机电务实1H411000机电工程常用材料及工程设备（PPT55页)

机电工程技术1.设备是指各类机械设备、静置设备、电气设备、自动化控制仪表和智能化设备2.管路是指按等级使用要求，将各类不同压力、温度、材质、介质、型号、规格的管道与管件、附件组合形成的系统。3.线路是指按等级使用要求，将各类不同型号、规格、材质的电线电缆与组件、附件组合形成的系统。机电工程就是指按照一定的工艺和方法，将不同规格，型号，性能，材质的设备，管路，线路等有机组合起来，满足使用功能要求的工程。1H41100机电工程常用材料及工程设备1H411010机电工程常用材料1.主要有金属材料、非金属材料和电气线材。2.本目重点是：常用金属材料的类型及应用；常用非金属材料的类型及应用；常用电气材料的类型及应用。1H411011常用金属材料分为黑金属和有色金属两大类常用在建筑、机电、冶金、石化、电力以及锅炉压力容器、压力管道等工程的用钢。一、黑金属材料的类型及应用（一）碳素结构钢1.又称普碳钢，在国家标准《碳素结构钢》GB/T700-2006中，按照碳结构钢屈服强度的下限值将其分为四个级别，其钢号对应为Q195、Q215、Q235、Q275数字后标注A/B/C/D，即硫、磷分数不同，A级含量最高，D级含量最低。2.碳素结构钢的特性及用途（一）碳素结构钢（1）Q195、Q215、Q235A、Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等；Q235C、Q235D可用于重要焊接件；Q235、Q275强度较高，通常轧制成型钢、钢板作构件用；（2）特性：碳素结构钢具有良好的塑性和韧性，易于成型和焊接，常以热轧态供货，一般不在热处理，能够满足一般工程构件要求，使用极为广泛。例如：Q235含碳量适中，塑性、韧性，焊接性能、冷加工性能、大量生产钢板、型钢、钢筋用于高压输电铁塔、桥梁、厂房屋架等。其中C、D级钢含硫、磷较低，相当于优质钢，适用于制造对可焊接性及韧性要求较高的工程结构机械零件，如机座、支架、受力不大的拉杆、连杆、轴等。（二）低合金结构钢1.又称低合金高强度钢，按照国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008,根据屈服强度划分，其中共有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八个强度等级。2.低合金结构钢的特性及用途（1）低合金结构钢是在普通钢中加入微量合金元素，而具有高强度、高韧性、良好的冷成形和焊接性能、低的冷脆转变温度和良好的耐蚀性等综合力学性能，如Q345强度比普碳钢Q235高约20-30%,耐大气腐蚀性能高20-38%，重量可减轻20-30%；（2）低合金结构钢主要适用于桥梁、钢结构、锅炉汽包、压力容器、压力管道、船舶、车辆、重轨和轻轨等。例如：鸟巢钢结构重为4.6万t,最大跨度343米，使用Q460，屈服强度460MPa,钢板厚度达110mm;我国第一套30万吨合成氨装置中的氨合成塔的筒体就是采用三层各50mm的18MnMoNbR钢板进行热卷，并作成热套，组成53200mm直径和5150mm厚的高压合成塔筒体。（三）铸钢和铸铁1.铸钢（1）分为碳素铸钢和合金铸钢（2）铸钢特性及用途：主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件；2.铸铁（1）碳质量分类大于2.11%的铁碳合金，含有较多的Si,Mn,S,P等元素。常用的铸铁灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、特殊性能铸铁。（2）铸铁的特性及用途：铸铁具有许多优良的使用性能和工艺性能，并且生产设备和工艺简单，可用来制造各种机器零件。例如：普通罩壳、阀壳等强度要求不高-灰铸铁，液压泵壳体强度具有较高要求-孕育铸铁；汽车发动机凸轮-球墨铸铁（四）特殊性能低合金高强度钢1.又称特殊钢，主要包括：耐候钢、耐热钢、耐海水腐蚀钢、耐磨钢、表面处理钢材、汽车冲压钢板、石油及天然气管线钢、工程机械用钢与可焊接高强度钢、钢筋钢、低温用钢以及钢轨钢等。2.特殊性能低合金高强度钢特性及用途在桥梁、建筑、塔架、车辆和其它要求耐候性能好的螺栓连接等钢结构中使用的耐候钢。加合金元素，使其表面形成保护层，提高耐候性能，同时保持良好的焊接性能。