金属材料基础知识

一 金属材料分类一 金属材料分类 金属材料 指纯金属或合金 经过熔炼和各种加工后而制成的材料 按性质特点 通常分为黑色金属材料和有色金属材料两大类 黑色金属材料的分类 一 钢的分类 钢是指含碳量低于 2 11 的铁碳合金 1 按照化学成分分类 1 碳素钢 钢中除铁外 主要只含有碳 硅 锰 硫 磷等几种元素 按含碳量分类 低碳钢 含碳量低于 0 25 的钢 中碳钢 含碳量在 0 25 0 6 的钢 高碳钢 含碳量超过 0 6 的钢 2 合金钢 是指在碳钢的基础上 为改变钢的性能 在冶炼过程时特意加入一种或多种合金元素而炼 成的钢 根据钢中合金元素总含量的多少分为 2 按冶炼质量分类 1 普通钢 钢中含硫量不超过 0 055 0 065 含磷量不超过 0 045 0 085 2 优质钢 钢中含硫量不超过 0 030 0 045 含磷量不超过 0 035 0 040 3 按照用途分类 1 结构钢 用以制造各种工程结构件 如建筑 桥梁 锅炉 船舶 车辆构件 和机械零件 如齿 轮 轴类零件 的钢 用于制造机械零件的钢 通常称为机械制造用结构钢 主要钢种有优质碳素结构钢 合金结构钢以及各种 专门用途的结构钢 如弹簧钢 轴承钢等 这类钢大多要经过热处理后才能使用 2 工具钢 这是用以制造各种工具的钢 按其化学成分 通常分为碳素工具钢 合金工具钢和高速工 具钢 按其用途 又可分为刃具钢 或称刀具钢 模具钢和量具钢 3 特殊用途钢 是指某些具有特殊物理 化学或机械性能的钢 如不锈钢 耐碳钢 耐热钢 磁钢 等 4 按照炼钢方法分类 转炉钢 用转炉炼出来的钢 它按炉衬材料分为酸性转炉钢和碱性转炉钢 按进风方法又分为底吹转炉 钢 侧吹转炉钢和纯氧顶吹转炉钢 平炉钢 用平炉炼出来的钢 它按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢 电炉钢 用电炉炼出来的钢 它按炉衬材料又分为酸性电炉钢和碱性电炉钢 5 按照脱氧程度分类 镇静钢 脱氧完全的钢 钢锭的组织紧密坚实 但上部有较深的缩孔 轧制钢材时损耗较大 除部分碳 素钢和优质碳素钢外 其余种类钢一般都制成镇静钢 表示 Z TZ 特殊 沸腾钢 脱氧不完全的钢 钢锭上部没有缩孔 只是内部有许多分散的小气泡 但是钢锭外层还是坚实 的 而这些分散的小气泡在轧制钢材过程中完全可以被压合消除掉 表示 F 半镇静钢 钢的脱氧程度和性能介于镇静钢和沸腾钢之间 表示 b 6 按几何截面的形态 1 板材 薄钢板 中厚板 厚钢板薄钢板多用做机罩 油箱 水箱和冲制器具 中厚板及厚板中的普通钢板 Q235A F 16Mn 等多用做常压容器壳体 容器支座 法兰及盲板等 Q235A F 及 Q235B Q235C 在一定限 制条件亦可制作压力容器壳体 2 管材 无缝钢管 用整块金属轧制而成 由于轧制方法不同分为热轧 冷拔和挤压钢管 3 种 无缝钢管多用于带 压介质和压力容器受压零件 有缝钢管 又称焊接钢管 它是用带状钢板经成形 焊接而成 对接焊缝为螺旋状者为螺旋焊接管 有缝 钢管多用于水或煤气的输送管道 以及其他非易燃 有毒介质的低压管道 钢管规格常用外径和壁厚表示 l59mm 6mm 20 表示钢管外径为 159mm 壁厚 6mm 材质为 20 号钢 3 型材 型材也称型钢 根据截面特点分为角钢 工字钢 槽钢 圆钢 方钢 六角钢和扁钢等 槽钢 分为热轧普通槽钢 热轧轻型槽钢和普通低合金轻型槽钢 3 大类 工字钢 分为 3 大类 即热轧普通工字钢 热轧轻型工字钢及普通低合金热轧轻型工字钢 角钢 分为等边角钢和不等边角钢两类 4 线材 线材一般包括钢筋 钢丝及铁线等 钢筋常用做钢筋混凝土中的支架材料 以普通低合金钢替代普通碳素钢 可以使钢结构产品更加轻巧 坚实和耐用 低合金钢是在冶炼普通碳素钢时加入少量的合金元素炼出来的 最普通的低合金钢 16 锰钢 它的屈服强度比常用的 3 号钢高 50 左右 并明显地改善钢的抗腐蚀 耐磨 耐低温 抗疲劳等方面的性能 根据加入不同的合金元素 所起的作用有所不同 二 二 生铁的分类生铁的分类 生铁是含碳量高于 2 的铁碳合金 还含有硅锰硫磷等一些杂质 生铁按用途 通常分为炼钢生铁和铸 造生铁两大类 炼钢生铁是指用于炼钢的生铁 一般含硅量较低 小于 1 75 含硫量较高 小 0 07 它是炼钢用 的主要原料 在生铁产量中约占 80 90 由于其质硬而脆 断口呈白色 所以也叫白口铁 铸造生铁是指用于铸造各种生铁件的生铁 俗称翻砂铁 一般含硅量较高 达 3 75 含硫量稍低 小于 0 06 