造價工程師安裝工程講義:建設(shè)工程材料
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第一章 安裝工程材料
第一節(jié) 建設(shè)工程材料
工程材料及其分類(熟悉)
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。
工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分:黑色金屬材料【鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)】和有色金屬材料【黑色金屬以外的所有金屬及其合金】。
非金屬材料包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。
高分子材料為有機合成材料,也稱聚合物。它具有較高的強度、良好的塑性、較強的耐腐蝕性能,很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能。工程上通常根據(jù)機械性能和使用狀態(tài)將其分為塑料、橡膠和合成纖維三大類。
復(fù)合材料就是用兩種或兩種以上不同材料組合的材料。
(一)金屬材料
1.黑色金屬
關(guān)鍵知識點一:鋼及其合金的特性、用途(注意對比區(qū)分)
鋼是以鐵為基的合金,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,這些少量元素對鋼材性質(zhì)影響很大。
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。鋼中含碳量對鋼的性質(zhì)有決定性影響,含碳量低,鋼的強度低、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,鋼的強度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。(以前考過)
(1)鋼及其合金的分類和牌號表示方法
鋼的力學(xué)性能(如抗拉強度、屈服強度、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,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。(以前考過)
1)鋼的分類。
2)鋼牌號的表示方法。
我國鋼鐵產(chǎn)品牌號采用漢語拼音字母、化學(xué)符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的表示方法,即:
?、倥铺栔谢瘜W(xué)元素采用國際化學(xué)元素表示。
②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。
③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。
碳素結(jié)構(gòu)鋼“Q”——屈服點字母,屈服點數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五種。
Q195鋼強度不高,塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好,主要用于軋制薄板和盤條;
Q215鋼大量用作管坯、螺栓;
Q235鋼強度適中,具有良好的承載性,又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性,是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號,大量用來制成鋼筋、型鋼和鋼板;
【2009年單選】碳素結(jié)構(gòu)鋼中,具有良好的承載性,又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性,大量用來制成鋼筋、型鋼和鋼板,此種鋼的牌號為( )。
A.Q215
B.Q235
C.Q255
D.Q275
[答疑編號502008010101]
『正確答案』B
『答案解析』參見教材P5。
Q255鋼強度高、塑性和韌性稍差,不易冷彎加工,可焊性較差,主要用作鉚接或栓接結(jié)構(gòu),以及鋼筋混凝土的配筋;
Q275鋼強度和硬度較高,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。
優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號以兩位數(shù)字表示,數(shù)字代表含碳量的百分之幾(以0.01%為單位),如鋼號為20,表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼;鋼號為45,表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。
合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號按下列規(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),標(biāo)注在牌號頭部。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,在牌號中只標(biāo)出元素符號,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。高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼,在牌號尾部加符號“A”表示,
3)工程中常用鋼及其合金的性能和特點
?、偬妓亟Y(jié)構(gòu)鋼
碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡單,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、良好的塑性以及價廉和易于大量供應(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。
?、趦?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)鋼塑性和韌性較強高,并可通過熱處理強化,多用于較重要的零件,是廣泛應(yīng)用的機械制造用鋼。
?、鄣秃辖鸶邚姸冉Y(jié)構(gòu)鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的韌性,同時有良好的焊接性能、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。
?、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械零件和構(gòu)件。
?、莶讳P(耐酸)鋼。——重點
按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織,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。各類不銹鋼的特點如下:
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。
b.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)使用有較高屈服強度、硬度和耐磨度,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。
c.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,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度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。但屈服強度低,且不能采用熱處理方法強化,而只能進行冷變形強化。
【2009年單選】與鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼相比,奧氏體型不銹鋼的主要合金成分中增加的金屬元素為( )。
A.鋅
B.鋁
C.鈦
D.鎳
[答疑編號502008010102]
『正確答案』參見教材P6。
d.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。其屈服強度約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)點是經(jīng)沉淀硬化熱處理以后具有高的強度,耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)和零件,也可用作高溫零件,如汽輪機零件。
優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號以兩位數(shù)字表示,數(shù)字代表含碳量。
(2)鑄鐵的分類和牌號表示方法。
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、硫和磷等元素。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。其原因是鑄鐵價廉,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、吸振性和低的缺口敏感性等。
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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。
鑄鐵的組織特點是含有石墨。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。
按照石墨的形狀特征,鑄鐵可分為灰口鑄鐵(石墨成片狀)、球墨鑄鐵(石墨成球狀) 和可鍛鑄鐵(石墨團絮狀)三大類。
按照鑄鐵成分中是否含有合金元素,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)鑄鐵牌號的表示方法。
?、儆酶鞣N鑄鐵相應(yīng)漢語拼音字母的第一個大寫字母作為鑄鐵的代號,當(dāng)兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時,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,取其細(xì)分特點的漢語拼音字母第一個大寫字母排在后面。
?、谠谂铺栔幸话悴粯?biāo)注常規(guī)元素碳、硅、錳、硫和磷的符號,但當(dāng)它們有特殊作用時才標(biāo)注其元素符號和含量。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于1.0%時,用整數(shù)表示;小于1.0%時,一般不標(biāo)注。
