材料基础知识

通用材料基础知识

一、工程材料的分类、性能及应用范围：

工程材料可分为金属材料（黑色金属及有色金属）、非金属材料（高分子材料及无机非金属材料）

和复合材料等。

（一）金属材料

1.黑色金属

（1）生铁、铁合金。生铁分炼钢生铁和铸造生铁。铁与任何一种金属或非金属的合金都叫做

铁合金。

（2）铸铁。具有优良的铸造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏感性。还具有良好的

耐热性和耐腐蚀性。铸铁包括：灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。

（3）钢。

①钢的分类如下：

A.按化学成分分类，可将钢分为碳素钢和合金钢。

B.按冶炼质量分类，可将钢分为普通钢、优质钢和高级优质钢。

C.按用途分类，可将钢分为结构钢、工具钢、特殊性能钢等。

D.按冶炼方法分类，可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。

E.按脱氧程度分类，可将钢分为镇静金刚、半镇静钢和沸腾钢。

F.按金相组织分类，在退火状态下，可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；在正火状态

下，可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。

G.按供应时的保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。

②钢的牌号表示方法。根据牌号可以看出钢的类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以

及应该具备的性能和用途。例如甲类钢牌号用“A”字加上阿拉伯数字。、1、2、3、4、

5、6、7表示。又如20号钢号，表示平均含碳量为0.20%的钢。再如9Crl8表示平均含

碳量为0.9%、含Cr量为18%的不锈钢。

③国外钢的牌号的主要特点方（略）0

④几种常用钢的主要特点及用途。

A.普通碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。甲类钢多用于建筑工业使用的钢筋，机械制造中使用

的普通螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材（如工字钢、槽钢、角钢等）；乙类钢

的用途与相同数字的甲类钢相同。

B.普通低合金钢是在普通碳素钢的基础上。加入了少量的合金元素，不仅具有耐腐蚀性、耐

磨损等优良性能，还具有更高的强度和良好的力学性能。

C.铸钢具有更高的力学性能，特别是塑性、韧性高，有良好的可焊性，但它的铸造性差，可

用在铸造大型部件上，如轴箱、水泵体、齿轮等。

D.优质碳素钢结构钢主要适用于优质钢或高级优质钢，主要用于制造机械零件。

E.合金结构钢属于优质钢或高级优质钢，主要用于制造机械零件。

F.工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类；也可分为刃具钢、模具钢和量具

钢。

G.特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、抗磨钢、超高强度钢和磁钢等。不锈钢除具有优良的耐

腐蚀性能外，还具有较高的强度、硬度及耐磨性。常用的不锈钢有Crl3、lCrl8Ni9Ti、\k）2Ti、

00Crl7Nil3Mo2。

H.抗氧化钢，如3Crl8Mnl2Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等，多用来制造炉用零件和热交换器。

I.热强钢，如15CrMo、ICrllMoV、!Crl4Nil4W2MoNi、4Crl4Nil4W2Mo等，用于制造

燃气轮机和汽轮机转子及叶片、锅炉过热器、高温工作的螺栓和弹.簧、内燃机进（排）气阀等。

J.低温用钢主要牌号有09Mn2V、09MnTiCuXt、06MnNb、06AlNbCuN、15Mn26A14等，

广泛用于冷冻设备、制氧设备及石油液化气的制造、储藏、运输等设备上。

2.有色金属

（1）铜及铜合金。铜对大气和水的抗蚀能力很强，是一种抗磁材料。铜具有优良的减摩性和

耐磨性以及高的弹性极限和疲劳极限。黄铜易于加工成殂，对一般大气、海洋大气及水等有相当

好的耐蚀性，铸造性也很好。

（2）铝及铝合金。铝可用于制作盛装浓销酸的容器、槽车，但稀酸和碱对铝的溶解力很强。

铝合金分为铸造铝合金与变形铝合金。铸铁铝合金包括铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合

金等；变形铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金。

（3）镁及镁合金。镁在熔铸铜或银合金时可以作去硫剂和脱氧剂使用，在熔铸球墨铸铁时，

镁是重要的球化剂。镁合金加入的元素有铝、锌、钵、硅等。

（4）钛及钛合金。钛有优良的耐蚀性和耐热性，不受腐蚀，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠

等介质中都很稳定。钛的抗氧化能力大多数奥氏体不锈钢。钛在高温条件下仍能保持较高的强度。

钛合金中常用的合金元素有铭、隹、钿、铝和铜等A

（5）锲及银合金。锲有很好的化学稳定性，在潮湿空气和海水中耐腐蚀，在碱性溶液和有机

械酸中均有抗蚀能力。银还有较高的热稳定性。

（6）铅及铅合金。铅在冷盐和硫酸中很稳定，有很强的耐酸性，而且与氢氧化钠和碳酸钾等

碳性溶液也不起化学反应。常用的铅管主要用铅锚合金、硬铅、特硬铅和铅银合金制造。

（二）非金属材料

非金属材料包括高分子材料和无机非金属材料

1.常见的无机非金属材料等。

（1）铸石。其特性是耐磨、耐腐蚀，并且具有优良绝缘性和很高的抗压强度。

<2）石墨。不透性石墨作为耐腐蚀的非金属无机材料，被广泛应用于化工防腐中。

（3）玻璃。有石英玻璃、高硅氮玻璃、硼硅酸盐玻璃、低碱无硼玻璃中。

<4）工业陶瓷。有建筑、卫生陶瓷和电工陶瓷及化学、化工陶瓷。

2.常用的高分子材料

（1）聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）。低压聚乙烯比较刚硬、耐磨、耐蚀、绝缘性较好，

常用来制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮轴承等。高压聚乙烯较柔软。

聚丙烯（PP）重量较轻，耐热性良好,强度、弗性模量、硬度等力学性能都高于低压聚乙烯；

同时绝缘性优越。

（2）聚氯乙烯（PVC）。常见制品有硬、软两种。硬聚氯乙烯比重很小，抗拉强度较好，

有良好的耐水性、耐油性和耐化学药器侵蚀性，许多性能优于聚乙烯。

（3）聚苯乙烯（PS）。具有优良的耐蚀性，电阻高，是很好的隔热、防震、防潮和高频绝

缘材料，具有较大的刚度。其缺点是耐冲击性差，不耐沸水，耐油性有限。

（4）工程ABS塑料。综合力学性能良好，尺寸稳定，容易电镀和易于成形，耐热和耐蚀性

较好，低温下仍有一定的机械强度.

（5）聚酰胺（PA）.韧性很好，强度较高，耐蚀性好。但耐热性差。

（6）聚四氟乙烯（F—4）。具有非常优良的耐高、低温的性能，几乎耐所有的化学腐蚀,

摩擦系数极低，不吸水，电性能优异。

（7）酚醛塑料（PF）。有一定的机械强度和硬度，耐磨性好，绝缘性良好，耐热性较高。

耐蚀性优良。缺点是性脆，不耐减。（8）环氧塑料（EP）。强度较高，韧性较好；尺寸稳

定性高和耐久性好，具有优良的绝缘性能。耐热、耐寒、化学稳定性存，成形工艺性能好。缺点

是有某些毒性。

（三）复合材料

1.复合材料的性能特点

复合材料比强度、比模量高，抗疲劳性能好，结构件减振性能好，高温性能好，抗断裂性好。

2.常用的几种复合材料

<1）热塑料性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂，具有高的力学性能、介电性能、耐热性能和抗

