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第一章 安裝工程材料第一節(jié) 工程材料一、工程材料及其分類工程材料有各種不同的分類方法。一般都將工程材料按化學(xué)成分分為金屬材料、非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。（一）金屬材料金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分：1、黑色金屬材料鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）。2、有色金屬材料黑色金屬以外的所有金屬及其合金。應(yīng)用最廣的是黑色金屬。以鐵為基的合金材料占整個(gè)結(jié)構(gòu)材料和工具材料的90%以上。黑色金屬的工程性能比較優(yōu)越，價(jià)格也較便宜，是最重要的工程金屬材料。有色金屬按照性能和特點(diǎn)可分為：輕金屬、易熔金屬、難熔金屬、貴金、稀土金屬和堿土金屬。它們是重要的有特殊用途的材料。（二）非金屬材料非金屬材料也是重要的工程材料，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、耐火材料耐火材料是指能承受高溫作用而不易損壞的材料，它是煉鋼、煉鐵、熔化鐵及其他冶煉爐和加熱爐爐襯的基礎(chǔ)材料之一。常用的耐火材料有耐火砌體材料、耐火水泥及耐火混凝土。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。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，它們的耐蝕性能高于金屬材料（包括耐酸鋼和耐蝕合金），并具有較好的耐磨性和耐熱性能，在某些情況下它們是不銹鋼和耐蝕合金的理想代用品。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。4、陶瓷材料陶瓷材料主要是以粘土為主要成分的燒結(jié)制品，它具有結(jié)構(gòu)致密、表面平整光潔、耐酸性能良好等特點(diǎn)，常用的有日用陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。（三）高分子材料高分子材料為有機(jī)合成材料，也稱聚合物。它具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能，很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能，在工業(yè)上是發(fā)展最快的一類新型結(jié)構(gòu)材料。高分子材料結(jié)構(gòu)很多，工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)分為三大類：1、塑料主要指強(qiáng)度、韌性和耐磨性較好，可制造某些機(jī)器零件或構(gòu)件的工程塑料，一般分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。2、橡膠通常指經(jīng)硫化處理后彈性特別優(yōu)良的聚合物，有通用橡膠和特種橡膠兩種。3合成纖維指由單體聚合而成且強(qiáng)度很高，通過機(jī)械處理所獲得的聚合物纖維材料。（四）復(fù)合材料復(fù)合材料就是用兩種或兩種以上不同材料組合的材料，其性能是其他單質(zhì)材料所不具備的。復(fù)合材料可以由各種不同種類的材料復(fù)合組成。它在強(qiáng)度、剛度和耐蝕性方面比單純的金屬、陶瓷和聚合物都優(yōu)越，是特殊的工程材料，具有廣闊的發(fā)展前景。二、常用工程材料當(dāng)前常用的工程材料分類如表1.1.1所示。 表1.1.1常用的工程材料分類金屬材料黑色金屬鐵、碳素鋼、合金鋼有色金屬鋁、鉛、銅、鎂和鎳等及其合金非金屬材料耐火材料耐火砌體材料、耐火水泥及耐火混凝土耐火隔熱材料硅藻土、蛭石、玻璃纖維（礦渣棉）、石棉以及它們的制品耐蝕（酸）非金屬材料鑄石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等陶瓷材料日用陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等高分子材料橡膠天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠等塑料聚四氟乙烯、ABS、聚丙烯、聚酚和聚乙烯等合成纖維聚脂纖維、含氯纖維和聚酰胺纖維等復(fù)合材料無機(jī)-有機(jī)材料非金屬-金屬材料其他復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)塑料、聚合物混凝土、瀝青混凝土等；鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥、塑鋁復(fù)合管、鋁箔面油氈等；水泥石棉制品和不銹鋼包覆鋼板等（一）金屬材料1黑色金屬黑色金屬一般是指鋼鐵材料，鋼鐵材料是工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最多的金屬材料，它們是以鐵為基的合金。含碳量小于2.11%（重量）的合金稱為鋼；而含碳量大于2.11%（重量）的合金稱為生鐵。工程實(shí)際中用的鋼和鑄鐵除含鐵、碳以外，還含有其他元素，其中一類是雜質(zhì)元素，如硫、磷、氫等；另一類是根據(jù)使用性能和工藝性能的需要，有意加入的合金元素，常見的有鉻、鎳、錳和鈦等。鐵碳合金中加入上述元素就成了合金鋼或合金鑄鐵。（1）鋼及其合金的分類和牌號(hào)表示方法。鋼材具有很多重要的優(yōu)良特性，如材質(zhì)均勻、性能可靠；有高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性，可承受各種性質(zhì)的載荷；具有優(yōu)良的可加工性，可焊、可鉚、可制成各種形狀的型材和零件。鋼中主要化學(xué)元素為鐵，另外還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷、氧和氮等，這些少量元素對(duì)鋼材性質(zhì)影響很大。鋼中的碳的含量對(duì)鋼的性質(zhì)有決定性的影響，含碳量低，鋼的強(qiáng)度較低，但塑性大，延伸率和沖擊韌性高鋼質(zhì)較軟，易于冷加工、切削和焊接；含碳量高，鋼的強(qiáng)度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。硫、磷為鋼中的有害元素，含量稍多會(huì)嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性，磷使鋼顯著產(chǎn)生冷脆性，硫則產(chǎn)生熱脆性。硅、錳為有益元素，它們能使鋼材強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低。鋼的力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌度和硬度等）決定于鋼的成分和金相組織。鋼的成分一定時(shí)，其金相組織主要決定于鋼的熱處理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影響最大。1）鋼的分類。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)鋼分類GB/T13304是參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4948/1和ISO4948/2鋼分類而制定的。為了便于選用，鋼的一般分類如圖1.1.1所示。圖1.1.1 鋼的分類在工程中更通用的分類為：按化學(xué)成分分類：可分為碳素鋼、低合金鋼和合金鋼。