二級建造師：《機(jī)電工程管理與實(shí)務(wù)》精華筆記

2H310000機(jī)電工程施工技術(shù)

2H311011金屬材料的類型及應(yīng)用

金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類。其中，黑色金屬主要是鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)，廣義的黑色金屬還包括錳、鉻及合金。有色金屬種類較多，常用的有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金和鎳及鎳合金等。

一、黑色金屬材料

黑色金屬材料又稱鋼鐵材料，它是工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最多的金屬材料，它們都是以鐵和碳為主要元素組成的合金。

(一)生鐵

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wc)大于2%的鐵碳合金稱為生鐵。按用途分為：煉鋼生鐵、鑄造生鐵。按化學(xué)成分分為：普通生鐵、特種生鐵。

(二)鑄鐵

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wc)超過2%(一般為2.5%-3.5%)的鐵碳合金稱為鑄鐵。

鑄鐵類型及應(yīng)用如下：

(1)按斷口顏色分為：灰鑄鐵、白口鑄鐵、麻口鑄鐵?；诣T鐵普遍應(yīng)用于工業(yè)中。例如，在火電站中，灰鑄鐵多用于制造低中參數(shù)汽輪機(jī)的低壓缸和隔板。

(2)按生產(chǎn)方法和組織性能分為：普通灰鑄鐵、孕育鑄鐵、特殊性能鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、特殊性能鑄鐵。

(三)鋼

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wc)不大于2%的鐵碳合金稱為鋼。

1.按化學(xué)成分和性能分類

按化學(xué)成分和性能分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼。在機(jī)電工程中，它們主要用于壓力容器、高溫和低溫構(gòu)件、耐腐蝕、耐磨及耐熱構(gòu)件、零部件、管道和鍛件等。

(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼：按其含碳量的不同，可分為低碳鋼(含碳量wc<0.25%)、中碳鋼(含碳量wc>0.25%-0.60%)和高碳鋼(含碳量wc>0.60%)。按照碳素鋼屈服強(qiáng)度的下限值將其分級別，其對應(yīng)的牌號為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等。其中Q代表屈服強(qiáng)度，數(shù)字為屈服強(qiáng)度的下限值。

例如，在機(jī)電工程中常見的各種型鋼、鋼筋、鋼絲等都屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，優(yōu)質(zhì)的碳素鋼還可以制成鋼絲、鋼絞線、圓鋼、高強(qiáng)螺栓及預(yù)應(yīng)力錨具等。

(2)合金結(jié)構(gòu)鋼：按其合金元素的總含量，可分為低合金結(jié)構(gòu)鋼、中合金結(jié)構(gòu)鋼和高合金結(jié)構(gòu)鋼。在機(jī)電工程中，低合金結(jié)構(gòu)鋼最為常用，按照標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-2008,根據(jù)屈服強(qiáng)度劃分，其共有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620等強(qiáng)度等級。

例如，某600MW超臨界電站鍋爐汽包使用的就是Q460型鋼;機(jī)電工程施工中使用的起重機(jī)就是Q345型鋼制造的，因?yàn)樵摲N鋼不僅韌度好，而且缺口敏感性也較碳素結(jié)構(gòu)鋼大。

例如，我國壓力容器規(guī)范推薦使用的低合金髙強(qiáng)度鋼板為16MnR、15MnVR、18MnMoNbR、13MnMoNbR和07MncrMoVR等，我國第一套30萬t合成氨裝置中的氨合成塔的筒體就是采用三層各50mm的18MnMoNbR鋼板進(jìn)行熱卷，并作熱套，組成Φ53200mm直徑和Φ5150mm厚的高壓合成塔筒體。

(3)特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼

特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼也稱特殊鋼，主要包括：耐候鋼、耐海水腐蝕鋼、表面處理鋼材、汽車沖壓鋼板、石油及天然氣管線鋼、工程機(jī)械用鋼與可焊接高強(qiáng)度鋼、鋼筋鋼、低溫用鋼以及鋼軌鋼等。

2.按鋼的用途分類

按鋼的用途分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊用鋼、專用鋼、鑄鋼、鍛鋼、熱軋鋼、冷軋鋼、冷拔鋼。