它在生铁产量中约占 10 20 是钢铁厂中的主要产品 因 其断口呈灰色 所以也叫灰口铁 三 铁合金的分类 三 铁合金的分类 铁合金是在炼铁时按需加入其他成分 炼成含有多量合金元素的特种生铁 铁合金是炼钢的原料之一 也 可用于铸造 在炼钢过程中 它作为钢的脱氧剂或合金元素添加剂 用以改善钢的性能 铁合金的品种很多 如按所含的元素来分 可分为 硅铁 锰铁 铬铁 钨铁 钼铁 钛铁 磷铁 硼 铁 镍铁 铌铁 硅锰合金 稀土合金等 其中用量最大的是硅铁 锰铁和铬铁 按生产方法的不同 铁 合金还可分为 高炉铁合金 电炉铁合金 炉外法铁合金 真空碳还原铁合金等 四 铸铁的分类 四 铸铁的分类 铸铁和生铁一样 也是一种含碳量高于 2 一般在 2 5 3 5 范围内 的铁碳合金 它是用铸造生铁 作原料 经冲天炉或工频炉等熔炼设备重熔 重熔时严格控制其化学成分而制得的 铸铁由于具有各种使用性能 如耐磨性 消震性优良 缺口敏感性低 切削加工性好等 且生产简便 成本低廉 因此在工业生产中得到广泛的应用 铸铁的分类方法较多 如按断口颜色的不同 可分为灰口铸铁 白口铸铁和麻口铸铁三类 按化学成分的不同 可分为普通铸铁和合金铸铁两类 按组织 性能的不同 可分为普通灰铸铁 孕育铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁和特殊性能铸铁 如耐热铸铁 耐蚀铸铁 耐磨铸铁 等 二 有色金属材料的分类二 有色金属材料的分类 除钢铁材料以外 其余的金属材料统称为有色金属材料 亦称非铁金属材料 常见的分类方法有以下两种 一 按密度 或价格 在地壳中的储量和分布情况分类 I 轻有色金属材料 指密度小于 4 59 cm3 的有色金属材料 包括铝 镁 钠 钾 钙 锶 钡等纯 金属及其合金 2 重有色金属材料 指密度大于 4 59 cm3 的有色金属材料 包括铜 镍 铅 锡 锌 锑 钴 镉 汞 铋等纯金属及其合金 3 贵有色金属材料 指价格比一般金属贵的有色金属材料 包括金 银和铂族元素 铂铱钯钌铹锇 及其合金 4 半金属材料 指硅硒碲砷硼等 其物理化学性质介于金属与非金属之间 故称半金属 5 稀有金属材料 指自然界中含量很少 分布稀散或难以从原材料中提取的金属 包括稀有轻金属材 料 如钛 等纯金属及其合金 稀有难熔金属材料 如钨 钼 等纯金属及其合金 稀有分散金属材料 如镓 等金属 稀土金属材料 如钪 铱及镧系元素等金属 和稀有放射性金属材料 如镭及锕系元 素等金属 二 按照生产方式和用途分类 I 有色冶炼产品 指以冶炼方法得到的各种有色金属材料 如铜锭 铝锭 锡锭 铅锭 锌锭等 2 有色加工产品 指以压力加工方法得到的各种板带管棒等有色半成品材料 如纯铜加工产品 黄铜 加工产品 青铜加工产品 白铜加工产品 铝及铝合金加工产品 钛及钛合金加工产品 锌及锌合金加工 产品等 3 铸造有色合金 指以铸造方法而获得的各种有色合金铸件或铸锭 如铸造青铜 铸造黄铜 铸造铝 合金 铸造镁合金等 4 轴承合金 指制作滑动轴承轴瓦的有色金属材料 如锡基轴承合金 铅基轴承合金 铝基轴承合金 等 5 硬质合金 指以难熔硬质金属化合物 如碳化钨 碳化钛 作基体 以钴铁或镍作粘结剂 采用粉 末冶金法 也有铸造的 制作而成的一种硬质工具材料 包括普通硬质合金和钢结硬质合金 6 中间合金 指熔炼过程中 为了使合金元素能准确而均匀的加入合金中去而配制的一种过渡性合金 如铜硅中间合金 铝锰中问合金等 7 印刷合金 指专用于印刷工业的铅字合金 8 焊料 指焊接金属制件时所用的有色合金 包括软焊料 即铅基和锡基焊料 硬焊料 即铜基和锌 基焊料 和银焊料 9 金属粉末 指粉状的有色金属材料 如镁粉 铝粉 铜粉等 10 其他专用合金 如稀土产品 复合材料 如双金属 等 碳素结构钢的用途 Q195 Q215A Q215B 用来制造薄板 低碳钢丝 焊接钢管 钢钉 钢丝网 炉撑 烟囱 屋面板 地脚螺栓 铆钉等 Q235A 由于价格低廉 又具有良好的强度 塑性 焊接性 切削加工性等而应用广泛 常用来制造 薄板 钢筋 钢结构用各种型条钢 中厚板 铆钉 某些机械零件 化工容器外壳 法兰 机车车辆 Q255A 用来制造钢结构用各种型条钢和钢板 但使用面不如 Q235A 钢广泛 也用于制造各种机械零 件 二 钢的成分二 钢的成分 钢的化学成分钢的化学成分 钢是含铁合金 除含有铁元素外 还含有其他各种元素 我们称钢中各主要化学元素在质量中的百分含量 为钢的化学成分 化学成分的多少 是影响钢性能的主要因素之一 1 碳 C 