?、叟铺栔写柡竺娴囊唤M數(shù)字表示其抗拉強度值(如灰鑄鐵HT100),有兩組數(shù)字時,第一組數(shù)字表示抗拉強度值,第二組數(shù)字表示伸長率值(如球墨鑄鐵QT400—18),兩組數(shù)字之間用“—”隔開。
3)工程中常用鑄鐵的性能和特點。
?、倩铱阼T鐵?;铱阼T鐵的組織由石墨和基體兩部分組成。基體可以是鐵素體、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是鋼基體上分布著石墨。
灰口鑄鐵包括普通灰口鑄鐵和孕育鑄鐵兩種?;铱阼T鐵價格便宜、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。影響灰口鑄鐵組織和性能的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度。
?、谇蚰T鐵。其綜合機械性能接近于鋼,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%范圍內(nèi)變動,以利于石墨球化。
球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰口鑄鐵,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。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度,實驗表明,球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強度甚至超過45號鋼。在實際應(yīng)用中,大多數(shù)承受動載的零件是帶孔或帶臺肩的,因此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。
?、廴淠T鐵。它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;同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。
?、芸慑戣T鐵??慑戣T鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。它有較高的強度、塑性和沖擊韌性,可以部分代替碳鋼。
?、菽湍ヨT鐵。
?、弈蜔徼T鐵。
⑦耐蝕鑄鐵。
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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。
(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)鋁及其合金。
鋁及鋁合金在電氣工程、一般機械和輕工業(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980%~99.0%,牌號有L1、L2、L3、L4、L5五種,編號越大,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度,而且可用熱處理來大幅度地改善性能。因此鋁合金可用于制造承受較大荷載的機器零件和構(gòu)件。
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。
?、僮冃武X合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。
a.防銹鋁合金(LF)。防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。
b.硬鋁合金(LY)。硬鋁合金為Al—Cu—Mg系合金。
c.超硬鋁合金(LC)。超硬鋁合金為Al—Mg—Zn—Cu系合金,是強度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較差,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。
?、阼T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。編號越大,純度越低。純銅的強度低,不宜用作結(jié)構(gòu)材料。
在銅中加入合金元素后,可獲得較高的強度,同時保持純銅的某些優(yōu)良性能。一般銅合金分黃銅、青銅和白銅三大類。
?、冱S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。
?、谇嚆~(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。
3)鎳及其合金。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。
由于鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位大于鐵,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、韌性優(yōu)良,能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境。
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,儲量僅次于鋁、鐵和鎂,成為四大元素之一。鈦合金不僅在飛機、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,易氧化和氫化,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;鈦具有較好的低溫性能,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。
5)鉛及其合金。
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、強度低。純鎂強度低,不能用于結(jié)構(gòu)材料,主要用鎂合金。
鎂合金的優(yōu)良性能是相對密度小,因而其強度雖然不高,但是它的比強度和比剛度卻可以與合金結(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。
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(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。
(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)。
?、倌突鸲取?/p>
?、诤芍剀浕瘻囟?。
?、鄹邷鼗瘜W(xué)穩(wěn)定性。
?、艿挚箿囟茸兓哪芰υ胶?,則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時越不易損壞。
?、菘箟簭姸纫?。
⑥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吸收的熱量,使加熱速度加快,但是密度小時,耐火材料的強度較低。
?、邿釋?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。
?、倌突鹌鲶w材料。
?、谀突鹚嗉盎炷?。
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,以及它們的制品如板、管、磚等。
(1)硅藻土耐火隔熱保溫材料。
(2)硅酸鋁耐火纖維。
(3)微孔硅酸鈣保溫材料。
(4)礦渣棉制品。
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。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。鑄石具有極優(yōu)良的耐磨與耐化學(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)不受沖擊振動時,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。
(2)石墨
關(guān)鍵知識點二:耐蝕(酸)非金屬材料及其特性——其中的石墨是重點
石墨材料具有高熔點(3700℃),在高溫下有高的機械強度。當(dāng)溫度增加時,石墨的強度隨之提高。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。除了強氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硫酸和鹵素)之外,在所有的化學(xué)介質(zhì)中都很穩(wěn)定,甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)定。
石墨按來源不同可分為天然石墨和人造石墨。
【2009年單選題】在熔融的堿液中仍具有良好化學(xué)穩(wěn)定性的非金屬材料為( )。
A.鑄石
B.玻璃
C.石墨
D.水玻璃型耐蝕石料
[答疑編號502008010103]
『正確答案』C
『答案解析』參見教材P15。
(3)玻璃。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。
(5)水玻璃型耐酸水泥。具有能抗大多數(shù)無機酸和有機酸腐蝕的能力,但不耐堿。能在空氣中硬化,具有抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸腐蝕的能力。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。
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2016年造價工程師《造價管理》考點第四章:工程經(jīng)濟
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4.陶瓷材料
陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。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)穩(wěn)定性、超硬的特點和極好的耐腐蝕性能。
(1)陶瓷材料的分類。它們可用于制造某些工業(yè)構(gòu)件、零件和工具。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。
(2)常用的陶瓷材料。在工程中常用的陶瓷有電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。
關(guān)鍵知識點三:高分子材料的特性及其中的各種塑料的特性(2009年沒有考,以前???
