一建机电工程教材机电工程常用材料及工程设备Word文档下载推荐.docx

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惯用金属材料类型及应用;

惯用非金属材料类型及应用;

惯用电气材料类型及应用。

lH411011惯用金属材料类型及应用

金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。

机电工程惯用金属材料重要是制造各种大型金属构件用钢，如建筑、机电、冶金、石化、电力以及锅炉压力容器、压力管道等工程用钢。

本条重要知识点是:

黑色金属材料类型及应用;

有色金属材料类型及应用。

一、黑色金属材料类型及应用

（一）碳素构造钢

1.碳素构造钢分级

碳素构造钢叉称为普碳钢，在国标《碳素构造钢））GB/T700中，按照碳素构造钢屈服强度下限值将其分为四个级别，其钢号相应为Q195Q215'

Q235Q275，其中代表屈服强度，数字为屈服强度下限值，数字背面标注字母示钢材质量级别，即硫、磷质量分数不同，级钢中硫、磷含量最高，级钢中硫、磷含量最低。

2.碳素构造钢特性及用途

（1）Q195Q215Q235AQ235B塑性较好，有一定强度，普通轧制成钢筋、

钢板、钢管等；

Q235CQ235D可用于重要焊接件；

Q235Q275强度较高，普通轧制成型钢、钢板作构件用。

（2）碳素构造钢具备良好塑性和韧性，易于成型和焊接，常以热轧态供货，普通不再进行热解决，可以满足普通工程构件规定，因此使用极为广泛。

例如，Q235含碳量适中，具备良好塑性、韧性、焊接性能、冷加工性能，大量生产钢板、型钢、钢筋，用以建造高压输电铁塔、桥梁、厂房屋架等，其中级钢含硫、磷量低，相称于优质碳素钢，合用于制造对可焊性及韧性规定较高工程构造机械零部件，如机座、支架、受力不大拉杆、连杆、轴等。

（二）低合金构造钢

1.低合金构造钢分级

低合金构造钢也称为低合金高强度钢，按照国标《低合金高强度构造钢））GB/T1591-，依照屈服强度划分，其共有Q345Q390Q420Q460Q500Q550Q620Q690八个强度级别。

2.低合金构造钢特性及用途

（1）低合金构造钢是在普通钢中加入微量合金元素，而具备高强度、高韧性、良好冷成型和焊接性能、低冷脆转变温度和良好耐蚀性等综合力学性能，如，Q345强度比普碳钢Q235高约20%~30%，耐大气腐蚀性能高20%~38%，用它制造工程构造，重量可减轻20%~30%

（2）低合金构造钢重要合用于桥梁、钢构造、锅炉汽包、压力容器、压力管道、船舶、车辆、重轨和轻轨等制造，用它来代替碳素构造钢，可大大减轻构造重量，节约钢材。

例如，年北京奥运会主会场一一国家体育场"

鸟巢"

钢构造总重为4.6t.

大跨度343m，所用钢材就是Q460，屈服强度为460MPa，是由国内自主研发生产，

这是国内在钢构造上初次使用Q460钢材，这次使用钢板厚度达到110mm

例如，国内压力容器规范推荐使用低合金高强度钢板为16MnR15MnVR

18MnMoNbR13MnMoNbR07MnCrMoVR等，国内第一套30合成氨装置中氨合成塔筒体就是采用三层各50mm18MnMoNbR钢板进行热卷，并作热套，构成53200mm直径和5150mm厚高压合成塔筒体。

（三）铸钢和铸铁

1.铸钢

（1）铸钢分类

铸钢分碳素铸钢、合金铸钢等类型。

（2）铸钢特性及用途

将钢锻导致形，既能保持钢各种优秀性能，又能直接制导致最后形状零件。

铸钢重要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性零件。

例如，轧钢机机架是轧钢机组重要构造件，规定有较好强度和较好塑性，以及较好锻造性能、焊接性能和加工性能，轧钢机机架就是选取碳素铸钢制造加工。

例如，吊车所用齿轮有开式小齿轮、大齿轮、过渡齿轮三种不同尺寸齿轮，普通均采用合金铸钢件。

2.铸铁

（1）铸铁分类

铸铁是碳质量分数不不大于2.11%铁碳合金，具有较多SiMn等元素。

常

用铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、特殊性能铸铁等。

（2）铸铁特性及用途

铸铁具备许多优良使用性能和工艺性能，并且生产设备和工艺简朴，可以用来制造各种机器零件。

例如，普通罩壳、阀壳等强度规定不高，可采用灰铸铁制造;

液压泵壳体强度有较高规定，可采用孕育铸铁（经孕育解决后灰铸铁）;