它的含量多少对钢的力学性能影响很大 当含碳量不超过 0 9 时 含碳量越多 钢的硬度和抗拉强度就 越高 如果含碳量超过了 0 9 钢的硬度增高 脆性更大 强度就会降低 同时 钢的含碳量越高 其 延伸率 断面收缩率和冲击值就越低 耐腐蚀性越差 2 锰 Mn 锰能溶解在钢中 它能提高钢的硬度和强度 使钢耐磨 锰存在于钢中有去氧作用 减少钢的气孔 锰容 易同钢中的硫形成化合物 从而大大减少硫在钢中的危害 但锰的含量过高 将会影响钢的可焊性能 一 般碳素钢含锰均在 1 以下 要求焊接性能好 钢材含钢量应不超过 0 7 3 硅 Si 硅可显著提高钢的抗拉强度 并在较小程度上提高钢的屈服极限 但使钢的塑性 冲击韧性有所下降 硅 能提高钢的抗腐蚀能力 并在冶炼过程中起脱氧作用 4 硫 s 为钢中的有害元素 硫不溶于钢中 而且与铁化合成硫化物 如果含硫量过高 当钢材在热加工时 容易 发生热脆现象 因而硫在钢中的含量一般不能超过 0 05 5 磷 P 为钢中的有害元素 尽管它溶解于钢中 会提高钢的硬度和强度 但是它会剧烈地降低钢的塑性和韧性 因此 磷在钢中的含量一般不能超过 0 05 6 铜 Cu 少量的铜能熔于铁素体中 改善低合金钢的性能 如铜的含量超过限度 则引起硬化现象 使钢的强度提 高 塑性 韧性大大降低 铜有防锈抗镀作用 对可焊性影响不大 7 钛 Ti 是强烈的脱氧剂 能提高钢的强度和韧性 但对塑性有所降低 钛能改善钢的可焊性 并增强抗腐蚀能力 8 钒 V 提高钢的韧性并降低钢的脆性 又可增加焊接后的淬硬强度 9 钼 Mo 显著地提高钢的强度 并增强了钢抗热裂性能和抗腐蚀能力 10 铬 Cr 提高钢的硬度 耐磨性和淬硬性 铬还能使钢在高温时有防锈和耐酸能力 但使塑性有所下 降 11 铝 Al 是强烈的脱氧剂 它能提高钢的冲击韧性 改善冷脆现象 但过量时 钢的强度会减低 12 镍 Ni 它能提高钢的强度和抗蚀能力 在一定范围内 对冲击韧性影响不大 13 稀土 钢中加入少量稀土元素后 对提高钢的强度 改善钢的塑性 低温脆性 腐蚀性及可焊性等 均有好处 钢的力学性能主要是指它抵抗外力而不致损坏的能力 通常结构上所受的外力可以分成拉伸 压缩 剪 切 扭转和弯曲等 钢的力学性能主要是通过抗拉强度 屈服强度 延伸率 收缩率 冲击值和硬度等数值来表示 这些数 值是通过专门的机械试验方被测定的 三 材料力学的基础知识三 材料力学的基础知识 管道工程用的材料应具备的性能 使用性能和工艺性能 使用性能 是指材料咋使用过程中所表现的特性 包括力学性能 物理性能和化学性能 工艺性能 是指材料的加工制作过程所表现的性能 一 力学性能 1 强度 金属材料制成的零件 在使用过程中受到各种外力作用时 会引起零件的变形 尺寸和形状的改变 这 种外力 如果是平稳地慢慢地加上去的称静载荷 如果是突然很快地加上去的 称冲击载荷 材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度 强度的特性指标主要是屈服强度和抗拉强度 极限 1 抗拉强度 N mm2 材料抵抗拉力破坏作用的最大能力叫做抗拉强度 又被称为抗拉极限强度 2 屈服强度 N mm2 材料在受外力到某一程度时 其变形突然增加很大 材料抵抗这时候的外力的能力叫做屈服强度 又叫屈 服极限 2 塑性 材料在外力作用下 产生塑性变形而不断裂的特性称为塑性 塑性大小的指标是伸长率 和断面收缩率 愈大 表示材料的塑性愈好 金属材料的塑性 可以承受各种变形加工 又可以提高管道使 用的可靠性 防止突然断裂 3 硬度 硬度是指金属表面抵抗比它更硬物体压入的能力 它是衡量材料软硬的一个指标 工程上表示材料硬度的 指标常用的有布氏硬度 HBS 压头为钢球 HBW 压头为硬质合金 和洛氏硬度 HRA HRB HRC 4 冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力称冲击韧性 冲击值 材料抵抗多次冲击而不被破坏的能力主 要取决于材料本身的强度 5 疲劳 材料所受的载荷 若其大小和方向做周期性的变化 称交变载荷 受交变载荷作用的材料常常在小于屈服 极限 甚至小于弹性极限的情况下 经一定循环次数后便发生突然断裂 断裂前无明显的变形 这种现 象称为材料的疲劳断裂 疲劳断裂具有很大的危险性 常造成严重事故 二 工艺性能二 工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属的延展性 可锻性 切削加工性 可焊接性和可铸造性 这些工艺性能直 