加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中-耐热钢，在高温下具有良好的抗蠕变、抗断裂和抗氧化的能力，以及必要的韧性。钢轨钢中分为轻轨钢和重轨钢：临时运输线和中小型起重机轨道-轻轨钢；铁道，大型起重机轨和吊车轨道-重轨钢。车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机腭板、铁轨分道叉-耐磨钢，承受严重磨损和强烈冲击船体用钢需焊接性和其他性较好-舰艇钢，更高的强度、更好的韧性、抗爆性和抗深水压溃性。石油天燃气长距离管线用钢，要具有高强度、高韧性、优良的加工性、焊接性和抗腐蚀性（五）钢材的类型及应用1.型钢：圆钢，方钢，扁钢，H型钢，工字钢，T型钢，角钢，槽钢，钢轨等；例如：电站锅炉钢架的立柱-H型钢，为确保膛内压力波动时炉墙有一定的强度，在炉墙上设有足够强度的钢性梁，一般每隔3米设一层，工字钢；大型角钢用于厂房，铁路，交通，桥梁，车辆，船舶；中型角钢用于电力铁塔，井架；小型角钢用于设备制造，支架和框架等。2.钢材：厚，中厚，薄板，按轧制方式分为热轧板和冷轧板，冷轧板只有薄板。按其材质为普通碳素钢板，低合金结构钢板，不锈钢板，镀锌薄钢板等。例如：油罐，电站锅炉中的汽包，中低压锅炉常为专用锅炉碳素钢，高压锅炉汽包常用低合金钢3.管材：普通无缝钢管，螺旋缝钢管、焊接钢管、无缝不锈钢管，高压无缝钢管等。广泛应用在各类管道工程中。例如：锅炉水冷壁和省煤器使用的无缝钢管一般采用优质碳素钢管和低合金钢管。过热器和再热器使用的无缝钢管根据不同壁温用采，15CrMo，12CrMov例如：结构用焊接钢管主要用于建筑管桩，脚手架，桥梁，矿山，船舶，电站，输电塔，球场，运动场，房屋的门，窗，栏杆，钢管具，运动器械，自行车；4.钢制品，主要用于焊材，管件，阀门。二、有色金属的类型及应用钢铁以外的金属及其合金，统称为有色金属。密度大于4.5g/cm3的金属称为重金属，如铜、锌、镍等；密度小于4.5g/cm3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛等；1.重金属（1）铜及铜合金的特性及应用工业纯铜密度为8.96g/cm3，具有良好的导电性、导热性以及优良的焊接性能，纯铜强度不高，硬度较低，塑性好。主要用作导体，制造抗磁性干扰的仪器和仪表零件，如罗盘，航空仪表等零件。铜合金，较高的强度，而且塑性很好，容易冷，热成型，易焊接。品种有黄铜，青铜和白铜；例如：机电设备的冷凝器，散热器，热交换器，空调器，使用黄铜（含锌）；锡青铜在造船，化工，机械，仪表中广泛应用，主要制造轴承，轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等。白铜（含镍）为主要合金元素的铜合金，主要用于船舶仪器零件，化工机械零件及医疗器械。锰白铜制作电偶丝（2）锌及锌合金的特性及应用纯锌具有一定的强度和较好的耐腐蚀性，在室温下较脆，在100-150度时变软，超过200度变脆。锌合金的特点是密度大，铸造性能好，可压铸形状复杂，薄壁的精密件，如压铸仪表（密度大，铸造性能），汽车零部件外壳（形状复杂）等。变形锌合金，铸造锌合金，热镀锌合金（3）镍及镍合金的特性及应用纯镍是银白色，强度较高，塑性好，导热性差，电阻大。形成钝化膜保护层后有极强的耐腐蚀性，特别是耐海水腐蚀能力突出。镍合金（含铜，铬，钼）耐高温，耐酸碱腐蚀。耐腐蚀镍合金，耐高温镍合金，功能镍合金例如：在化工，石油，船舶等领域用作阀门，泵，船舶紧固件，锅炉热交换器等2.轻金属（1）铝及铝合金的特性及应用纯铝密度只有2.7g/cm3,仅为铁的1/3。铝的导电性好，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。工业纯铝密度小，熔点低，具有良好的导电性和导热性，仅次于金，银和铜，塑性好，但强度、硬度低，耐磨性差，不适合制作受力的机械零件，可进行各种冷，热加工。工业纯铝广泛应用于制造销酸，含硫石油工业，橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备，如反应器，热交换器，槽车和管件等。在铝中加入铜，锰，硅，镁，锌等合金元素制成铝合金，由于合金元素的强化作用，可用于制造承受荷载较大的构件。