膠粘能力。環(huán)氧樹(shù)脂可用于制作塑料模具、精密量具、灌封電器和電子儀表裝置、配制油船漆和罐頭涂料等。

　　d.呋喃樹(shù)脂。

　　它能耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑腐蝕，并能適用于其中兩種介質(zhì)的結(jié)合或交替使用的場(chǎng)合。

　　(2)橡膠。是一種具有良好耐酸、堿性能的高分子防腐蝕材料。橡膠分天然橡膠和合成橡膠兩大類(lèi)。

　　(3)合成纖維。

　　工程中常用塑料制品分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

　　常用的熱塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE，F(xiàn)—4)俗稱(chēng)塑料王、聚苯乙烯(PS)、ABS(是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱(chēng)有機(jī)玻璃)等。

　　常用的熱固性塑料有酚醛模塑料(PF)(不耐強(qiáng)堿和酚類(lèi)物質(zhì)的侵蝕)、酚醛玻璃纖維增強(qiáng)塑料、環(huán)氧樹(shù)脂(EP)、呋喃樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂。

　　(四)復(fù)合材料

　　1.復(fù)合材料組成、分類(lèi)和特點(diǎn)

　　復(fù)合材料中至少包括基體相和增強(qiáng)相兩大類(lèi)。基體相起粘結(jié)、保護(hù)增強(qiáng)相并把外加荷載造成的應(yīng)力傳遞到增強(qiáng)相上去的作用，基體相可以由金屬、樹(shù)脂和陶瓷等構(gòu)成，在承載中，基體相承受應(yīng)力作用的比例不大;增強(qiáng)相是主要承載相，并起著提高強(qiáng)度(或韌性)的作用，增強(qiáng)相的形態(tài)各異，有纖維狀、細(xì)粒狀和片狀等。

　　按增強(qiáng)相體類(lèi)型可分為：顆粒增強(qiáng)型、纖維增強(qiáng)型和板狀增強(qiáng)型復(fù)合材料三大類(lèi)。

　　與普通材料相比，復(fù)合材料具有許多特性，可改善或克服單一材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)，并賦予材料新的性能;可按照構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和受力要求，給出預(yù)定的分布、合理的配套性能，進(jìn)行材料的最佳設(shè)計(jì)等。具體表現(xiàn)在：

　　(1)高比強(qiáng)度和高比模量。

　　(2)耐疲勞性高。

　　(3)抗斷裂能力強(qiáng)。

　　(4)減振性能好。

　　(5)高溫性能好，

　　(6)耐腐蝕性好。

　　(7)復(fù)合材料還具有較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤(rùn)滑性和耐蝕性等特點(diǎn)。

　　2.復(fù)合材料增強(qiáng)體

　　(1)纖維增強(qiáng)體。

　　(2)顆粒增強(qiáng)體。

　　(3)片狀增強(qiáng)體。

　　3.復(fù)合材料基體

　　(1)樹(shù)脂基體。

　　(2)金屬基體。

　　(3)陶瓷基體。

　　4.復(fù)合材料應(yīng)用

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