按主要質(zhì)量等級(jí)分類：a.普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊質(zhì)量碳素鋼；b.普通低合金鋼、優(yōu)質(zhì)低合金鋼和特殊質(zhì)量低合金鋼；c.普通合金鋼、優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊質(zhì)量合金鋼。2）鋼牌號(hào)的表示方法。按照國家標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法GB/T2212000的規(guī)定，我國鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)采用漢語拼音字母、化學(xué)符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的表示方法，即：牌號(hào)中化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素表示。產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法等，通常采用代表該產(chǎn)品漢字的漢語拼音的縮寫字母表示。鋼鐵產(chǎn)品中的主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700）規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母“Q”、屈服點(diǎn)等級(jí)、質(zhì)量等級(jí)和脫氧程度四部分按順序組成。屈服點(diǎn)數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五種；質(zhì)量等級(jí)以硫、磷雜質(zhì)含量多少，分別用A、B、C、D符號(hào)表示；脫氧程度如上所述，Z和ZT在表示鋼的牌號(hào)時(shí)可以忽略。如Q235-AF表示屈服點(diǎn)為235N/mm2、質(zhì)量等級(jí)為A的沸騰鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)以兩位數(shù)字表示，數(shù)字代表含碳量的白分之幾（以0.01%為單位），如鋼號(hào)為20，表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；鋼號(hào)為45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。合金鋼是在煉鋼過程中人為地加入一種或幾種合金元素而制成，常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鈦等，它們可以使鋼材的某些性質(zhì)得到顯著改善。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼原名為普通低合金鋼。由于這類鋼種的迅速發(fā)展，其生產(chǎn)工藝、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途均已超出普通低合金鋼的范疇，故在新標(biāo)準(zhǔn)中更名為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T-1591）。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中合金元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5.0%，一般不大于3.0%。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼以屈服點(diǎn)等級(jí)為主，劃分為五個(gè)牌號(hào)，其表示方法如下：屈服點(diǎn)等級(jí)加質(zhì)量等級(jí)。屈服點(diǎn)等級(jí)：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。質(zhì)量等級(jí)：E、D、C、B、A。由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，而且有較好的塑性、韌性和可焊性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要用于焊接結(jié)構(gòu)，其制造工藝主要是冷、熱壓力加工和焊接。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)按下列規(guī)則編制：用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量（以萬分之幾計(jì)），標(biāo)注在牌號(hào)頭部。合金元素含量為1.50%-2.49%、2.50%-3.49%、3.50%-4.49%、4.50%-5.49%，相應(yīng)的標(biāo)注為2、3、4、5平均合金含量1.50%者，在牌號(hào)中只標(biāo)出元素符號(hào)，不標(biāo)注其含量。如30CrMnSi表示碳、鉻、錳、硅平均含量分別為0.30%、0.95%、0.85%、1.05%的合金結(jié)構(gòu)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示，如“30CrMnSiA”;特級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“E”表示，如“30CrMnSiE”.3)工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)。碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T221）和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T221-2000）。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的碳、磷、硫及其他殘余元素的含量控制較寬，某些性能如低溫韌性和時(shí)效敏感性較差。碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有良好的工藝性能（如焊接性能、壓力加工性能等）、必要的韌性、良好的塑性以及廉價(jià)和易于大量供應(yīng)，通常在熱扎后使用。在橋梁建筑船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。某些不太重要、要求韌性不高的機(jī)械零件也廣泛應(yīng)用。如Q195鋼強(qiáng)度不高，塑性韌性加工性能和焊接性能較好，主要用于扎制薄板和盤條等；Q215鋼大量用作管坯、螺栓等；Q235鋼強(qiáng)度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊接性和可加工性也好，是結(jié)構(gòu)鋼常用的牌號(hào)；Q235鋼大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板，用于建造房屋和橋梁等；Q255鋼強(qiáng)度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性較差，主要用做鉚接和栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋；Q275鋼強(qiáng)度和硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，主要用于制造軸類、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼塑性和韌性較高，并可通過熱處理強(qiáng)化，多用于較重要的零件，是廣泛應(yīng)用的機(jī)械制造用鋼。