汽车发动机凸轮轴惯用球墨铸铁制造。

（四）特殊性能低合金高强度钢

1.特殊性能低合金高强度钢分类

特殊性能低合金高强度钢也称特殊钢，是指具备特殊化学成分、采用特殊工艺生产、具备特殊组织和性能、可以满足特殊需要钢类。

其中，工程构造用特殊钢重要涉及:

耐候钢、耐热钢、耐海水腐蚀钢、耐磨钢、表面解决钢材、汽车冲压钢板、石油及天然气管线钢、工程机械用钢与可焊接高强度钢、钢筋钢、低温用钢以及钢轨钢等。

2.特殊性能低合金高强度钢特性及用途

耐候钢是在钢中加人少量合金元素，如CuCrNi等，使其在金属基体表面

形成保护层，提高了钢材耐候性能，同步保持钢材具备良好焊接性能。

例如，在桥梁、建筑、塔架、车辆和其她规定耐候性能好钢构造中使用耐候钢。

耐热钢规定在高温下具备良好抗蠕变、抗断裂和抗氧化能力，以及必要韧性。

例如，在加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中零件就是使用耐热钢。

钢轨钢分为轻轨钢和重轨钢，轻轨钢重要用于暂时运送线和中小型起重机轨道，重轨钢重要用于铁道、大型起重机轨和吊车轨道。

耐磨钢惯用于承受严重磨损和强烈冲击零件。

例如，车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机膊板、铁轨分道叉等使用就是耐磨钢。

船体用钢焊接和其她性能良好，合用于修造船舶和舰艇壳体重要构造。

例如，舰艇钢规定具备更高强度、更好韧性、抗爆性和抗深水压溃性。

石油天然气长距离输送管线用钢，规定具备高强度、高韧性、优良加工性、焊接性和抗腐蚀性等综合性能低合金高强度钢。

（五）钢材类型及应用

1.型钢。

在机电工程中惯用型钢重要有:

圆钢、方钢、扁钢、型钢、工字钢、

型钢、角钢、槽钢、钢轨等。

例如，电站锅炉钢架立柱普通采用宽翼缘型钢（HK300b）;

为保证炉膛内压力

波动时炉墙有一定强度，在炉墙上设有足够强度刚性梁。

普通每隔3m左右装设一层，其大某些采用强度足够工宇钢制成。

例如，大型角钢广泛用于厂房、铁路、交通、桥梁、车辆、船舶等大型构造件;

中型角钢用于电力铁塔、井架及其她用途构件;

小型角钢用于设备制造、支架和框架等。

2.板材。

按其厚度分为厚板、中厚板和薄板。

按其轧制方式分为热轧板和冷轧板两种，其中冷轧板只有薄板。

按其材质有普通碳素钢板、低合金构造钢板、不锈钢板、镀钵薄钢板等。

例如，碳素构造钢厚钢板广泛用于焊接、例接、栓接构造，如桥梁、船舶、管线、车辆和机械。

其中质量级别属于优质碳素构造钢，重要用于对韧性和焊接性能规定较高钢构造。

例如，油罐、电站锅炉中汽包就是用钢板焊制成圆筒形容器。

其中，中、低压锅炉汽包材料常为专用锅炉碳素钢，高压锅炉汽包材料惯用低合金钢制造。

3.管材。

在机电工程中惯用有普通无缝钢管、螺旋缝钢管、焊接钢管、无缝不锈钢管、高压无缝钢管等，广泛应用在各类管道工程中。

例如，锅炉水冷壁和省煤器使用无缝钢管普通采用优质碳素钢管或低合金钢管，但过热器和再热器使用无缝钢管依照不同壁温，普通采用15CrMo12CrlMoV等钢材。

例如，构造用焊接钢管重要用于建筑用管桩、脚手架、桥梁、矿山、船舶、电站、输电塔、球场、运动场、房屋门、窗、栏杆，钢家具、运动器械、自行车等。

3.钢制品。

在机电~I丁程中，惯用钢制品重要有焊材、管件、阀门等。

二、有色金属类型及应用

普通将钢铁以外金属及其合金，统称为有色金属。

有色金属具备钢铁所没有许多特殊力学和物理性能，为机电工程中不可缺少材料。

有色金属种类诸多，密度不不大于4.5g/cm金属称为重金属，如铜、悻、镇等;

密度不大于等于4.5g/cm金属称为轻金属，如铝、镜、铁等。

1.重金属

（1）铜及铜合金特性及应用

工业纯铜密度为8.96g/cm，具备良好导电性、导热性以及优良焊接性能，纯铜强度不高，硬度较低，塑性好。

重要用作导体、制造抗磁性干扰仪器和仪表零件，如罗盘、航空仪表等零件。

在纯铜中加人合金元素制成铜合金，除了保持纯铜优良特性外，还具备较高强度，并且塑性较好，容易冷、热成型，易焊接。

重要品种有黄铜、青铜和自铜，在机电工程中广泛使用是铜合金。

例如，机电设备冷凝器、散热器、热互换器、空调器等就是使用黄铜制造，黄铜是以辞为重要合金元素制成铜合金。

锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，重要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等。