老化性能，工艺性能也很好。热固性玻璃质量轻，比强度高，耐腐性能好，介电性能优越，是成

形性能良好的工程材料。但刚度较差，容易老化，容易蠕变。

（2）碳纤维复合材料。碳纤维较玻璃纤维具有更高的强度和理想的弹性模量，在高温下强度

和弹性模量基本保持不变，是所有耐热纤维中最高的。

（3）硼纤维复合材料的抗压强度和抗剪切强度很高，端变小，硬度和弹性模量高，有很高的

疲劳强度，耐辐射。对水、有机溶液和燃料、润滑剂很稳定。

（4）金属纤维兔合材料。这类材料的特点是除了强度和高温强度较高外，主要是塑性和韧性

较好，而且比较容易制造。

二、型材、板材、管材、管件、阀门、法兰等常用材料的分类（规格）、性能；

（-）型钢

型钢包括普通型钢、优质型钢、线材、轨钢

（―）板材

板材包括钢板、薄钢板、钢带、硅钢片

（三）管材

1.黑色金属管

（1）无缝钢管包括锅炉用无缝钢管、锅炉用高压无缝钢管、地质钻探用无缝钢管、石油裂化

用无缝钢管、不锈耐酸钢无缝钢管，

（2）焊接钢管包括有直缝焊管和螺旋缝钢管。

（3）铸铁管。

2.有色金属管

有色金属包括铅及铅合金管，铜及铜合金管、铝及铝合金管、钛及钛合金管。

3.非金属管

非金属包括混凝土管、陶瓷管和陶土管、玻璃管、玻璃钢管、石墨管、铸石管、塑料管、橡胶管。

（四）管件

管件包括弯头、三通、四通、异径管、钢制活接头、丝堵、螺纹短接、管接头、吹扫接头、封头、

凸台（管嘴）、肓板等。

（五）阀门

阀门包括闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、安全阀、调节阀（节流阀）、球阀、减压阀、疏水阀、

直角阀、蝶阀、隔膜阀、电磁阀等，

（六）法兰

法兰包括设备法兰、管法兰、法兰垫片、法兰紧固件。

三、常用防腐、绝热材料的分类、基本性能及用途

<-）防腐蚀材料可分为高分子材料、无机非金属材料、复合材料和涂料等。

（1）塑料制品主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氨乙烯。

（2）橡胶制品常用的有天然橡胶、氯化橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁苯橡胶、丁

脂橡胶。

（3）玻璃钢及其制品。

（4）陶瓷制品

（5）油漆及涂料包括无机富锌漆和防锈底漆。

（6）耐酸石材包括铸石、耐酸陶瓷制品、不透性石墨板和用沥青浸渍过的砖等属于耐酸石材。

（7）耐酸胶泥包括水玻璃胶泥、树脂胶泥等。

（二）绝热材料

1.绝热材料的分类

（1）按材质可分为有机材料和无机材料。

（2）按适用温度分为保冷材料、保温材料、隔热材料和耐火隔热材料。

（3）按材料硬度和形状可分为硬质材料、软质材料、半硬质材料、散棉无形材料和散状材料。

2.绝热材料的性能要求

（1）导热系数小，其值不大于0.12W/（m•K）（在350℃条件下）。保冷绝热材料，其值

不得大于0.064W/（m*K）（平均温度27C）。

（2）密度小，一般为400kg/m3以下。保冷材料密度不超过220kg/m3

（3）材料性能稳定，具有明确的导热系数方程式，有较大的适用温度范围。

（4）能耐一定振动，具有一定的机械强度，如珍珠岩、微孔硅酸钙制品；抗压强度不应水于

0.15MPao

<5）化学稳定性好，无腐蚀作用。

（6）防水性能好，吸湿性小。

（7）可燃成分少，应有自熄性或不烯性。

四、焊接材料的分类（规格）、性能及适用范围

焊条由焊条芯和包在外面的药皮组成。

（1）焊条芯的作用主要是传导电流、引燃电弧、作过渡合金、填充金属。

<2）焊条药皮是矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制品等原料•定比例配制后反涂在焊

芯表面上的一层涂料。焊条药皮按原料在焊接中所起的作用分为：造气剂、造渣剂、脱氧剂、合

金剂、稳弧剂、粘结剂、增塑剂。

（3）几种常用焊条如下：①碳钢焊条型号及性能是按熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊

接位置和电流的种类来划分的：