根據(jù)含碳量的不同，優(yōu)質(zhì)碳素鋼分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性高，壓力加工性和焊接性能優(yōu)良，用于制造承載較小和要求韌性高的零件以及小型滲碳零件；中碳鋼強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低，切削性能良好，但焊接性能較差，冷熱變形能力良好，主要用于制造載荷較大的機(jī)械零件。常用調(diào)質(zhì)鋼為40#、45#和50#鋼。但由于碳素鋼的淬透性不高，零件的尺寸越大，調(diào)質(zhì)處理的強(qiáng)化效果越差，因此只有中、小型零件采用調(diào)質(zhì)處理才能獲得較好的強(qiáng)化效果。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的韌性，同時(shí)有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。而低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)工藝與碳素結(jié)構(gòu)鋼類似，故低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格與碳素結(jié)構(gòu)鋼相近。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的主要特點(diǎn)如下：Q295（09MnV、09MnNb）具有良好的塑性、韌性、冷彎性能、冷熱壓力加工性能和焊接性能，且有一定的耐蝕性能。用于制造各種容器、螺旋焊管、建筑結(jié)構(gòu)、車輛用沖壓件和船體等；Q295（12Mn）具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、冷彎性能和冷熱壓力加工性能，已大量用于制造低壓鍋爐、車輛、容器、油罐和造船等焊接結(jié)構(gòu)；Q345（18Nb）綜合力學(xué)性能和低溫沖擊韌性良好，焊接性能和冷熱壓力加工性能良好，用于建筑結(jié)構(gòu)、化工容器、管道、起重機(jī)械和鼓風(fēng)機(jī)等；Q345（16Mn）具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫沖擊韌性、冷沖壓、切削加工性、焊接性能等，但缺口敏感性大，廣泛用于受動(dòng)荷載作用的焊接結(jié)構(gòu)，如橋梁、車輛、船舶、管道、鍋爐、大容器、油罐、重型機(jī)械設(shè)備、礦山機(jī)械和-40低溫壓力容器等。合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)剛是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量的一種或數(shù)種合金元素而形成的，它的綜合力學(xué)性能優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是合金鋼中用量最多的一類鋼，廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機(jī)械零件和構(gòu)件。當(dāng)零件的形狀復(fù)雜、截面尺寸較大、要求韌性高時(shí)，采用合金結(jié)構(gòu)鋼可使復(fù)雜形狀零件的淬火變形和開裂傾向降到最小。因此，形狀復(fù)雜和截面尺寸較大和要求韌性高的淬火零件，一般為合金結(jié)構(gòu)剛。合金結(jié)構(gòu)剛的主要特點(diǎn)如下：20MnV鋼可以代替20Cr、20CrNi鋼使用，其強(qiáng)度、韌性及塑性均優(yōu)于15Cr和20Mn2，淬透性也好，切削加工性能尚可。用于制造高壓容器、鍋爐、大型高壓管道等的焊接構(gòu)件（工作溫度不超過450-475），還用于制造冷扎、冷拉和冷沖壓加工的零件，如齒輪和活塞銷等。20SiMnVB具有良好的綜合力學(xué)性能，低溫沖擊韌性較好，宜于滲碳后直接淬火，滲碳淬火后缺口強(qiáng)度、韌性和抗彎強(qiáng)度均較好，常用以代替20CrMnTi、20CrMnMo鋼，用于制造較高荷載、強(qiáng)度和耐磨性或高速?zèng)_擊的滲碳零件和非滲碳零件，如齒輪軸、齒圈、齒輪、主軸、蝸桿和離合器（機(jī)床用）等。不銹耐酸鋼。不銹耐酸鋼簡(jiǎn)稱不銹鋼。它是指在空氣水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)中具有高穩(wěn)定性的鋼種。它在化工、石油、食品機(jī)械和國防工業(yè)中廣泛應(yīng)用。按不銹鋼使用狀態(tài)和金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類?，F(xiàn)將各類不銹鋼的特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：a.鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素，通常含鉻量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于13.00%，不含鎳。某些鋼種還填加有鋁、鈦和硫等。高鉻鋼（17.0%-30.0%Cr）有良好的抗高溫氧化能力，在氧化性酸溶液如硝酸溶液中，有良好的耐蝕性，故其在硝酸和氮肥工業(yè)中廣泛使用。高鉻鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)是鋼的缺口敏感性和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，鋼在加熱后對(duì)晶間腐蝕也較為敏感。如0Cr13不銹鋼在弱腐蝕介質(zhì)中，如淡水中，有良好的耐蝕性。b.馬氏體型不銹鋼。合是鋼種的主要合金元素，鋼在淬火回火狀態(tài)使用，有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。通常用在弱腐蝕性介質(zhì)，如海水、淡水和水蒸氣等中，使用溫度小于或等于580，通常作為受力較大的零件和工具的制作材料，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用做焊接件。c.奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素是鉻和鎳，其次是鈦、鈮、鉬、氮和錳等。此鋼具有奧氏體組織，這類鋼具有高的韌性、低的脆性 轉(zhuǎn)變溫度、良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。但是這類鋼的屈服強(qiáng)度低，且不能采用熱處理方法強(qiáng)化，而只能進(jìn)行冷變形強(qiáng)化。d.鐵素體奧氏體型不銹鋼。這類剛是在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，添加更多的鉻、鉬和硅等有利于形成鐵素體的元素，或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強(qiáng)度越為奧氏體型不銹鋼的2倍，可焊性良好、韌性較高、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時(shí)的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。e.沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼的突出優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)沉淀硬化熱處理后具有高的強(qiáng)度，耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強(qiáng)度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)和零件，也可用作高溫零件，如汽輪機(jī)零件。鑄鋼。鑄鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質(zhì)量的鑄鋼件。某些冷熱性能差或難切削加工的鋼，則能由鑄造成型。a.碳素鋼鑄鋼。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)鑄鋼牌號(hào)表示方法GB/T5613,鑄鋼牌號(hào)有兩種表示方法，即以強(qiáng)度表示的鑄鋼牌號(hào)和以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號(hào)。以強(qiáng)度表示的是碳素鋼鑄鋼牌號(hào)，即在ZG后面加兩組力學(xué)性能數(shù)字，第一組數(shù)字表示該鋼的屈服強(qiáng)度最低值（MPa）,第二組數(shù)字該鋼的抗拉強(qiáng)度最低值（MPa），例如ZG200400。以化學(xué)成分表示的是合金鋼鑄鋼牌號(hào)，即在ZG后依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量，例如ZG15Cr1Mo1V。b.低合金鋼鑄鋼。根據(jù)國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)大型低合金鋼鑄件JB/T6402低合金鋼鑄鋼牌號(hào)表示方法，以化學(xué)成分表示低合金鋼鑄鋼牌號(hào)，即在ZG后面依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量，例如ZG35CrMnSi。鑄造低合金鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，其力學(xué)性能與鑄造碳素鋼相似，其韌性優(yōu)于鑄造碳素鋼，可用作重要的鑄鋼件。如ZG35SiMnMo用于中等負(fù)荷或高負(fù)載的零件即耐磨零件，也可用于較大鑄件。（2）鑄鐵的分類和牌號(hào)表示方法。鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金，并且還含有較多量的硅錳硫磷等元素。它具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。大部分機(jī)械設(shè)備的箱體、殼體、機(jī)座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制成。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機(jī)的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價(jià)廉，切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機(jī)械加工工時(shí)，且有必要的強(qiáng)度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸振性和低的缺口敏感性等。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(diǎn)是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但是，雜質(zhì)在剛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，鑄鐵的主要特點(diǎn)是含有石墨，組織的其余部分相當(dāng)于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.80%鋼的組織，故稱鑄鐵的組織為石墨加鋼的基體。鑄鐵的塑性和韌性，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)?；w組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強(qiáng)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（石墨呈片狀）、球墨鑄鐵（石墨呈球狀）和可鍛鑄鐵（石墨成團(tuán)絮狀）三大類。按照鑄鐵成分是否含有合金元素，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(hào)的表示方法。用各種鑄鐵相應(yīng)漢語拼音字母的第一個(gè)大寫字母作為鑄鐵的代號(hào)，當(dāng)兩種鑄鐵名稱的代號(hào)字母相同時(shí)，可在大寫字母后加小寫字母表示。同一名稱鑄鐵需要細(xì)分時(shí)，取其細(xì)分特點(diǎn)的漢語拼音字母第一個(gè)大寫字母排在后面。各種鑄鐵的名稱代號(hào)和牌號(hào)如表1.1.2所示。表1.1.2 鑄鐵名稱、代號(hào)和牌號(hào)鑄鐵名稱代號(hào)牌號(hào)表示方法實(shí)例鑄鐵名稱代號(hào)牌號(hào)表示方法實(shí)例灰口鑄鐵HTHT100耐磨鑄鐵MTMTCu1PTi150蠕墨鑄鐵RuTRuT380耐磨球墨鑄鐵MQTMQTMn6球墨鑄鐵QTQT40018耐蝕球墨鑄鐵STQSTQA15Si5黑心可鍛鑄鐵KTHKTH30006耐熱鑄鐵RTRTCr2白心可鍛鑄鐵KTBKTB35004耐蝕鑄鐵STSTSi15R珠光體可鍛鑄鐵KTZKTZ45006冷硬鑄鐵LTLTCrMoR 注：本表摘自現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵牌號(hào)表示方法GB/T5612在牌號(hào)中一般不標(biāo)注常規(guī)元素碳、硅、錳、硫和磷的符號(hào)，但當(dāng)他們有特殊作用時(shí)才標(biāo)注其元素符號(hào)和含量。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于1.0%時(shí)，用整數(shù)表示；小于1.0%時(shí)，一般不標(biāo)注。只有當(dāng)該合金元素有較大影響，才予以標(biāo)注。合金元素按其含量遞減次序排列，含量相同者，按元素字母的順序排列。牌號(hào)中代號(hào)后面的一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度值（如灰鑄鐵HT100），有兩組數(shù)字時(shí)，第一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度值，第二組數(shù)字表示伸長率值（如球墨鑄鐵QT40018），兩組數(shù)字之間用“-”隔開。當(dāng)牌號(hào)中標(biāo)注了元素符號(hào)及含量還要標(biāo)注抗拉強(qiáng)度時(shí)，抗拉強(qiáng)度值置于元素符號(hào)和含量之后，其間用“-”隔開。鑄鐵牌號(hào)示例。 3）工程中常用鑄鐵的性能和特點(diǎn)?；铱阼T鐵?；铱阼T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(dāng)于鋼的組織。因此鑄鐵的組織可以看成鋼基體上分布著石墨?；铱阼T鐵包括普通灰口鑄鐵和孕育鑄鐵兩種?