造價工程師安裝工程講義：建設工程材料

　　1)鑄鐵的分類。

　　鑄鐵是鐵碳合金的一種，與鋼相比，其成分特點是碳、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，基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強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(石墨團絮狀)三大類。

　　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。一般鑄鐵可分為普通鑄鐵和變質(zhì)(孕育)鑄鐵。

　　2)鑄鐵牌號的表示方法。

　?、儆酶鞣N鑄鐵相應漢語拼音字母的第一個大寫字母作為鑄鐵的代號，當兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時，可在大寫字母后加小寫字母表示。同一名稱鑄鐵需要細分時，取其細分特點的漢語拼音字母第一個大寫字母排在后面。

　?、谠谂铺栔幸话悴粯俗⒊Ｒ?guī)元素碳、硅、錳、硫和磷的符號，但當它們有特殊作用時才標注其元素符號和含量。合金元素的質(zhì)量分數(shù)大于或等于1.0%時，用整數(shù)表示;小于1.0%時，一般不標注。

　?、叟铺栔写柡竺娴囊唤M數(shù)字表示其抗拉強度值(如灰鑄鐵HT100)，有兩組數(shù)字時，第一組數(shù)字表示抗拉強度值，第二組數(shù)字表示伸長率值(如球墨鑄鐵QT400—18)，兩組數(shù)字之間用“—”隔開。

　　3)工程中常用鑄鐵的性能和特點。

　?、倩铱阼T鐵。灰口鑄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鐵價格便宜、應用最廣泛，在各類鑄鐵的總產(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成分和冷卻速度。

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

　　球墨鑄鐵的成分要求比較嚴格，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，以利于石墨球化。

　　球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰口鑄鐵，而與鋼相當。因此對于承受靜載的零件，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度，實驗表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強度甚至超過45號鋼。在實際應用中，大多數(shù)承受動載的零件是帶孔或帶臺肩的，因此用球墨鑄鐵來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;同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性。

　?、芸慑戣T鐵?？慑戣T鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。它有較高的強度、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。

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　　2.有色金屬

　　鐵基合金以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，其種類繁多，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性能方面。

　　(1)有色金屬及其合金牌號表示方法。

　　(2)工程中常用有色金屬的性能和特點。

　　1)鋁及其合金。

　　鋁及鋁合金在電氣工程、一般機械和輕工業(yè)中都有廣泛的用途。

　　純鋁材料按純度可分為三類，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%，牌號有L1、L2、L3、L4、L5五種，編號越大，純度越低。工業(yè)純鋁可制作電線、電纜、器皿及配制合金。純鋁的強度很低，不能作為結構材料使用。

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

　　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。

　　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，是強度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快，多用于制造受力大的重要構件，例如飛機大梁、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。

　?、阼T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，常稱紫銅，主要用于制作電導體及配制合金。根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅分為T1、T2、T3、T4四種。編號越大，純度越低。純銅的強度低，不宜用作結構材料。

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

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

　?、谇嚆~(Q)青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習慣稱含鋁、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、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。

　　由于鎳的標準電位大于鐵，可獲得耐蝕性優(yōu)異的鎳基耐蝕合金。鎳力學性能良好，尤其塑、韌性優(yōu)良，能適應多種腐蝕環(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，儲量僅次于鋁、鐵和鎂，成為四大元素之一。鈦合金不僅在飛機、導彈、航天和艦船等方面廣泛應用，而且也正向民用領域推廣。

　　鈦在高溫下化學活性極高，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，在其表面產(chǎn)生一層不溶解的硫酸鉛，它可保護內(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、化學活性強、強度低。純鎂強度低，不能用于結構材料，主要用鎂合金。

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

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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，稱為耐火材料。

　　(1)耐火材料的主要性能指標和分類：

　　1)耐火材料的主要性能指標。

　?、倌突鸲?。

　?、诤芍剀浕瘻囟取?/p>

　?、鄹邷鼗瘜W穩(wěn)定性。

　?、艿挚箿囟茸兓哪芰υ胶?，則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時越不易損壞。

　?、菘箟簭姸纫?。

　?、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吸收的熱量，使加熱速度加快，但是密度小時，耐火材料的強度較低。

　?、邿釋室?，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。

　　2)耐火材料的分類。

　?、倌突鹌鲶w材料。

　?、谀突鹚嗉盎炷痢?/p>

　　2.耐火隔熱材料

　　耐火隔熱材料，又稱為耐熱保溫材料。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。在各類酸堿設備中，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，當不受沖擊振動時，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備的使用壽命。

　　(2)石墨

　　關鍵知識點二：耐蝕(酸)非金屬材料及其特性——其中的石墨是重點

　　石墨材料具有高熔點(3700℃)，在高溫下有高的機械強度。當溫度增加時，石墨的強度隨之提高。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，石墨比其他結構材料都穩(wěn)定，不會炸裂破壞，石墨的導熱系數(shù)比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來制造傳熱設備。

　　石墨具有良好的化學穩(wěn)定性。除了強氧化性的酸(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502008010103]

　　『正確答案』C

　　『答案解析』參見教材P15。

　　(3)玻璃。不耐氫氟酸、熱磷酸和熱濃堿液的腐蝕。一般用作制造化學儀器和高級玻璃制品、無堿玻璃纖維、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)量分數(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)量分數(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)無機酸和有機酸腐蝕的能力，但不耐堿。能在空氣中硬化，具有抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸腐蝕的能力。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)設備。

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