(四)鋼材

在機(jī)電工程中，鋼材應(yīng)用最為廣泛。鋼材就其使用可劃分為：型材、板材、管材、線材和鋼制品。

1.型材

在機(jī)電工程中，常用的型材主要有：圓鋼、方鋼、扁鋼、H型鋼、角鋼、工字鋼、T型鋼、槽鋼、鋼軌等。

例如，電站鍋爐鋼架的立柱通常采用寬翼緣H型鋼(HK300b);為確保爐膛內(nèi)壓力波動時爐墻有一定的強(qiáng)度，在爐墻上設(shè)計(jì)有足夠強(qiáng)度的剛性梁。一般每隔3m左右裝設(shè)一層，其大部分采用強(qiáng)度足夠的工字鋼制成。

例如，大型角鋼廣泛用于廠房、鐵路、交通、橋梁、車輛、船舶等大型結(jié)構(gòu)件;中型角鋼用于電力鐵塔、井架及其他用途的構(gòu)件;小型角鋼用于設(shè)備制造、支架和框架等。

2.板材

在機(jī)電工程中，常用的板材主要有：鋼帶(帶鋼)、薄鋼板(厚度在0.2-4mm)、厚鋼板(厚度在4mm以上的鋼板統(tǒng)稱為厚鋼板)、中板(厚度在4-25mm之間)、厚板(厚度在25-60mm之間)、特厚板(厚度大于60mm)。

例如，碳素結(jié)構(gòu)鋼厚鋼板廣泛用于焊接、鉚接、栓接結(jié)構(gòu)，如橋梁、船舶、管線、車輛和機(jī)械。其中質(zhì)量等級C、D屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于對韌性和焊接性能要求較高的鋼結(jié)構(gòu)。

例如，電站鍋爐中的汽包就是用鋼板焊制成的圓筒形容器。其中，中、低壓鍋爐的汽包材料常為專用的鍋爐碳素鋼，高壓鍋爐的汽包材料常用低合金鋼制造。

3.管材

在機(jī)電安裝工程中，常用的管材有普通無縫鋼管、螺旋縫鋼管、焊接鋼管、無縫不銹鋼管、高壓無縫鋼管等。

例如，鍋爐水冷壁和省煤器使用的無縫鋼管一般采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼管或低合金鋼管，但過熱器和再熱器使用的無縫鋼管根據(jù)不同壁溫，通常采用15CrMo或12Cr1moV等鋼材。

例如，結(jié)構(gòu)用焊接鋼管主要用于建筑用管樁、腳手架，橋梁、礦山、船舶、電站、輸電塔、球場、運(yùn)動場、房屋的門、窗、欄桿、鋼家具、運(yùn)動器械、自行車等。

4.鋼制品

在機(jī)電安裝工程中，常用的鋼制品主要有焊條、管件、閥門等。

(1)焊條常用的有酸性焊條、堿性焊條、結(jié)構(gòu)鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、低溫鋼焊條等;

(2)管件主要包括法蘭、彎頭、三通、四通、變徑、鋼制活接頭、管接頭、封頭、盲板等;

(3)閥門根據(jù)工作壓力、溫度、介質(zhì)狀況、閥體、閥芯、密封墊材質(zhì)不同及構(gòu)造形式可以分為許多種類型。管道工程常用閥門大類上可以分為閘閥、截止閥、球閥、針形閥、蝶閥、止回閥、調(diào)節(jié)閥、角閥、減壓閥、安全閥、旋塞、柱塞閥、隔膜閥、浮球閥、疏水器等。

二、有色金屬

有色金屬及其合金具有鋼鐵材料所沒有的許多特殊的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，在機(jī)械、儀器儀表、飛機(jī)制造等工業(yè)中廣泛使用的有鋁、銅、鈦、鎂、鎳合金。

(一)鋁及鋁合金

1.純鋁

(1)純鋁的密度只有2.7g/cm3,僅為鐵的1/3。鋁的導(dǎo)電性好，其磁化率極低，接近于非鐵磁性材料。在電氣工程、航空及宇航工業(yè)、一般機(jī)械和輕工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

(2)純鋁按純度可分為高純鋁和工業(yè)純鋁兩類。高純鋁主要用于科學(xué)研究及制作電容器等。工業(yè)純鋁以純度高低分別用于制作鋁箔、包鋁和電線、電纜、器皿、焊條、裝飾材料、反光板、熱交換器等。

2.鋁合金

(1)鋁合金熱處理后可顯著提高強(qiáng)度，可用于制造承受較大載荷的機(jī)器零件和構(gòu)件。

(2)鋁合金按照成分和工藝特點(diǎn)不同分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。例如，變形鋁合金可采用鍛造、軋制、擠壓等方法制成板材、帶材、棒材、管材、線材等。鑄造鋁合金適于鑄造生產(chǎn)，可直接澆鑄成鋁合金鑄件。