；铱阼T鐵價(jià)格便宜、應(yīng)用最廣泛，在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80.0%以上。影響灰口鑄鐵的組織和性能的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度?；铱阼T鐵中的碳、硅含量一般控制在碳2.5%4.0%，硅1.0%3.0%。球墨鑄鐵。球墨鑄鐵是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合機(jī)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(yīng)用。球墨鑄鐵的成分要求比較嚴(yán)格，與灰口鑄鐵相比，它的含碳量較高，通常在4.5%4.7%的范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨球化。球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還要節(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(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過了45#鋼。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或帶臺(tái)肩的，因此用球墨鑄鐵來代替鋼來制造某些重要零件，如曲軸、連桿和凸輪軸等。蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵是近十幾年發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)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(shí)又有灰口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。蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。蠕墨鑄鐵在生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套鋼錠摸和液壓閥等鑄件?？慑戣T鐵。可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。按退火方法不同，這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型。黑心可鍛鑄鐵依靠石墨化退火來獲得；白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來制取?？慑戣T鐵常用來制造形狀復(fù)雜承受沖擊和振動(dòng)荷載的零件，如管接頭和低壓閥門等。這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí)，因鑄造性能不好，工藝上困難較大，而用灰口鑄鐵時(shí)，又存在性能不能滿足要求的問題。與球墨鑄鐵相比，可鍛鑄鐵具有成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、工藝處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。尤其對(duì)于薄壁件，球墨鑄鐵還容易生成白口，需要進(jìn)行高溫退火，這時(shí)采用可鍛鑄鐵更為適宜。耐磨鑄鐵。在鑄鐵中加入某些合金元素而得到。耐磨鑄鐵是在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵，應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵。但白口鑄鐵脆性較大不能承受沖擊載荷，因此在生產(chǎn)上常采用激冷的辦法來獲得耐磨鑄鐵。耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵是在高溫下工作的鑄件，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸鏈條等。在灰口鑄鐵中加入鋁、硅和鎘等元素，一方面在鑄件表面形成致密的氧化膜，阻礙繼續(xù)氧化；另一方面提高了鑄鐵的臨界溫度，使基體變?yōu)閱雾?xiàng)鐵素體，不發(fā)生石墨化過程，因此鑄鐵的耐熱性得到改善。耐蝕鑄鐵。耐蝕鑄鐵是主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。在鑄鐵中加入硅、鉻、鋁、鉬、銅和鎳等元素，在鑄件表面形成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁和高鉻等耐蝕鑄鐵。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(xué)性能方面。常用的有色金屬主要特性如表1.1.3所示。如表1.1.3 常用的有色金屬主要特性合金名稱主要特性鋁及其合金密度?。?2.7g/cm3）、比強(qiáng)度高、耐蝕性好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱、反光性能良好，磁化率極低、塑性好、易加工成型和鑄造各類零件鎂及其合金密度?。?1.7g/cm3）、比強(qiáng)度和比剛度高、能承受大的沖擊荷載、有良好的機(jī)械加工性能和拋光性能，對(duì)有機(jī)酸、堿類和液體燃料有較高的耐蝕性銅及其合金有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、較好的耐蝕性和抗磁性、優(yōu)良的減磨性和耐磨性、有較高的強(qiáng)度和塑性、高的彈性極限和疲勞極限、易加工成型和鑄造各類零件鎳及其合金有高的力學(xué)性能和耐熱性、耐蝕性好，具有特殊的電、磁和熱膨脹性能鈦及其合金密度?。?4.5g/cm3）、比強(qiáng)度高、高溫強(qiáng)度高、硬度高、耐蝕性優(yōu)良鉛及其合金熔點(diǎn)低、耐磨和減磨性能好、耐蝕性高、抗X射線和射線穿透能力強(qiáng)、塑性好、強(qiáng)度低（1）有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法如表1.1.4所示。產(chǎn)品種類牌號(hào)表示方法產(chǎn)品名稱牌號(hào)黃銅用“H”加基元素銅的含量表示，三元以上黃銅用“H”加第二個(gè)主加元素符號(hào)及除鋅以外的成分?jǐn)?shù)字組表示68黃銅591鉛黃銅772鉛黃銅H68HPb591HAl77-2青銅用“Q”加第一個(gè)主加元素符號(hào)及除基元素銅以外的成分?jǐn)?shù)字組表示6.50.1錫青銅1.9鈹青銅QSn6.50.1QBe1.9白銅用“B”加鎳含量表示，三元以上白銅用“B”加第二個(gè)主加元素符號(hào)及除基元素銅以外的成分?jǐn)?shù)字組表示312錳白銅3011鐵白銅1520鋅白銅BMn312BFe3011BZn15-20鎳合金用“N”加第一個(gè)主加元素符號(hào)及除基元素鎳以外的成分?jǐn)?shù)字組表示9鎳鉻合金0.19鎳硅合金NCr9NSi0.19鈦及其合金用“T”加金屬或合金組織類型的字母及順序號(hào)表示，A、B、C分別表示型、型和+型鈦合金1號(hào)型鈦5號(hào)型鈦合金4號(hào)+型鈦合金TA1TA5TC4鋁合金用“L”加合金組織類型的漢語拼音字母及順序符號(hào)表示2號(hào)防銹鋁4號(hào)超硬鋁LF2LC4鎂合金用“M”加表示變形加工的漢語拼音字母“B”及順序號(hào)表示2號(hào)變形鎂合金MB2其他合金除上述合金外的其他合金用基元素的化學(xué)元素符號(hào)加第一個(gè)主加元素符號(hào)及除基元素外的成分?jǐn)?shù)字組表示2鉛銻合金13.5-2.5錫鉛合金 1.5鋅銅合金PbSb2SnPb13.5-2.5 ZnCu1.5注：摘自國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)變形鋁及鋁合金化學(xué)成分GB/T3190（2）工程中常用有色金屬的性能和特點(diǎn)。