1.高分子材料具有較高的強度、良好的塑性、較強的耐腐蝕性能、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。
高分子材料的基本性能及特點:
(1)質(zhì)輕。
(2)比強度高。
(3)有良好的韌性。
(4)減摩和耐磨性好。
(5)電絕緣性好。
(6)耐蝕性。
(7)導(dǎo)熱系數(shù)小。
(8)易老化。
(9)易燃。
(10)耐熱性。
(11)剛度小。
2.塑料是一種以樹脂為主要成分的多組分材料,但也有少部分塑料制品例外。
?、贅渲?。有合成樹脂和天然樹脂之分,在所有的塑料制品中幾乎都是采用合成樹脂。
樹脂是塑料組成材料中的基本組分,在一般塑料中約占30%~60%,有的甚至更多。
樹脂在塑料中主要起膠結(jié)作用,通過膠結(jié)作用把填充料等膠結(jié)成堅實整體。因此,塑料的性質(zhì)主要取決于樹脂的性質(zhì)。
②填料。又稱填充劑,其作用是提高塑料的強度和剛度,減少塑料在常溫下的蠕變(又稱冷流)現(xiàn)象及提高熱穩(wěn)定性,對降低塑料制品的成本、增加產(chǎn)量有顯著的作用,提高塑料制品的耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及阻燃性,并可改善加工性能。
?、墼鏊軇?。其作用是提高塑料加工時的可塑性及流動性,改善塑料制品的柔韌性。
?、苤珓o機顏料不僅對塑料具有著色性,同時又兼有填料和穩(wěn)定劑的作用。
?、莘€(wěn)定劑。為延長塑料制品的使用壽命,通常在其組分中加入穩(wěn)定劑。
2)工程中常用塑料制品。
?、贌崴苄运芰?。
a.低密度聚乙烯(LDPE)又稱為高壓聚乙烯,低密度聚乙烯具有質(zhì)輕、吸濕性小、良好的電絕緣性、延伸性和透明性強、較好的耐寒性和化學(xué)穩(wěn)定性,但強度和耐環(huán)境老化性較差。一般用作耐蝕材料、小荷載零件(齒輪、軸承)及一般電纜包皮和農(nóng)用薄膜等。
b.高密度聚乙烯(HDPE)。又稱為低壓聚乙烯,它是乙烯在催化劑存在下聚合制得,可采用注射、擠出、吹塑等方法成型。高密度聚乙烯具有良好的耐熱性和耐寒性;力學(xué)性能優(yōu)于低密度聚乙烯,介電性能優(yōu)良,但略低于低密度聚乙烯;耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性良好,能耐多種酸、堿、鹽類腐蝕,吸水性和水蒸氣滲透性很低,但耐老化性能較差;表面硬度高,尺寸穩(wěn)定性好。主要用于制作單口瓶、運輸箱、安全帽、汽車零件、儲罐、電纜護套、壓力管道及編織袋等。
c.聚丙烯(PP)。聚丙烯具有質(zhì)輕、不吸水,介電性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性良好(可在100%以上使用。若無外力作用,溫度達到150℃時也不會發(fā)生變形),力學(xué)性能優(yōu)良,但是耐光性能差、易老化、低溫韌性和染色性能不好。聚丙烯主要用于制作受熱的電氣絕緣零件、汽車零件、防腐包裝材料以及耐腐蝕的(濃鹽酸和濃硫酸除外)化工設(shè)備,如法蘭、齒輪、風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、接頭、把手和汽車方向盤調(diào)節(jié)蓋、各種化工容器、管道、閥門配件、泵殼等。
d.聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯剛度和強度比聚乙烯高,常見制品有硬、軟兩種。
加入增塑劑的為軟聚氯乙烯。未加的為硬聚氯乙烯。后者密度很小,抗拉強度較好,有良好的耐水性、耐油性和耐化學(xué)藥品侵蝕的件能,許多性能優(yōu)于聚乙烯。
