第一章安裝工程材料

　　考綱要求

　　1.熟悉安裝工程材料的分類﹑性能和用途；

　　2.掌握型材﹑板材﹑管材、線材的種類﹑性能和使用；

　　3.掌握常用管件﹑附件的種類﹑性能和使用；

　　4.熟悉防腐﹑絕熱材料的種類﹑性能和使用。

　　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。

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　　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。

　　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、貴金屬、稀土金屬和堿土金屬。

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　　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。

　　（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。

　　高分子材料種類很多，工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為三大類：塑料、橡膠、合成纖維。

　　（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，其性能是其它單質(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。

　　二、常用工程材料

　　（一）金屬材料

　　1.黑色金屬

　　黑色金屬一般是指鋼鐵材料，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，還含有其它元素，

　　——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。

　　——鋼中碳的含量對(duì)鋼的性質(zhì)有決定性影響；

　　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）取決于鋼的化學(xué)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。

　　我國鋼的分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13304-1991）是參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4948/1和ISO4948/2鋼分類而制訂的。（圖1.1.1鋼的分類圖）

　　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/T221-2000）中規(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：

　?、倥铺?hào)中化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素表示。

　?、诋a(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。

　?、垆撹F產(chǎn)品中的主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

　　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)和脫氧程度等四部分按順序組成。

　　——屈服點(diǎn)數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/m㎡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TZ在表示鋼的牌號(hào)時(shí)可以省略。如Q235-AF表示屈服點(diǎn)為235N/m㎡、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)字代表含碳量的百分之幾（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。

　　低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼原名為普通低合金鋼。

　　——低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼以屈服點(diǎn)等級(jí)為主，劃分成五個(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，且具有較好的塑性、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?jǐn)?shù)字表示平均含碳量（以萬分之幾計(jì)），放在牌號(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%、……時(shí)，相應(yīng)地注為2、3、4、5……；

　　平均合金含量<1.5%者，在牌號(hào)中只標(biāo)出元素符號(hào)，不注其含量；

　　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)。

　　①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/T700-1988）和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）。

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡單，有良好工藝性能（如焊接性能、壓力加工性能等）、必要的韌性、良好的塑性以及價(jià)廉和易于大量供應(yīng)，通常在熱軋后使用。

　　在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。

　　②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。

　　③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。

　?、芎辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(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。

　?、莶讳P耐酸鋼。

　　不銹耐酸鋼簡稱不銹鋼。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。

　　——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。

　　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缺點(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0Crl3不銹鋼在弱腐蝕介質(zhì)中，如淡水中，有良好的耐蝕性。

　　——馬氏體型不銹鋼。

　　鉻是鋼中的主要合金元素，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，故一般不用作焊接件。

　　——奧氏體型不銹鋼。

　　鋼中主要合金元素為鉻和鎳，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。

　　——鐵素體-奧氏體型不銹鋼。

　　這類鋼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)度約為奧氏體型不銹鋼的兩倍，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。

　　——沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼的突出優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)沉淀硬化熱處理以后具有高的強(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。

　?、掼T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。

　　——碳素鋼鑄鋼。

　　牌號(hào)有兩種表示方法，也即是以強(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)。

　　例如：

　　ZG200-400：是以強(qiáng)度表示的碳素鋼鑄鋼牌號(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)字表示該鋼的抗拉強(qiáng)度最低值（MPa）。

　　例如：以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號(hào)

　　ZG15Cr1Mo1V：是以化學(xué)成分表示的合金鋼鑄鋼牌號(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，

　　——低合金鋼鑄鋼。根據(jù)JB/T6402-1992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)。

　　例如：

　　ZG35CrMnSi：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。