1）鋁及其合金。鋁及其合金在采用各種強(qiáng)化手段后，鋁合金可以達(dá)到與低合金高強(qiáng)鋼相近的強(qiáng)度，因此比強(qiáng)度要比一般高強(qiáng)鋼高得多。鋁及其鋁合金在電氣工程、一般機(jī)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98.0%-99.0，牌號(hào)有L1、L2、L3、L4、L5五種，編號(hào)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(qiáng)度很低，不能作為結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(qiáng)度，而且可用熱處理來大幅地改善性能。因此鋁合金可用于制造承受較大荷載的機(jī)器零件和構(gòu)建。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。變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金等。a.防銹鋁合金（LF）。防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。錳的主要作用是提高抗蝕性能，并起固溶強(qiáng)化作用。防銹鋁合金抗蝕性能高，塑性和焊接性好，但因太軟而切削加工性能不良。主要用于焊接件、容器、管道以及承受中等荷載的零件和制品，也可用作鉚釘。b.硬鋁合金（LY）.硬鋁合金為Ai-Cu-Mg系合金。低合金硬鋁塑性好、強(qiáng)度低，主要用于制作鉚釘，常稱鉚釘硬鋁；標(biāo)準(zhǔn)硬鋁合金強(qiáng)度和塑性屬中等水平，主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋槳葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵桓吆辖鹩蹭X合金元素含量較多，強(qiáng)度和硬度較高，塑性及變形加工性能較差，用于制作重要的銷和軸等零件。c.超硬鋁合金（LC）超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金，是強(qiáng)度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗腐蝕性較差，高溫下軟化快，多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)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。有良好的熱塑性Al-Mg-Zn-Cu鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能。這類合金主要用于承受重荷載的鍛件和模鍛件。鑄造鋁合金（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(dǎo)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(hào)越大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。在銅中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，同時(shí)保持純銅的某些優(yōu)良性能。一般銅合金分為黃銅、青銅和白銅三大類。黃銅（H）。以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。為了獲得更高的強(qiáng)度、抗腐蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁硅錳鎳等元素，形成各種復(fù)雜黃銅，如鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鐵黃銅和鎳黃銅等。鉛黃銅主要用于要求良好切削性能和耐磨性能的零件，鑄造鉛黃銅可以制造軸瓦和襯套；錫黃銅廣泛用于制造海船零件；鋁黃銅可制作海船零件及其他機(jī)器的耐蝕零件，還可用于制造大型蝸桿、海船用螺旋槳等重要零件；硅黃銅中硅顯著提高了黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性，硅黃銅主要用于制造船舶及化工機(jī)械零件；錳黃銅常用于制造海船零件及軸承等耐磨件；鐵黃銅可制造受摩擦及海水腐蝕的零件；鎳黃銅在造船和電機(jī)制造工業(yè)中廣泛應(yīng)用。青銅（Q）。青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習(xí)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。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，以及抗腐蝕、抗磁零件等；鋁青銅可制造齒輪、軸套和渦輪等在復(fù)雜條件下工作的高強(qiáng)度抗磨零件，以及彈簧和其他高耐蝕性彈性元件；鈹青銅主要用于制作精密儀器的重要彈簧和其他彈性元件、鐘表齒輪、高速高壓下工作的軸承和襯套等耐磨零件，以及電焊機(jī)電極、防爆工具和航海羅盤等重要零件；硅青銅用于航空工業(yè)，硅青銅可制作彈簧、齒輪、渦輪、蝸桿等耐蝕和耐磨零件。3）鎳及其合金。鎳基鎳合金是化學(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。由于鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位大于鐵，可獲得耐蝕性優(yōu)越的鎳基耐蝕合金。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(yùn)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、夾具和緊固件等，也常用于制作接觸濃CaCl2 溶液的冷凍機(jī)零件以及化學(xué)加工設(shè)備、石油煉制設(shè)備，特別是發(fā)電廠給水加熱器的管子等。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(chǔ)量?jī)H次于鋁、鐵和鎂，成為四大元素之一。鈦合金不僅在飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天和艦船等方面廣泛應(yīng)用，而且也正向民用領(lǐng)域推廣。鈦在高溫下化學(xué)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，易氧化或氫化，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；鈦具有良好的低溫性能，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。工業(yè)純鈦的棒材、板材和擠壓型材用于飛機(jī)、船舶和化工等行業(yè)，制造各種耐蝕、500以下耐熱零件，如熱交換器等。5）鉛及其合金。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(qiáng)度等，并保持合金的良好耐蝕性。