工程材料的划分

工程材料一、工程材料及其分类（一）金属材料：黑色金属：（铁和以铁为基的合金）有色金属：铝、铜、鈦等（二）非金属材料：耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀（酸）非金属材料、陶瓷材料（三）高分子材料：塑料，橡胶，合成纤维等（四）复合材料：二种以上不同材料的组合二、常用工程材料（一）金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料1.黑色金属:（1）钢---含碳量2.11%以下（铁----含碳量2.11%以上）钢材的优良特性钢种含碳量对钢性质影响含碳量低，钢的强度较低，但塑性大含碳量高，钢的强度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。有害元素：硫、磷（影响塑性和韧性）有益元素：硅、锰它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。1）分类：按化学成分：①碳素钢②合金钢按质量：①普通钢②优质钢、高级优质钢优质碳素钢的牌号：两位数字表示，数字代表含碳量的百分之几低合金高强度结构钢：代表屈服点的字母“Q”、屈服点等级、质量等级和脱氧程度组成例如：Q235—A.F表示：屈服点为235Mpa的质量为A级的沸腾钢；Q235分为A、B、C、D四个质量等级；D最好、A最差；F—沸腾钢A、B级按脱氧程度分为：沸腾钢（F）半沸腾钢（B）C级为镇静钢（Z）可以不写D级为特殊镇静钢（TZ）可以不写不锈耐酸钢:不锈耐酸钢简称不锈钢。它是指在空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质中具有高稳定性的钢种。它在化工、石油、食品机械和国防工业中广泛应用。按不锈钢使用状态的金相组织，可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。现将各类不锈钢的特点简述如下：a铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素，通常含铬量的质量分数大于或等于13.00%，不含镍。某些钢种还添加有铝、钛和硫等。高铬钢（17.0%~30.0%Cr）有良好的抗高温氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蚀性，故其在硝酸和氮肥工业中广泛使用。高铬铁素体不锈钢的缺点是钢的缺口敏感性和脆性转变温度较高，钢在加热后对晶间腐蚀也较为敏感。如0Crl3不锈钢在弱腐蚀介质中，如淡水中，有良好的耐蚀性。b马氏体型不锈钢。铬是钢中的主要合金元素，钢在淬火—回火状态使用，有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用在弱腐蚀性介质，如海水、淡水和水蒸气等中，使用温度小于或等于580℃、通常作为受力较大的零件和工具的制作材料，由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。c奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬和镍，其次是钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有奥氏体组织，这类钢具有高的韧性、低的脆性转变温度、良好的耐蚀性和高温强度、较好的抗氧化性以及良好的压力加工和焊接性能。但是这类钢的屈服强度低，且不能采用热处理方法强化，而只能进行冷变形强化。d铁素体—奥氏体型不锈钢。这类钢是在奥氏体不锈钢基础上，添加更多的铬、钼和硅等有利于形成铁素体的元素，或降低钢的含碳量而获得的。其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。常用建筑钢材的选用原则1.碳素结构钢的选用原则工程主要使用Q235号钢；因为它各方面性能适中，成本较低；选用条件：荷载类型、连接方式、使用温度等2.低合金高强度结构钢的选用原则低合金高强度结构钢：含碳量小于0.02%低合金高强度结构钢比碳素结构钢强度高；塑性和韧性好；抗冲击、耐低温、耐腐蚀；质量稳定成本较高（2）铸铁含碳量大于2.11%以石墨形状特征分类：灰口铸铁：应用最广泛，片状石墨球墨铸铁：机械性能好，含碳量高，以石墨球形式存在于铸铁中可锻铸铁：高强度，团絮状石墨2.有色金属（1）有色金属材料标注（2）常用有色金属1）铝及铝合金的主要特性工业纯铝密度小，具有良好的导电性和导热性塑性好，但强度、硬度低，耐磨性差，可进行各种冷、热加工。铝合金分为：防锈铝合金：塑性、焊接性好硬铝合金：强度、塑性中等超硬铝合金：强度高、不耐腐蚀锻造铝合金：机械性能好在低温深冷工程的管道中较多采用铝及铝合金管。铜及铜合金的主要特性工业纯铜密度为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，塑性好铜合金除保持纯铜的特性外，还具有较高的强度主要品种有黄铜（以锌为合金）：耐腐蚀、强度较高青铜：耐磨、耐腐蚀3）镍及镍合金的主要特性纯镍是银白色的金属，强度较高，塑性好，导热性差，电阻大。