(二)銅及銅合金

1.純銅

(1)純銅常稱紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。純銅、銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性很好，對大氣和水的抗蝕能力很高。銅是抗磁性物質(zhì)。

(2)根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅牌號分為四種：T1、T2、T3、T4。編號越大，純度越低。T1主要用于導(dǎo)電材料和配高純度合金;T2主要用于電力輸送用導(dǎo)電材料，制作電線、電纜等;T3、T4主要用于電機(jī)、電工器材、電氣開關(guān)、墊圈、鉚釘、油管等。

2.銅合金

銅中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度和硬度，而且塑性很好，容易冷、熱成形，易焊接。鑄造銅合金有很好的鑄造性能。銅合金一般分黃銅、青銅和白銅三大類。

⑴黃銅

黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金。黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。復(fù)雜黃銅又分鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅等。例如，鑄造鉛黃銅可制作軸瓦和襯套;錫黃銅廣泛用于制作船舶零件;鋁黃銅可用于制造大型蝸桿、海船用螺旋槳等。

(2)青銅

含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金習(xí)慣稱為青銅，包括有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。例如，錫青銅在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要制造軸承、軸套等耐磨零件和彈簧等彈性元件，以及抗蝕、抗磁零件等。

(3)白銅

白銅是以鎳為主要合金元素的銅合金。主要用于制造船舶儀器零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。錳含量高的錳白銅可制作熱電偶絲。

3.鈦及鈦合金

(1)鈦的熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性差。純鈦塑性好、強(qiáng)度低，容易加工成型，可制成細(xì)絲和薄片。鈦的抗氧化能力優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼。

(2)工業(yè)純鈦中含有氫、碳、氧、鐵、鎂等雜質(zhì)元素，工業(yè)純鈦可制作在350℃以下工作、強(qiáng)度要求不髙的零件。

(3)鈦合金可分為三類：α鈦合金、β鈦合金和(α+β)鈦合金。例如，β鈦合金一般在350℃以下使用，適于制造壓氣機(jī)葉片、軸、輪盤等重載的回轉(zhuǎn)件等。

(四)鎂及鎂合金

(1)純鎂的室溫密度僅為1.74g/cm3,是所有金屬結(jié)構(gòu)材料中最低的。

(2)鎂合金按照形成的工藝特點(diǎn)不同分為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩類。例如，變形鎂合金可用于結(jié)構(gòu)件、管件等;鑄造鎂合金可用于壓鑄件、抗蠕變壓鑄件等。

(五)鎳及鎳合金

1.純鎳。具有優(yōu)異的耐腐蝕和抗高溫氧化性能，是重要的工程金屬材料。工業(yè)純鎳有良好的強(qiáng)度和導(dǎo)電性，可用于電子器件;同時由于其耐蝕性好，還可用于食品加工設(shè)備。

2.鎳合金。其耐蝕性和力學(xué)性能進(jìn)一步提高，還可具有特殊物理性能。鎳合金按其特性和應(yīng)用領(lǐng)域分為耐腐蝕鎳合金、耐高溫鎳合金和功能鎳合金三類。例如，耐腐蝕鎳合金可用于化工、石油、船舶等領(lǐng)域，如閥門、泵、船舶緊固件、鍋爐熱交換器等;耐高溫鎳合金廣泛用于航空發(fā)動機(jī)和運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)渦輪盤、壓氣機(jī)盤等。

2H311012非金屬材料的類型及應(yīng)用

一、非金屬材料的類型

(一)子材料

子材料是以子化合物為基材的一大類材料的總稱。按照來源可分為天然子材料和合成子材料，按特性可分為普通子材料和功能子材料，最常用的分類方法是按性能和用途分類，可分為塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料和髙分子基復(fù)合材料等。

1.塑料

塑料是以樹脂為主要成分，一般含有添加劑，在加工過程中能流動成型的材料。按物理化學(xué)性能可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。按用途可分為通用塑料和工程塑料。

(1)通用塑料

通用塑料一般指用量大、用途廣、成型性好、價格低廉的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料六大品種，占塑料總產(chǎn)量的75%以上。

1)聚乙烯(PE)。強(qiáng)度較低、耐熱性不高(通常<80℃)，但具有優(yōu)良的耐蝕性和電絕緣性，耐低溫沖擊、易加工。聚乙烯按生產(chǎn)方式不同可分為高壓、中壓和低壓聚乙烯三類。如低壓聚乙烯(壓力小于5MPa)常用于制造容器、通用機(jī)械零件、管道和絕緣材料等。