硬鉛的密度比鉛高，可作為結(jié)構(gòu)材料，在化工防腐蝕設(shè)備中被廣泛應(yīng)用，但硬鉛的耐腐蝕性比純鉛略有降低。鉛在大氣、淡水、海水中很穩(wěn)定，鉛對(duì)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(shí)，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）鎂及其合金。主要特性是密度小、化學(xué)活性強(qiáng)、強(qiáng)度低。純鎂強(qiáng)度低，不能用于結(jié)構(gòu)材料，主要用鎂合金。鎂合金是以鎂為基體材料，添加少量合金元素鋁錳鋅鋯和鈹?shù)瓤梢蕴岣哝V合金的強(qiáng)度，其中鋁和鋅是主要的合金元素。錳可提高合金的耐蝕性，鋯可細(xì)化鑄造合金的晶粒和提高抗熱裂傾向，稀土金屬除有類似鋯的作用外，還可以改善合金的鑄造性能、焊接性能、耐熱性和消除應(yīng)力腐蝕傾向。鎂合金的優(yōu)良性能是相對(duì)密度小，因而其強(qiáng)度雖然不高，但是它的比強(qiáng)度和比剛度卻可以和合金結(jié)構(gòu)鋼相媲美，故鎂合金是航空工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料，它能承受較大的沖擊振動(dòng)荷載，并有良好的機(jī)械加工性能和拋光性能。其缺點(diǎn)是耐蝕性較差、缺口敏感性大及熔鑄工藝復(fù)雜。按照制造工藝，鎂合金可分為加工鎂合金和鑄造鎂合金兩類。（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。常用的耐火材料耐火砌體材料、耐火水泥及耐火混凝土。（1）耐火材料的主要性能指標(biāo)和分類：1）耐火材料的主要性能指標(biāo)。耐火度。耐火度是耐火材料受熱后軟化到一定程度的溫度。耐火度高，表示耐火材料承受高溫作用的能力強(qiáng)。他不是材料的熔化溫度，也不是材料的許用溫度。耐火材料的耐火度通常高于1580。荷重軟化溫度。荷重軟化溫度是耐火材料在給定負(fù)荷（例如20MPa）作用下，以給定速度加熱到試樣開始塑性變形或產(chǎn)生給定變形量的溫度，又稱為材料的荷重軟化點(diǎn)。荷重軟化溫度越高，則材料的高溫強(qiáng)度越好。粘土耐火磚的耐火度約為1730，荷重軟化溫度約為1350，而它的長期使用溫度約為1000左右。高溫化學(xué)穩(wěn)定性。高溫化學(xué)穩(wěn)定性是耐火材料抗?fàn)t氣和爐料腐蝕的能力。抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時(shí)越不易損壞?？箟簭?qiáng)度要好。密度和比熱容。密度和比熱容要小，這樣可以減少耐火材料加熱時(shí)吸收的熱量，使加熱速度加快，但是密度小時(shí)，耐火材料的強(qiáng)度較低。熱導(dǎo)率要小，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。2）耐火材料的分類。耐火砌體材料。按材質(zhì)高低，分為普通耐火材料和特種耐火材料；按材料密度，分為重質(zhì)耐火材料和輕質(zhì)耐火材料；按耐火材料的主要化學(xué)成分，分為粘土磚、高鋁磚、硅磚、氧化鋁轉(zhuǎn)、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。普通耐火材料是用量最多，應(yīng)用面最寬的耐火材料。如多數(shù)煉鐵高爐、煉鋼爐、加熱爐的爐襯，均采用這類耐火材料砌成。耐火水泥及混凝土。低鈣鋁酸鹽耐火水泥是用優(yōu)質(zhì)鋁礬土和石灰石，按一定比例配合經(jīng)燒結(jié)、磨細(xì)制成。低鈣鋁酸鹽水泥與耐火磚細(xì)塊摻和，可制成耐火混凝土，用于某些高溫窖爐和加熱爐的內(nèi)襯；也可與輕質(zhì)耐火磚細(xì)塊摻和制成耐火隔熱材料，或與石棉摻和制成石棉耐火水泥制品。耐火混凝土與普通耐火磚比較，具有施工簡(jiǎn)單、廉價(jià)和爐襯整體密封性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度較低。按照膠結(jié)料的不同，耐火混凝土分為水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和氣硬性耐火混凝土；按照密度的高低，可分為重質(zhì)耐火混凝土和輕質(zhì)耐火混凝土兩類。2.耐火隔熱材料耐火隔熱材料，又稱為耐火保溫材料。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、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。硅藻土耐火隔熱保溫材料是目前應(yīng)用最多、最廣的耐火隔熱保溫材料。硅藻土耐火保溫磚、板、管，具有氣孔率高、耐高溫及保溫性能好、密度小等特點(diǎn)。使用這種材料，可以減少熱損失、降低燃料消耗、減薄爐墻厚度、減輕爐體質(zhì)量、降低工程造價(jià)、縮短窖爐周轉(zhuǎn)時(shí)間、提高生產(chǎn)率，而且還有用于900以下熱工設(shè)備保溫時(shí)永不變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。硅藻土磚、板廣泛用于電力、冶金、機(jī)械、化工、石油、金屬冶煉電爐和硅酸鹽等工業(yè)的各種熱體表面及各種高溫窖爐、鍋爐、爐墻中層的保溫絕熱方面。硅藻土管廣泛用于各種石油、化工、氣體、液體高溫過熱管道及其他高溫設(shè)備的保溫絕熱方面。（2）硅酸鋁耐火纖維。硅酸鋁耐火纖維是輕質(zhì)耐火材料之一。它形似棉花，呈白色纖維狀，具有密度小、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低、比熱容小、抗機(jī)械振動(dòng)好、體脹系數(shù)小和優(yōu)良的隔熱性能。因此，硅酸鋁耐火纖維及其制品（氈板磚管等）和復(fù)合材料，廣泛用于冶金、機(jī)械、建筑、化工和陶瓷工業(yè)中的熱力設(shè)備，如鍋爐、加熱爐和導(dǎo)管等的耐火隔熱材料。（3）微孔硅酸鈣保溫材料。微孔硅酸鈣保溫材料制品是用硅藻土、石灰、石棉和水玻璃等混合材料壓制而成。其表觀密度小、強(qiáng)度高、傳熱系數(shù)低且不燃燒、不腐蝕、無毒和無味，可用于高溫設(shè)備熱力管道的保溫隔熱工程。（4）礦渣棉制品?？捎米鞅?、隔熱和吸聲材料。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.鑄石是以輝綠巖、玄武巖、頁巖等天然巖石為主要原料,經(jīng)溶化、澆注、結(jié)晶、退火而成的一種硅酸鹽結(jié)晶材料.鑄石具有極優(yōu)良的耐磨和耐化學(xué)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(shè)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(dāng)不受沖擊振動(dòng)時(shí),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(shè)備的使用壽命.可用鑄石加工生產(chǎn)各類板材、管材、異型和特型材,也可用鑄石粉制作鑄石復(fù)合制品和調(diào)制耐酸膠泥.采用鑄石粉調(diào)制的膠泥吸水性小、收縮性小、耐腐蝕性能高和粘結(jié)力強(qiáng).(2)石墨.按來源不同可分為天然石墨和人造石墨.防腐材料中應(yīng)用的主要是人造石墨.人造石墨經(jīng)過不透性處理,即通過浸漬、壓型澆注等方法制的的新型結(jié)構(gòu)材料稱為不透性石墨.它不僅具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性,還具有極高的導(dǎo)熱性能.