接影响制造零件的加工方法 掌握了这些性能后 就能恰当地选择材料 1 可延展性 金属材料的可延展性是指能拉拔成丝 辗轧成板的难易程度 它与金属的纯度高低和 塑性的好坏等因素有关 2 可锻性 金属材料的可锻性是指它承受压力加工 锻打 能改变原来形状 而不产生裂纹的性能 它与金属的成分 性能和加工温度有关 钢中含碳量少 塑性好 在加热状态下可锻性好 黄铜 和铝合金在冷态下有良好的可锻性 3 切削加工性 金属材料的切削加工性是指被刀具切削成型的难易程度 它与金属的成分 力学 性能 硬度 韧性 加工硬化 导热性等许多因素有关 强度 韧性大和硬度高的材料不易被 切削 钢的硬度在 160 220HB 范围内有良好的切削加工性 铜 铝合金和铸铁有较好的切削加工 性 4 可焊接性 金属材料的可焊接性是指用焊接的方法 使两块金属牢固地连接成整体而不发生裂缝 的性能 它用来衡量金属材料在一定焊接工艺条件下获得优良接头的难易程度 与金属材料的成 分 焊接方法 具体工艺及焊接参数等因素有关 如含碳量低的低碳钢和低碳合金钢具有较好的 焊接性 而铸铁和铝合金等焊接性较差 若改用氩弧焊 铝合金也易焊接 5 可铸造性 金属和合金加热熔化后 浇注到铸型里 冷却后凝固成各种制品的形状称可铸造性 它与金属和合金液体的流动性 收缩性和熔点有关 流动性大 收缩性小 熔点低 可铸造性就 好 反之较差 铸铁 黄铜 青铜和铸造铝等金属都具有良好的可铸造性 三 金属材料三 金属材料 在金属材料中 纯金属材料具有较高的导电性 导热性和良好的塑性等优点 但它有强度低 价格高和种 类有限等局限性 不能满足各种场合的使用要求 因此在工业上应用较少 而使用较多的是合金材料 1 碳钢 碳素钢 碳钢是含碳量小于 2 11 的铁碳合金 但实际使用的碳钢其含碳量都不超过 1 3 1 4 此外还或多或 少含有硅 Si 锰 Mn 硫 S 磷 P 氢 H 等其他元素 通称杂质 碳是碳钢中的重要元素 随着含碳量的增大 碳钢的硬度增高 而韧性和塑性下降 碳素结构钢应用范围 Q195 Q215AQ215B 用来制造薄板 低碳钢丝 焊接钢管 钢钉 钢丝网 炉撑 烟囱 屋面板 地脚螺 栓 铆钉等 Q235A 由于价格低廉 又具有良好的强度 塑性 焊接性 切削加工性等而应用广泛 常用来制造薄 板 钢筋 钢结构用各种型条钢 中厚板 铆钉 某些机械零件 化工容器外壳 法兰 机车车辆 Q255A 用来制造钢结构用各种型条钢和钢板 但使用面不如 Q235A 钢广泛 也用于制造各种机械零件 优质碳素结构钢 10 10F 用来制造锅炉管 油桶顶盖 铜带 钢丝 铜板和型材 用于制造机械零件 20 20F 用于不经受很大应力而有韧性的各种机械零件 如拉杆 轴套 螺栓 螺钉 起重钩等 也用 于制造在 60 个大气压 450 以下非腐蚀介质中使用的管子等 还可用于制造芯部强度不大的渗碳与氰化 零件 如轴套 链条的辊子 轴以及不重要的齿轮 链轮等 35 用作热锻的机械零件 冷拉和冷顶锻钢材 无缝钢管 机械制造中的零件 如转轴 曲轴 轴销 拉杆 连杆 横梁 星轮 套筒 轮圈 钩环 垫圈 螺栓 螺钉 螺母等 还可用来铸造汽轮机机身 轧钢机机身 飞轮等 40 用来制造机器的运动零件 如辊子 轴 曲柄销 传动轴 活塞杆 连杆 圆盘等 45 用来制造蒸汽透平机 压缩机 泵的运动零件 还可以用来代替渗碳钢制造齿轮 轴 活塞销等零 件 但零件需经高频或火焰表面淬火 并可用作铸件 55 用于制造齿轮 连杆 轮圈 轮缘 扁弹簧及轧辊等 65 用于制造气门弹簧 弹簧圈 轴 轧辊 各种垫圈 凸轮及钢丝绳等 70 用于制造弹簧 碳素工具钢按国家标准 GB 1298 1986 规定 碳素工具钢的牌号用 碳 或 T 后面加数字 表示 这类钢平均含碳量的千分之几 的方法表示 如牌号 T7 或碳 7 表示平均含碳量为 0 7 的碳素工具钢 若在钢牌号后面加一个 A 或高 则为高级优质碳素工具钢 如 T12A 或碳 12 高 2 合金钢 在炼钢过程中 有意识地向碳钢内加入一种或数种金属或金属与非金属元素 而获得某些特定性能和提高 钢的性能的钢种称合金钢 加入的元素称为合金元素 合金元素加入钢中有些元素熔于铁素体中 强化了 铁素体 细化晶粒 提高了钢的强度 硬度 耐磨性 改善了钢的韧性等 有些元素与钢中的碳形成化合 物 提高钢的硬度 熔点和稳定性等 合金钢的分类 合金钢的种类繁多 按国家标准 即按用途 分为低合金结构钢 含碳量 0 2 含合 金元素总量 3 合金结构钢 渗碳钢和调质钢 合金工具钢 刃具钢 量具钢 模具钢 和特殊性 能钢 