镍表面在有机介质溶液中会形成钝化膜保护层而有极强的耐腐蚀性，特别是耐海水腐蚀能力突出。镍合金是在镍中加入铜、铬、钼等而形成的，耐高温、耐酸碱腐蚀。4）钛及钛合金的主要特性纯钛的强度低，塑性及低温韧性好耐腐蚀性好，纯度降低时，强度升高，塑性降低加入合金元素对其性能进行改善和强化形成钛合金，其强度、耐热性、耐蚀性可得到很大提高。5)铅及其合金的主要特性纯铅具有良好的耐腐蚀性、强度不高铅合金强度、硬度提高，可作为结构材料。铅不耐硝酸的腐蚀，在盐酸中也不稳定。6)镁及镁合金的主要特性纯镁密度小，化学活性强，强度不高，室温塑性低，耐蚀性差，易氧化，可用作还原剂。不能做结构材料镁合金可分为加工镁合金、铸造镁合金（二）非金属材料1.耐火材料（砌筑材料）：性能及使用耐火材料的主要性能指标有耐火度、荷重软化温度、高温化学稳定性、抵抗温度变化的能力好、抗压强度好、密度和比热容、热导率要小，隔热性能要好，电绝缘性能要好。分类：耐火砌体；耐火水泥及混凝土2.耐火隔热材料：依附于砌体的保温、保冷材料种类：常用的隔热材料有：硅藻土耐火隔热保温材料、硅酸铝耐火纤维、微孔硅酸钙保温材料、矿渣棉制品。3.耐蚀（酸）非金属材料：铸石、石墨、玻璃、天然耐蚀石料、水玻璃型耐酸水泥（1）铸石：铸石具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。其耐磨性能比钢铁高十几倍至几十倍。（2）石墨：石墨不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能，在高温下有高的机械强度。（3）玻璃：按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等，其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。硅酸盐玻璃具有较好的光泽和透明度、化学稳定性和热稳定性好（石英玻璃使用温度达1000~1100℃）、机械强度高（如块状玻璃的抗压强度约为600~1600MPa，玻璃纤维抗拉强度约1500~4000MPa）、硬度大（莫氏硬度为5.5~6.5）和电绝缘性强，但可溶解于氢氟酸。4.陶瓷材料：它们可用于制造某些工业构件、零件和工具。在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。（三）高分子材料是由相对分子质量很大的大分子组成的材料。2.高分子材料基本性能及特点：高分子材料具有质轻、比强度高、有良好的韧性、减摩、耐磨性好、电绝缘性好、耐蚀性、导热系数小、易老化、易燃、刚度小等特点。3.工程中常用的高分子材料：(1)工程中常用塑料制品聚四氟乙烯（PTFE，F-4）、聚苯乙烯（PS）等(2)橡胶1）橡胶的分类。橡胶分天然橡胶和合成橡胶两大类。2）工程中常用橡胶制品天然橡胶（NR）、丁基橡胶（IIR）、氯丁橡胶（CR）、氟硅橡胶（MFQ）。（3）合成纤维合成纤维按化学结构分为杂链纤维和碳链纤维。合成纤维具有强度高、密度小、耐磨和不霉不腐等特点，广泛用于制作衣料（四）复合材料基体相＋增强相复合而成特性：高强度比；耐疲劳；韧性、减震好；耐腐蚀等基体：树脂基体（基体胶结作用）和金属基体增强体：纤维、颗粒、片状应用：玻璃钢，塑料－钢复合材料，塑料－青铜－钢背复合材料等的应用。安装工程常用材料一、型材、板材、线材、管材（一）型材：圆、方、工字钢扁钢、槽钢、角钢、H型钢等（二）板材：钢板：厚、薄板、钢带、硅钢片等铝板：展性能好，适宜咬口连接、耐腐蚀，且具有传热性能良好，在摩擦时不易产生火花的特性，所以铝板常用于防爆的通风系统塑料复合钢板：具有较好的耐腐蚀性能，安装工程中应用广泛。（三）管材：1.金属管材：（1）无缝钢管（2）焊接钢管（3）合金钢管（4）铸铁管（5）有色金属管2.非金属管材：混凝土管、石墨管、铸石管等3.复合管材（四）线材：钢筋（圆钢、螺纹钢）与钢丝金属线材主要指普通低碳钢热轧圆盘条，从品种上来说还有电焊盘条、优质盘条等二、防腐、绝热材料（一）防腐材料1.涂料：主要成膜材料：有油料、天然树脂和合成树脂。天然树脂是指沥青、生漆、天然橡胶等次要成膜材料：颜料辅助成膜材料：溶剂2.玻璃钢：以掺合树脂命名玻璃钢由于有玻璃纤维的增强作用，一般都具有较高的机械强度和整体性，受到机械碰击等不容易出现损伤。玻璃钢的种类很多，均以掺合的合成树脂命名，常用的有环氧玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧酚醛玻璃钢、环氧煤焦油玻璃钢、环氧呋喃玻璃钢和酚醛呋喃玻璃钢等。玻璃钢结构应具有耐蚀、耐渗以及与基体表面有较好的粘结强度等方面的性能。3.橡胶：天然橡胶为主4.耐蚀非金属材料：砖、板、管材衬里胶合剂（二）绝热材料1.绝热材料按其成分不同可分为有机材料和无机材料两大类。2.按照绝热材料使用温度限度又可分为高温用、中温用和低温用绝热材料三种3.绝热材料的主要技术性能：绝热材料的最高（低）使用温度；导热系数和材料的吸水率、吸湿率、含水率；绝热材料的密度（容重）；绝热材料的机械强度；材料的燃烧性能；材料的化学性能。