石墨材料具有高熔點(diǎn)(3700),在高溫下有高的機(jī)械強(qiáng)度.當(dāng)溫度增加時(shí),石墨的強(qiáng)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(jié)構(gòu)材料都穩(wěn)定,不會(huì)炸裂破壞,石墨的導(dǎo)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(shè)備.石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性.除了強(qiáng)氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硝酸和鹵素)之外,在所有的化學(xué)介質(zhì)當(dāng)中都很穩(wěn)定,甚至在熔融的堿中都很穩(wěn)定.不透性石墨作為耐腐蝕的非金屬無機(jī)材料,用于制造各種類型的熱交換器、鹽酸合成爐、膜式吸收器、管道、管件、閥門、塔及附件、泵類以及襯里用的磚板等.(3)玻璃.按形成玻璃的氧化物分為硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和鋁酸鹽玻璃等,其中硅酸鹽玻璃是應(yīng)用最為廣泛的玻璃品種.硅酸鹽玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性很高,抗酸性強(qiáng),組織緊密而不透水,但它若長期在某些介質(zhì)作用下,也會(huì)受侵蝕.玻璃長時(shí)期在溫水或水汽作用下,能使硅酸鹽水解,玻璃表面分離出二氧化硅凝膠和苛性堿,是玻璃渾濁變色、表面粗糙.硅酸鹽玻璃具有較好的光澤和透明度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好(石英玻璃使用溫度達(dá)（1000-1100)、機(jī)械強(qiáng)度高（如塊狀玻璃的抗壓強(qiáng)度約為600-1600MPa,玻璃纖維抗拉強(qiáng)度約為1500-4000MPa）、硬度大（莫氏硬度為5.5-6.5）和電絕緣性強(qiáng)，但不耐氫氟酸、熱磷酸和熱濃堿液的腐蝕。一般用作制造化學(xué)儀器和高級(jí)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?jǐn)?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?jǐn)?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。而某些耐酸石料含二氧化硅雖然很高，由于結(jié)構(gòu)致密也能耐堿侵蝕。如花崗巖強(qiáng)度高、耐寒性好，但熱穩(wěn)定性較差；石英巖強(qiáng)度高、耐久性好、硬度高、難以加工；輝綠巖及玄武巖密度高、耐磨性好、脆性大、輕度極高、加工較難；石灰?guī)r熱穩(wěn)定性好、硬度較低。(5)水玻璃型耐酸水泥。具有能抗大多數(shù)無機(jī)酸和有機(jī)酸腐蝕的能力，但不耐堿。水玻璃型耐酸水泥是將耐酸填料(一般采用石英巖、熔融輝巖或陶瓷碎片)和硬化劑(一般采用氟硅酸鈉)，按適當(dāng)配比粉磨后再混合均勻制得的粉狀物料。使用時(shí)再用適量的水玻璃溶液攪勻，能在空氣中硬化，具有抵抗大多數(shù)無機(jī)酸和有機(jī)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(shè)備。4陶瓷材料陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。目前陶瓷的應(yīng)用已滲透到各類工業(yè)、各種工程和各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。陶瓷材料有著許多區(qū)別于其他材料的物理化學(xué)性能。比如高溫化學(xué)性能、超硬的特點(diǎn)和極好的耐腐蝕性能。(1)陶瓷材料的分類。工程陶瓷材料的分類如圖1.1.2所示。它們可用于制造某些工業(yè)零件、構(gòu)件和工具。陶瓷的種類很多，但缺乏統(tǒng)一的分類方法，按照習(xí)慣，陶瓷一般分為普通陶瓷和新型陶瓷兩大類。圖1.1.2 工程陶瓷材料分類(2)常用的陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷材料有電氣絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。如耐酸陶瓷制品，具有結(jié)構(gòu)致密、表面平整光潔、耐酸性能良好、形狀種類繁多(磚板罐管及其他)和使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但性脆、抗沖擊能力差、急冷急熱時(shí)易開裂。從表面是否施釉可分為無釉耐酸陶瓷制品和帶釉耐酸陶瓷制品兩種。從使用功能上耐酸陶瓷制品可分為耐酸瓷磚、耐酸瓷板、耐酸瓷粉、耐酸陶磚、耐酸陶板和耐酸陶管。耐酸瓷磚、耐酸瓷板具有結(jié)構(gòu)致密、氣孔率低和吸水率較小等優(yōu)點(diǎn)。耐酸陶磚、耐酸陶板和耐酸陶管氣孔率和吸水率較大，強(qiáng)度和耐酸性低于瓷制品，表面較粗糙，主要用于鋪地面、砌溝槽和儲(chǔ)罐及其容器。（三）高分子材料1.高分子材料的基本概念高分子材料具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能、很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能，在工程上是發(fā)展最快的一類新型結(jié)構(gòu)材料。高分子材料一般分天然和人工合成兩大類。天然高分子材料有蠶絲、羊毛、纖維素和橡膠以及存在于生物組織中的淀粉和蛋白質(zhì)等。工程上的高分子材料主要是人工合成的各種有機(jī)材料，通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為塑料、橡膠和合成纖維三大類。人工合成的高分子材料，就是把低分子材料(單體)聚合起來所形成的。其聚合工程稱為聚合反應(yīng)。最常用的聚合反應(yīng)有加成聚合反應(yīng)(簡(jiǎn)稱加聚反應(yīng))和縮合聚合反應(yīng)(簡(jiǎn)稱縮聚反應(yīng))兩種。聚合后后材料的分子量多數(shù)在5000-1000000之間。一般把分子量大于5000的定為高分子材料。常用的加聚樹脂有聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、ABS樹脂、聚醋酸乙烯(PVAC)、聚丙烯(PP)和聚甲基丙烯酸堿甲酯(PMMA)等。常用的縮聚樹脂有酚醛樹脂(PF)、脲醛樹脂(UF)、環(huán)氧樹脂(EP)、不飽和聚酯樹脂(UP)和聚酯樹脂(PES)等。2高分子材料的基本性能及特點(diǎn)(1)質(zhì)輕。密度平均為1.45g/cm2,約為鋼的1/5、鋁的1/2。(2)比強(qiáng)度高。接近或超過鋼材，是一種優(yōu)良的輕質(zhì)高強(qiáng)材料。(3)有良好的塑性。即高分子材料在斷裂前能吸收較大的能量。(4)減磨和耐磨性好。有些高分子材料在無潤滑和少潤滑的摩擦條件下，它們的耐磨、減磨性能是金屬材料無法比擬的。(5)電絕緣性好。可與陶瓷、橡膠媲美。(6)耐蝕性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)一般的酸、堿、鹽及油脂有較好的耐腐蝕性。(7)導(dǎo)熱系數(shù)小。如泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.02-0.046W/(m*K)，約為金屬的1/1500，是理想的絕緣材料。(8)易老化