不锈钢 耐热钢和耐磨钢等 3 铸铁 铸铁指含碳量 2 11 常用为 2 5 4 并含有硅 锰 硫 磷等元素的一种铁碳合金 铸铁生产成 本低 而且具有优良的铸造性能与耐磨性 消震性 切削加工性等特点 因此 铸铁是工业上应用很广的 结构材料 但是 铸铁的强度 塑性 韧性较差 不能通过锻造 轧制等方法加工成型 铸铁的分类 根据碳在铸铁中存在的形态不同 铸铁可分为下列几类 a 白口铸铁 碳大部分以渗碳体的形态存在于铸铁中 其断口呈银白色 故称白口铸铁 简称白口铁 它们性能硬而脆 不易切削加工 很少直接用来制造零件 有时也利用它硬而耐磨的特性制作一些承受强 烈挤压和耐磨的零件 如球磨机的磨球 犁铧等 b 灰口铸铁 碳几乎全部以片状石墨存在于铸铁中 其断口呈暗灰色 故称灰口铸铁 又称灰铸铁 工 业上应用的铸铁绝大部分是这类铸铁 C 球墨铸铁 碳以球状石墨存在于铸铁中 它具有比灰铸铁高得多的力学性能 并可通过热处理进一步提 高其性能 在生产中 球墨铸铁制件已成功地代替了部分碳钢和合金钢制造的机器零件 d 可锻铸铁 碳以团絮状石墨存在于铸铁中 它是由一定成分的白口铸铁经过长时间的石墨化高温退火处 理后得到的铸铁 具有比灰铸铁较好的塑性和韧性而称为可锻铸铁 用于制造各种管接头 低压阀门和部 分机械零件 e 蠕墨铸铁 碳以蠕虫状石墨存在 它的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间 可用来代替高强度灰铸铁 合 金铸铁及部分球墨铸铁与可锻铸铁 f 合金铸铁 特殊性能铸铁 它是在铸铁 灰铸铁或球墨铸铁 中加入一些合金元素 如铬 钛 铜等 使铸铁具有某些特殊性能 如耐磨 耐热 耐蚀等 4 4 有色金属与合金 有色金属与合金 通常把黑色金属以外的其他金属与合金统称为有色金属 有色金属及其合金种类很多 它们具有许多与 钢铁不同的特性 如铜及其合金导电性好 铝 钛及其合金相对密度小 镍 钼 钨及其合金耐高温等 虽然它们的产量和使用量不如钢铁 但在工业中是不可缺少的材料 本节主要介绍工业上常用的铝 铜及 其合金 4 14 1 铝及铝合金铝及铝合金 铝是一种银白色的轻金属 在自然界中分布很广 几乎占地壳全部金属的 1 3 铝很轻 铝的导电 导热性能好 铝抗大气腐蚀性好 铝具有良好的塑性 铝的强度较低 冷加工硬化处 理后 抗拉强度可提高到 150 250N mm2 但塑性却下降 40 50 根据上述特点 工业纯铝主要用来 制造电线以及要求具有导热和抗大气腐蚀且对强度要求不高的制品 铝合金 纯铝的强度低 不能用做结构材料 若在铝中加入一定量的合金元素 如硅 铜 镁 锰等则可得到较高 强度的铝合金 如果再经过冷变形和热处理 抗拉强度还可进一步提高 根据生产工艺特点 铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金 形变铝合金按其性能和用途的不同 分为防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金和锻铝合金四类 4 24 2 铜及铜合金铜及铜合金 纯铜 纯铜呈紫红色 又称紫铜 纯铜的导电性 导热性和耐蚀性都很好 并可以焊接 具有较高的韧 性和塑性 但强度和硬度较低 黄铜 以铜为基的铜锌合金称为黄铜 黄铜具有良好的力学性能 耐蚀性能 导电性能 导热性能和加 工工艺性能 青铜 除黄铜和白铜以外 铜与其他元素 如锡 铝 硅 铅等所构成的合金均称为青铜 按化学成分 又分锡青铜 铝青铜 硅青铜等多种 青铜的主要特点是耐蚀性和耐磨性较好 4 34 3 铸铁铸铁 铸铁是指含碳量 2 11 常用为 2 5 4 并含有硅 锰 硫 磷等元素的一种铁碳合金 铸铁生产 成本低 而且具有优良的铸造性能与耐磨性 消震性 切削加工性等特点 因此 铸铁是工业上应用很广 的结构材料 但是 铸铁的强度 塑性 韧性较差 不能通过锻造 轧制等方法加工成型 铸铁 生铁 熟铁和碳钢区别铸铁 生铁 熟铁和碳钢区别 都是铁碳合金 碳钢含碳量 2 11 熟铁是含碳量很低的碳钢 铸铁是用生铁作原料 16Mn 钢为非压力 容器用钢 管板和法兰 16MnR 钢为压力容器用钢 成分相同 但加工工艺不同 四 钢的成分四 钢的成分 1 A 3 普通碳素钢的三号甲类镇静钢 2 A3F 普通碳素钢的三号甲类沸腾钢 3 Q235 A B C D F b Z TZ ABCD 质量等级 等级大 强度高 塑性低 F b Z TZ 脱氧方法符号 含碳量含碳量 16MnR 平均含碳量为 0 16 含少量锰 20 