白铜是以镇为重要合金元素铜合金，重要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。

专孟含量高锚白铜可制作热电偶丝。

（2）辞及特合金特性及应用

纯钵具备一定强度和较好耐腐蚀性，在室温下较脆，在lOO~1500C时变软，超200后又变脆。

辞合金特点是密度大、锻造性能好，可压铸形状复杂、薄壁精密件，如压铸仪表、汽车零部件外壳等。

特合金分为变形铮合金、锻造辞合金和热镀钵合金。

（3）镇及镇合金特性及应用

纯镇是银白色金属，强度较高，塑性好，导热性差，电阻大。

镇表面在有机介质溶液中会形成钝化膜保护层而有极强耐腐蚀性，特别是耐海水腐蚀能力突出。

镇合金是在镇中加入铜、铭、铝等而形成，耐高温，耐酸碱腐蚀。

镇合金按其特性和应用领域分耐腐蚀媒合金、耐高温镇合金和功能媒合金等。

例如，在化工、石油、船舶等领域用作阀门、泵、船舶紧固件、锅炉热互换器等。

2.轻金属

（1）铝及铝合金特性及应用

纯铝密度只有2.7g/cm，仅为铁1/3。

铝导电性好，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。

在电气工程、航空及宇航工业、普通机械和轻工业中广泛应用。

工业纯铝密度小，熔点低，具备良好导电性和导热性，仅次于金、银和铜，塑性好，但强度、硬度低，耐磨性差，不适合制作受力机械零件，可进行各种冷、热加工。

工业纯铝广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、橡胶硫化和含硫药剂等生产所用设备，如反映器、热互换器、槽车和管件等。

在铝中加入铜、辑、硅、镜、钵等合金元素制成铝合金，由于合金元素强化作用，可用于制造承受荷载较大构件。

铝合金分为变形铝合金和锻造铝合金。

例如，油箱、油罐、管道、例钉等需要弯曲和冲压加工零件就是使用变形铝合金，变形铝合金塑性好，易于变形加工。

锻造铝合金适于锻造生产，可直接浇铸成铝合金铸件。

（2）镜及镜合金特性及应用

纯馍强度不高，室温塑性低，耐腐蚀性差，易氧化，可用作还原剂。

在镜中加人铝、锤、特等可制成镇合金，镇合金可分为变形镇合金、锻造镜合金。

许多镜合金既可做锻造镜合金，也可做变形镜合金。

通过锻造和挤压后，变形镜合金比相似成分锻造镜合金有更高强度。

例如，变形镜合金可用于构造件、管件等;

锻造镜合金可用于压铸件、抗蠕变压铸件等。

镜合金重要长处是密度小、强度高、刚度高、抗振能力强，可承受较大冲击荷载。

例如，镜合金弹性变形功能大，吸取能量多，减振性好，飞机起落架轮章是诸多就是采用镜合金制造，就是发挥其减振性好这一特性。

但读合金抗蚀性差，在使用时要采用防护办法，如氧化解决、涂装保护等。

例如，读合金比强度比铝合金高，使用镇合金可减轻飞机、发动机、仪表等重量。

当前，国外在汽车上应用镜合金零部件已经超过60种，已经大批量生产如仪表盘、轮毅、桌椅框架、变速箱壳、发动机罩和汽缸盖等。

、

（3）铁及铁合金特性及应用

纯钦强度低，熔点高，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐腐蚀性好，容易加工成型。

纯钦在大气和海水中有优良耐腐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸等介质中都很稳定。

随着钦纯度减少，强度升高，塑性大大减少。

在纯铁中加入合金元素对其性能进行改进和强化形成铁合金，其强度、耐热性、耐腐蚀性高，具备无磁性、声波和振动低阻尼特性，生物相容性好，与碳复合材料相容性好，具备超导特性、形状记忆和吸氢特性等优秀性能，但也存在某些缺陷，如热加工困难，冷加工性能差，切削加工性差，抗磨性差等。

当前，只有碳纤维增强塑料比强度高于铁合金，铁合金是比强度最高金属材料。

因此，也被称为"

太空金属"

，这也是铁合金被广泛应用于航空工业重要因素。

例如，在飞机发动机上，铁合金惯用作压气机盘、压气机叶片、发动机罩、燃烧室外壳及喷气管等。