2)聚丙烯(PP)。強(qiáng)度、硬度、剛度和耐熱性(150℃不變形)均優(yōu)于低壓聚乙烯，常用于制造容器、貯罐、閥門等。

3)聚氯乙烯(PVC)。強(qiáng)度、剛度比聚乙烯好。根據(jù)增塑劑用量不同，聚氯乙烯可制成硬質(zhì)和軟質(zhì)的制品。硬質(zhì)聚氯乙烯常用于制作化工耐蝕的結(jié)構(gòu)材料及管道、電絕緣材料等。軟質(zhì)聚氯乙烯的強(qiáng)度、電性能和化學(xué)穩(wěn)定性低于硬質(zhì)聚氯乙烯，使用溫度低且易老化，軟質(zhì)聚氯乙烯主要用于電線電纜的套管、密封件等。

4)聚苯乙烯(PS)。聚苯乙烯是良好的剛性材料，但質(zhì)脆而硬，不耐沖擊，耐熱性低，主要用來生產(chǎn)注塑產(chǎn)品，如用于制作儀表透明罩板、外殼等。

(2)工程塑料

工程塑料指有良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，可作為工程結(jié)構(gòu)的塑料，如ABS塑料、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。

1)ABS塑料。ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體的共聚物。ABS塑料的缺點(diǎn)是可燃熱變形溫度較低、耐候性較差、不透明等。在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造及化工中得到廣泛應(yīng)用，如機(jī)器零件、各種儀表的外殼、設(shè)備襯里等。

2)聚酰胺(PA)。聚酰胺的缺點(diǎn)是吸濕性大、對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、酚類等抵抗力較差，易老化。常用于代替銅及其他有色金屬制作機(jī)械、化工、電器零件，如齒輪、軸承、油管、密封圈等。尼龍

3)聚碳酸酯(PC)。聚碳酸酯的缺點(diǎn)是耐候性不夠理想，長期暴曬容易出現(xiàn)裂紋。主要應(yīng)用于機(jī)械、電氣等部門，如機(jī)械行業(yè)中的軸承、齒輪、蝸輪、蝸桿等傳動零件;電氣行業(yè)中高絕緣的墊圏、墊片、電容器等。

例如，水管主要采用聚氯乙烯制作;燃?xì)夤懿捎弥?、高密度聚乙烯制?熱水管目前均用耐熱性高的氯化聚氯乙烯或聚1-丁烯制造;泡沫塑料熱導(dǎo)率極低，相對密度小，特別適于作屋頂和外墻隔熱保溫材料，在冷庫中用得更多。

2.橡膠

橡膠按來源可分為天然橡膠和合成橡膠，按性能和用途可分為通用橡膠和特種橡膠。

(1)通用橡膠。指性能與天然橡膠相同或接近，物理性能和加工性能較好，用于制造軟管、密封件、傳送帶等一般橡膠制品的橡膠，如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。

(2)特種橡膠。指具有特殊性能，專供耐熱、耐寒、耐化學(xué)腐蝕、耐油、耐溶劑、耐輻射等特殊性能要求使用的橡膠。如硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠、丁腈橡膠等。

3.涂料

涂料是指涂敷于物體表面，能與基體材料很好粘結(jié)并形成完整而堅(jiān)韌保護(hù)膜的物料。按其是否有顏色可分為清漆和色漆;按其涂膜的特殊功能可分為絕緣漆、防誘漆、防腐蝕漆等。

(二)無機(jī)非金屬材料

無機(jī)非金屬材料是除有機(jī)子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。

1.普通(傳統(tǒng))的非金屬材料

指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產(chǎn)工藝相近的非硅酸鹽材料。例如，碳化硅、氧化鋁陶瓷、硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)耐火材料和碳素材料等。通常這一類材料生產(chǎn)歷史較長、產(chǎn)量較大，用途也較廣。

2.特種(新型)的無機(jī)非金屬材料

主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機(jī)非金屬化合物經(jīng)特殊的先進(jìn)工藝制成的材料。它是20世紀(jì)以來發(fā)展起來的、具有特殊性質(zhì)和用途的材料。例如，壓電、鐵電、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、磁性、超硬、高強(qiáng)度、超高溫、生物工程材料及無機(jī)復(fù)合材料等。

二、機(jī)電工程中常用的非金屬材料使用范圍