平均含碳量为 0 20 含硫磷低 综合机械性能好的优质碳素钢 20g 平均含碳量为 0 20 锅炉用钢 R g C q DR 分别表示压力容器用钢 锅炉用钢 船舶用钢 桥梁用钢 低温容器专用钢 中厚钢板及厚钢板均用热轧 轧制方向有纤维组织 横向和纵向力学性能有相当大的差异 五 钢的热处理 一 概念及意义 钢的热处理是指采用适当方式将钢或钢制工件进行加热 保温和冷却 以获得预期的组织结构与性能的 工艺 二 热处理工艺的种类 普通热处理 即退火 正火 淬火 回火 表面热处理 包括表面淬火 感应加热淬火 火焰淬火 和化学热处理 渗碳 氮化等 1 退火 将钢加热到适当温度 保持一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 2 正火 将钢加热到适当温度 保持一定时间后出炉空冷的热处理工艺叫做正火 正火又叫做常化 它比退火的冷 却速度快 只适用于碳素钢及合金元素含量不高的合金钢 3 淬火 将钢加热到适当温度 保持一定时间 然后快速冷却的热处理工艺 最常见的有水 盐水 冷淬火 油冷淬 火等 4 回火 将淬火钢重新加热到低于 727 的某一温度 保温一定时间 然后空冷到室温的热处理工艺 称为回火 淬火钢必须及时回火 钢的表面热处理 在冲击荷载和摩擦条件下工作的零件 如齿轮等 要求其表面具有高的硬度和耐磨性 而心部应具有足够 的塑性和韧性 这种零件表面和心部具有不同的性能要求 难以用选材和普通热处理解决 而表面热处理 能满足这类零件的要求 常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种 1 表面淬火 表面淬火是仅对工件的表面层进行淬火 而心部仍保持未淬火状态 2 化学热处理 化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热 保温 冷却的一种方法 使一种或几种元素渗入钢件表 层 以改变钢件表面层的化学成分 组织和性能的热处理工艺 渗碳 是指把低碳钢工件放在渗碳性介质中 加热到一定温度 一般为 930 左右 保温足够长的时间 使表 面层的碳浓度升高 这样一种热处理工艺称为渗碳 氮化 氮化是指向钢的表面渗氮以提高表面层氮浓度的热处理过程 管工工具 量具及设备 工具 1 打击类 大锤 手锤等 锤偰 做时杆柄露出锤头 10mm 15mm 柄杆用腊杆木 大锤按重量分为 3 4 5 6 8 公斤 使用时应该注意不能打空锤 及捶打锤或工具 使用大锤时不能带手套 衣服袖口要穿戴好 手锤全长约 300mm 按重量分为 0 25 0 5 0 75 1 0 1 25 1 5 公斤 夹持工具 台虎钳 分为固定式和转盘式 按规格分 75 100 125 150 200mm 管子台虎钳 紧固工具 扳手 固定式 单头 双头 活动式 按规格分 长度 100150200250300375450600 开工宽度 1419243036465565 管钳子 长度 1502002503003504506009001200 支持最 大外径 2025304050607080100 切割工具 1 手锯 可调式锯条长度为 200 250 300mm 厚度为 0 64mm 宽度为 12 或 13mm 规格及用途 类别齿距25mm 长度齿数 粗 1 814 16 中 1 2 1 418 22 细 0 8 124 32 粗齿用于软钢 铝 紫铜 塑料 人造胶等 中齿用于硬度铜 黄铜 厚壁管 厚钢材 铸铁 细齿用于薄小型刚 板材 薄管 角钢等 管子割刀 型号 1 2 3 4 切管公称直径 25mm 4 6 分管 15 50mm 1 寸 2 寸 25 75mm 50 100mm 2 寸 114 注 1 寸 25 4mm 使用时应注意 1 销轴 刀 架 槽跑道 锉削工具 锉刀 由碳素工具钢锻造而成 经过热处理硬度在 HRC62 67 之间 齿纹分单 双 齿纹与锉刀中心夹角叫齿角 双齿锉刀齿角不同 一个 45 度一个 65 度 使锉痕交错 表面光滑 按种类分 1 普通锉 平锉 方锉 三角锉 半圆锉 圆锉 2 特种锉 3 整形锉 什锦锉 锉是以长度及断面形状 齿的粗细来表示 长度分 9 种 100 125 150 200 250 300 350 400 450 选择标准 1 按工件加工面的大小余量定 2 粗细取决于工件材料性质 加工精度 光洁度高低余量大小 注意事项 1 使用前检查手柄是否牢靠 2 锉刀面无油污杂质 3 使用时用力均匀 用力向前方推力 4 使用后保管好 两锉刀面不能重叠放置 