变形铝合金，铸造铝合金例如：油箱，油罐，管道，铆丁等需要弯曲和冲压加工的零件就是使用变形铝合金，变形铝合金塑性好，易于变形加工。铸造铝合金适于铸造生产，可直接浇铸。（2）镁及镁合金的特性及应用纯镁强度不高，室温塑性低，耐腐蚀性差，易氧化，可用还原剂。镁合金（铝，锰，锌）可制成镁合金，变形镁合金，铸造镁合金。许多既可做变形又可铸造；变形镁合金（结构件，管件），铸造镁合金可用于压铸件，抗蠕变压铸件。镁合金优点是密度小，强度高，刚度高，抗振能力强，可承受较大冲击荷载。例如：镁合金弹性变形功效大，吸收能量多，减振性好，飞机起落架，但抗蚀性差，使用中应氧化处理、涂装保护；镁合金比强度比铝合金高，（3）钛及钛合金的特性及应用纯钛的强度低，熔点高，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐腐蚀性好，容易加工成型。纯钛在大气和海水中有优良的耐腐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸等介质中稳定，随钛的纯度降低，强度升高，塑性大大降低。钛合金强度，耐热性，耐腐蚀性高，具有无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，与碳复合材料的相容性好，具有超导特性，形状记忆和吸氢特性等优异性能。缺点:热加工困难，冷加工性能差，切削加工性差，抗磨性差。只有碳纤维增加塑料的比强度高于钛合金，钛合金是比强度最高的金属材料。广泛应用于航空工业，在飞机发动机上，钛合金用作压力气机盘，压气机叶片，发动机罩，燃烧室外壳及喷气管。1H411012常用非金属材料的类型及应用硅酸盐材料的类型及应用，高分子材料的类型及应用，非金属风管材料类型及应用一、硅酸盐材料的类型及应用天然矿物或人工合成，如水泥，绝热棉，砌筑材料和陶瓷（一）水泥：硅酸钙主要成分（二）绝热棉，有膨胀珍珠岩类，离心玻璃棉类，超细玻璃棉类，微孔硅酸壳，矿棉类，岩棉类等。常用于保温，保冷的容器，管道，通风空调管道等绝热工程。玻璃钢及其制品是以玻璃纤维为增强剂，以合成树脂为胶粘剂制成的复合材料，用于石油化工耐腐蚀耐压容器及管道等。（三）砌筑材料，耐火砖和耐火材料，要求很好的耐高温性能，一定的高温力学性能，良好的体积稳定性，抗侵蚀性的熔渣及气体的性能。一般用于高温窑，炉或高温容器等热工设备的内衬结构材料，可以作为高温装置中的部件材料。按用途分为钢铁行业用，有色金属行业，石化行业，硅酸盐行业，电力，废物焚烧熔融炉按矿物组成分为氧化硅质，硅酸铝质，镁质，白云石质，橄榄石质，含碳质，含锆质耐火材料例如：镁质耐火材料，抗碱性侵蚀较好，耐火度高，在炼钢碱性炉，电炉，化铁炉许多有色金属冶炼中广泛使用。（四）陶瓷以黏土等硅酸盐类矿物为原料，硬度高，脆性大普通陶瓷以黏土，石英，长石为原料，用于建筑，电气，化工，多孔陶瓷。特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合物，如氧化铝，氮化硅，碳化硅，氮化硼陶瓷等，分为结构和功能陶瓷。陶瓷制器：管件，阀门，管材，泵用零件，轴承等，主要用于防腐蚀工程中。氮化硅陶瓷：耐磨，耐高温，耐腐蚀，形状复杂，尺寸精度高，如石化密封环，高温轴承，燃气轮机叶片。结构陶瓷：切削，模具，耐磨零件，泵和阀部件，发动机部件，热交换器等。功能陶瓷：绝缘，敏感，介电，超导，红外辐射，发光，透明，生物与抗菌，隔热等。（五）特种新型的无机非金属材料1.普通传统的非金属指硅酸盐为主要成分的材料，主要有碳化硅，氧化铝陶瓷，硫化物玻璃，镁质等2.特种新型的无机非金属材料主要指氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，硅化物等。二、高分子材料的类型及应用（一）特性表现：质轻，透明，具有柔软，高弹的特性；多数高分子材料摩擦系数小，易滑动，能吸收振动和声音能量；电绝缘体，难导热体，热膨胀较大，耐热温度低，低温脆性；耐水，大多数耐酸，碱，盐等，使用过程中会出现“老化”现象。（二）类型及用途1.高分子材料的类型按来源分为天然，半合成和合成高分子材料。按特性分为像胶，纤维，塑料，高分子胶粘剂，高分子涂料和高分子基复合材料。2.塑料按成型工艺不同，分为热塑性塑料，热固性塑料（1)热塑性聚乙烯，聚笨乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，加工成型简便，较好的机