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安裝工程精講班講義：建設(shè)工程材料(續(xù))

建設(shè)工程技術(shù)與計量(安裝工程)

建設(shè)工程材料(續(xù))

主要內(nèi)容：

1. 鑄鐵

2. 有色金屬

3. 無機非金屬材料

4. 高分子材料

5. 復(fù)合材料

考綱要求：1. 熟悉工程材料中非金屬、高分子、復(fù)合材料的類別、基本性能及用途。

第一節(jié) 建設(shè)工程材料(續(xù))

2. 鑄鐵的分類和用途

鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳含金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。鑄鐵是應(yīng)用最廣泛的鑄造材料。它具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單、價格便宜等優(yōu)點。大部分機械設(shè)備的箱體、殼體、機座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機械加工工時，且有必要的強度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。

(1)鑄鐵的分類。鑄鐵與鋼相比，其成分特點是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但雜質(zhì)在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳和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，組織的其余部分相當(dāng)于碳含量<0.80%鋼的組織。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(guān)。基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。

按碳存在的形式分類，鑄鐵可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵三大類。灰口鑄鐵中的碳除微量溶入鐵素體外，全部或大部以石墨形式存在，因斷口呈灰色，故名灰口鑄鐵;白口鑄鐵中的碳完全以滲碳體的形式存在，斷口呈亮白色。白口鑄鐵很難切削加工，主要作煉鋼原料使用。但由于它的硬度和耐磨性高，也可以鑄成表面為白口組織的鑄件，如軋輥、球磨機的磨球等。麻口鑄鐵中的碳以石墨和滲碳體的混合形式存在，斷口呈灰白色。這種鑄鐵有較大的脆性，工業(yè)上很少使用。

按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

(2)鑄鐵牌號的表示方法

(3)工程中常用鑄鐵的性能和特點(共7種)

2)球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的抗拉強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。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，并具有較好的耐疲勞強度。實驗表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強度甚至超過45鋼。在實際工程中常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。

3)蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵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;同時又有灰鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑經(jīng)處理而煉成的，其方法和程序與球墨鑄鐵基本相同。

蠕墨鑄鐵在生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。作為一種新的鑄鐵材料，它的發(fā)展前景是相當(dāng)樂觀的。

例題1：雜質(zhì)在鑄鐵中的作用完全不同，能提高鑄鐵耐磨性的主要元素為( )。

A.硫 B.磷

C.鎳 D.鋁

答案：B

解析：這道題的考點是鑄鐵的成分特點。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。

例題2：鑄鐵可以按照石墨的形狀特征分類，石墨呈片狀的鑄鐵是( )。

A.普通灰鑄鐵

B.蠕墨鑄鐵

C.可鍛鑄鐵

D.球墨鑄鐵

答案：A

解析：這道題的考點是鑄鐵的分類。按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

(二)有色金屬材料

有色金屬是指黑色金屬以外的所有金屬及其合金。

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)鋁及鋁合金。鋁及鋁合金在采用各種強化手段后可以達(dá)到與普通低合金鋼相近的強度，而且其比強度要比普通鋼高得多。

(2)銅及銅合金。純銅呈紫紅色，常稱紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。純銅的強度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。

(3)鎳及鎳合金。鎳及鎳合金是用于化學(xué)、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(biāo)準(zhǔn)電勢大于鐵，可獲得耐蝕性優(yōu)異的鎳基耐蝕合金。鎳力學(xué)性能良好，尤其塑性、韌性優(yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境。多用于食品加工設(shè)備、化學(xué)品裝運容器、電氣與電子部件、處理苛性堿設(shè)備、耐海水腐蝕設(shè)備和換熱器，如化工設(shè)備中的閥門、泵、軸、夾具和緊固件，也常用于制作接觸濃CaCl2溶液的冷凍機零件，以及發(fā)電廠給水加熱器的管子等。

(4)鈦及鈦合金。鈦在高溫下化學(xué)活性極高，非常容易與氧、氮和碳等元素形成穩(wěn)定的化合物，所以在大氣中工作的鈦及鈦合金只在540℃以下使用;鈦具有良好的低溫性能，可做低溫材料;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。

工業(yè)純鈦的棒材、板材和擠壓型材用于化工等行業(yè)，可制造各種耐蝕、500℃以下耐熱零件，如熱交換器等。

(5)鉛及鉛合金。在鉛中加入銻、銅、錫和砷等元素可提高鉛的再結(jié)晶溫度、細(xì)化晶粒、提高硬度和強度等，并保持合金的良好耐蝕性。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(hù)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)鎂及鎂合金。鎂及鎂合金的主要特性是密度小、化學(xué)活性強、強度低。但純鎂一般不能用于結(jié)構(gòu)材料。雖然鎂合金相對密度小，且強度不高，但它的比強度和比剛度卻可以與合金結(jié)構(gòu)鋼相媲美，鎂合金能承受較大的沖擊、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(fù)雜。

例題1： 在石油、化工、有色金屬冶煉工業(yè)中，常用于高溫、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為( )。

A.鋁及鋁合金

B.銅及銅合金

C.鎳及鎳合金

D.鎂及鎂合金

答案：C

例題2：某合金元素力學(xué)性能良好，尤其塑性、韌性優(yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境，多用于制造化工容器、電氣與電子部件、苛性堿處理設(shè)備、耐海水腐蝕設(shè)備和換熱器等。此種合金元素為( )。

A.錳 B.鉻

C.鎳 D.釩

答案：C

解析：這道題的考點是常用有色金屬中的鎳的特性與用途。鎳及鎳合金是化學(xué)、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。鎳力學(xué)性能良好，尤其塑、韌性優(yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境。多用于食品加工設(shè)備、化學(xué)品裝運容器、電氣與電子部件、處理苛性堿設(shè)備、耐海水腐蝕設(shè)備和換熱器，如海船中的閥門、泵、軸、夾具和緊固件，也常用于制作接觸濃CaCl2溶液的冷凍機零件以及化學(xué)加工設(shè)備、石油煉制設(shè)備，以及發(fā)電廠給水加熱器的管子等。

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