5 锉刀不能撬 敲击或用手锤直击 板牙 板牙架 4 块为一组 1 套板牙可以套 2 种尺寸螺纹 操作 1 首次用力量不能轻浮 2 选料管直径 3 与阀件匹配 丝扣长度 手 2 3 扣 带丝加油 套丝压力平稳 水平尺 注意事项 1 严禁碰撞 2 测量立面时尽量不用 3 高空水平测量应有措施 4 用调校 调向记录 5 短面有辅助面配合 管道工程的概念 管道工程专业术语 管道 由管道组成件和管道支承件组成 用以输送 分配 混合 分离 排放 计量 控制或制止流体流 动的管子 管件 法兰 螺栓联接 垫片 阀门和其他组成件或受压部件的装配总成 管道组成件 用于 连接或装配管道的元件 它包括管子 管件 法兰 垫片 紧固件 阀门以及膨胀接头 挠性接头 耐压 软管 疏水器 过滤器和分离器等 管道支承件 管道安装件和附着件的总称 安装件 将负荷从管子或管 道附着件上传递至支承结构或设备上的元件 它包括吊杆 弹簧支吊架 斜拉杆 平衡锤 松紧螺栓 支 撑杆 链条 导轨 锚固件 鞍座 垫板 滚柱 托座和滑动支架等 附着件 用焊接 螺栓联接或夹紧 等方法附装在管子上的零件 它包括管吊 吊 支 耳 圆环 夹子 吊夹 紧固夹板和裙式管座等 自由管段 在管道预制加工前 按照单线图选择确定的可以先行加工的管段 封闭管段 在管道预制加工前 按照单线图选择确定的 经实测安装尺寸后再行加工的管段 公称压力 公称压力是为了设计 制造和使用的方便而规定的一种标准压力 在数值上它正好等于第一级 工作温度下的最大工作压力 用 PN 表示 其后附加压力数值 数值的单位为 MPa 公称直径 管子和管路附件的公称直径是为了设计 制造 安装和检修方便而规定的一种标准直径 一般 情况下公称的数值既不是管子的内径 也不是管子的外径 而是与管子的外径相接近的一个整数值 公称 直径用符号 DN 表示 其后附加公称直径的数值 数值的单位为 mm 工作压力 工作压力是为了保证管路工作时的安全 而根据介质的各级最高工作温度所规定的一种最大压 力 最大工作压力是随着介质工作温度的升高而降低的 用 P 表示 单位为 MPa 压力试验 以液体或气体为介质 对管道逐步加压 达到规定的压力 以检验管道强度和严密性的试验 泄漏性试验 以气体为介质 在设计压力下 采用发泡剂 显色剂 气体分子感测仪或其他专门手段检查 管道系统中泄漏点的试验 稳压 指在压力试验达到规定压力时 在规定时间内以泵或压缩机维持规定的压力 停压 指在压力试验达到规定压力时 切断气源 或液源 以检查管道泄漏状况 管道分级 目前我国管道分级是根据美国标准 ANSI ASME B31 3 并结合我国的习惯做法来进行分级的 并有国家 标准和行业标准之分 1 按国家标准分级 根据中华人民共和国国家标准 GB50235 97 工业金属管道工程施工及验收规范 规定 按介质类别将管道分为 A B C D 四类 A 类管道 输送高压介质管道 B 类管道 中压和剧毒介质管道 C 类管道 有毒及甲 乙类火灾危险物质管道 D 类管道 非可燃介质 无毒介质的低压管道 3 按我国化工行业标准分级 根据中华人民共和国行业标准 HG20225 95 化工金属管道工程施工及验 收规范 规定 管道按管道所输送的介质分为四类 A 类管道输送剧毒介质的管道 B 类管道输送可燃介质或有毒介质管道 C 类管道输送非 可燃介质 无毒介质管道 D 类管道设计压力 p 1 MPa 且设计温度为 29 186 的输送非 可燃介质 无毒介质的低压管道 管道工程材料 钢的分类 1 碳素钢 低碳钢 含碳量一般小于 0 25 中碳钢 含碳量一般在 0 25 0 60 之间 高碳钢 含碳量一般大于 0 60 2 合金钢 低合金钢 合金元素总含量一般小于 3 5 中合金钢 合金元素总含量一般在 3 5 10 之间 高合金钢 合金元素总含量一般大于 10 3 建筑钢 结构钢 碳素结构钢 合金结构钢 工具钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢 特殊性能钢 不锈钢 耐酸钢 耐热钢 磁钢等 焊工部分焊工部分 第二节 焊工应知应会 1 焊条与焊丝 1 1 焊丝基础知识 1 1 1 焊丝用作焊条芯 作为电极与填充金属 还用作气焊 钨极氩弧焊 等离子弧焊的填充金属及埋弧 自动焊 CO 焊接熔化极氩弧焊和电渣焊的电极与填充金属 1 1 2 焊丝的种类有 碳素结构钢与合金结构钢焊丝 不锈钢焊丝 碳素焊条钢丝 铜及铜合金焊丝 铝 及铝合金焊丝等 1 2 焊条基础知识 1 2 1 焊条的型号有 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 堆焊焊条 铝及铝合金焊条 铜及铜合金 焊条等 1 2 2 焊条的牌号 原国家机械委员会编写 1987 年版的 焊接材料样本 对产品牌号做了规定 焊条牌 号共分为十大类 第一类 结构钢焊条第二类 钼和铬钼耐热钢焊条第三类 低温钢焊条第四类 不锈钢焊条第五类 堆焊 焊条第六类 铸铁焊条第七类 镍及镍合金焊条第八类 铜及铜合金焊条第九类 铝及铝合金焊条 第十类 特殊用途焊条 1 2 3 焊条的选用原则 1 符合使用要求 焊缝金属的性能要符合使用要求 达到设计要求 一般要求焊缝金属与母体使用性 能相同 即 等性能 原则 2 尽量降低成本 尽量使用生产率高成本低的焊条 即 低成本 原则 1 2 4 焊条的管理与使用 对于重要的工程和结构所用的焊条 不仅要检查质量合格证和牌号标志 而且 需要作入厂复检 按其批号检查焊条外观质量和工艺性能及机械性能等 不锈钢焊条必要时还要作耐腐蚀 试验和熔敷金属化学成分分析 2 手工电弧焊设备 手工电弧焊设备就是一台手弧焊用的弧焊电源 即手弧焊机 其他电弧焊设备 例如埋弧自动焊设备包括 埋弧自动焊机 机头焊车及控制箱 和埋弧自动焊用的电源 弧焊电源有三种 弧焊变压器 这是交流弧焊电源 弧焊发电机 这叫旋转直流弧焊电源 弧焊整流器 也叫整流弧焊电源 弧焊发电机和弧焊整流器都是直流弧焊电源 手弧焊机的使用 手弧焊机的选用 首先根据焊条药皮类型选择焊机种类 其次根据实际负载持续率和最 大焊接电流以及焊接电流调节范围选择型号与额定电流 手弧焊机的使用和维护 2 1 手弧焊机的安装 2 1 1 动力线的选择 动力线是指从电网接到弧焊电源的导线 动力线一般采用耐压为交流 50 伏单芯或 多芯橡皮软线 YHC 重型橡套软线应用比较广泛 2 1 2 焊接电缆的选择 焊接电缆是指从弧焊电源到焊钳 焊件的软导线 焊接电缆一般用特制的 YHH 型 电焊机用橡套电缆和 YHHR 型电焊机用橡套特软电缆 2 1 3 电源开关的选择 电源开关常用闸刀开关和铁壳开关 闸刀开关的选择 对于弧焊变压器和弧焊整流器 闸刀开关的额定电流应等于或大于弧焊电源的初级额定 电流 对于弧焊发电机 闸刀开关的额定电流应为电动机额定电流的三倍 铁壳开关的选择 铁壳开关可用于 28KV 以下的电动机全压启动 其额定电流应为电动机额定电流的三倍 最小不低于 15 安 2 1 4 熔断器 保险丝的选择 对于交流焊机和整流焊机 保险丝的电流应等于或略大于焊机初级额定电 流 对于旋转直流焊机 保险丝的额定电流一般取电动机额定电流的 2 5 3 倍 2 1 5 焊钳的选择 根据最大焊接电流选择焊钳的额定电流及其型号 2 1 6 交流弧焊机的安装 安装前需检查新设备或长期未用的交流手弧焊机 安装前要检查内部有无损 坏 电路接头有无松动 铁芯 线圈移动是否正常 注意检查电网功率是否够用 交流电机外壳接地 必须良好 室内 应置于通风干燥处 室外安装 要注意采取的防潮防雨措施 2 1 7 整流弧焊电机的安装 安装前检查绝缘电阻时 应先将整流原件短路或将弧焊整流器输出回路短 路 以防止整流原件因过电压而击穿 绝缘电阻指标与弧焊电机相同 安装接线时 一定要保证冷却风 扇转向正确 使内部热量顺利排除 2 1 8 直流弧焊发电机的安装 安装前应检查内部有无损坏 电路接头有无松动 整流子 电刷是否正 常 注意电阻容量是否够用 外壳必须接地 根据网路电压和电动机标牌给定选择电动机接线方法 电压较大时 电动机可直接启动 较小时 应使用降压设备 接线时注意电动机转向是否正确 如果 不正确 应将电动机三线中任意两线对调 2 2 弧焊电源的使用和维护保养 2 2 1 检查机壳接地是否良好可靠 电缆和电焊钳接地是否良好 次级接线是否拧紧 整流子和电刷接触 是否良好 合闸前检查电焊钳和焊件是否分开 直流弧焊发电机组应保证空载启动 焊接电流要小于实际 负载持续率时的许用电流 工作时不得长时间短路 发现故障时 要切断电源 及时检修 工作结束 一 定要拉闸 保持弧焊电源周围一定要通风 干燥 注意防潮防雨 水 保持机内外整洁 整流子的表面要 保持光滑 电刷在整流子表面要有适当的均匀压力 使所有电刷都承受均匀的负载电流 旋转直流弧焊机 的滚珠承轴 应经常保持清洁与润滑 定期检查 损坏是要更换新的 3 手工电弧焊工艺 3 1 接头形式与坡口形式 3 1 1 接头形式 a 对接 b 搭接 c 角接 d T 型接 3 1 2 坡口形式 常用的基本坡口形式有 I 型坡口 V 型坡口 X 型坡口