e.聚四氟乙烯(PTFE,F(xiàn)—4)俗稱塑料王,它是由四氟乙烯用懸浮法或分散法聚合而成,具有優(yōu)良的耐高、低溫性能,可在-180~260℃的范圍內(nèi)長期使用。幾乎耐所有的化學(xué)藥品,在侵蝕性極強的王水中煮沸也不起變化,摩擦系數(shù)極低,僅為0.04。它也不粘、不吸水、電性能優(yōu)異。是目前介電常數(shù)和介電損耗最小的固體絕緣材料。
缺點是強度低、冷流性強。主要用于制作減摩密封零件、化工耐蝕零件、熱交換器及管、棒、板制品和各種零件,以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料;分散法聚四氟乙烯可制成薄壁管、細(xì)棒、異型材、電線和電纜包覆層。
f.聚苯乙烯(PS)。是苯乙烯經(jīng)本體或懸浮法聚合制得的均聚物。可采用注射、擠出、吹塑和發(fā)泡等方法成型,能切削加工和膠接。聚苯乙烯具有較大的剛度。聚苯乙烯密度小、常溫下較透明、幾乎不吸水、具有優(yōu)良的耐蝕性、電阻高,是很好的隔熱、防振、防潮和高頻絕緣材料。
缺點是耐沖擊性差、不耐沸水、耐油性有限,但可改性。
可用于制造紡織工業(yè)中的紗管、紗錠和線軸,電子工業(yè)中的儀表零件、沒備外殼,化工中的儲槽、管道、彎頭等,是隔聲、包裝、打撈和救生等極好的材料。
g.ABS。普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物??刹捎米⑸?、擠出、壓延、吹塑、發(fā)泡和真空成型等方法成型。其具有“硬、韌、剛”的混合特性,所以綜合機械性能良好。同時尺寸穩(wěn)定,容易電鍍和易于成型,耐熱和耐蝕性較好,在-40℃的低溫下仍有一定的機械強度。此外,它的性能可以根據(jù)要求由改變單體的含量來進行調(diào)整。
h.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。俗稱有機玻璃。
②熱固性塑料。
a.酚醛模塑料(PF)。酚醛模塑料是以酚醛樹脂為基材,加入填料或添加劑制成的熱固性塑料。通常采用壓縮模塑熱成型。酚醛模塑料具有一定的機械強度(抗拉強度約 40MN/㎡)和硬度、耐磨性好、絕緣性良好、擊穿電壓在l0kV以上、耐熱性較高、耐蝕性優(yōu)良、尺寸基本穩(wěn)定,但不耐強堿和酚類物質(zhì)的侵蝕。
b.酚醛玻璃纖維增強塑料。
c.環(huán)氧樹脂(EP)
環(huán)氧樹脂強度較高,韌性較好;尺寸穩(wěn)定性高和耐久性好;具有優(yōu)良的絕緣性能,耐熱、耐寒,可在-80~155℃溫度范圍內(nèi)長期工作;化學(xué)穩(wěn)定性很高,成型工藝性能好。
缺點是有毒性。
環(huán)氧樹脂是很好的膠粘劑,對各種材料(金屬及非金屬)都有很強的膠粘能力。環(huán)氧樹脂可用于制作塑料模具、精密量具、灌封電器和電子儀表裝置、配制油船漆和罐頭涂料等。
d.呋喃樹脂。
它能耐強酸、強堿和有機溶劑腐蝕,并能適用于其中兩種介質(zhì)的結(jié)合或交替使用的場合。
(2)橡膠。是一種具有良好耐酸、堿性能的高分子防腐蝕材料。橡膠分天然橡膠和合成橡膠兩大類。
(3)合成纖維。
工程中常用塑料制品分為熱塑性塑料和熱固性塑料。
常用的熱塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE,F(xiàn)—4)俗稱塑料王、聚苯乙烯(PS)、ABS(是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗稱有機玻璃)等。
常用的熱固性塑料有酚醛模塑料(PF)(不耐強堿和酚類物質(zhì)的侵蝕)、酚醛玻璃纖維增強塑料、環(huán)氧樹脂(EP)、呋喃樹脂、不飽和聚酯樹脂。
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(四)復(fù)合材料
1.復(fù)合材料組成、分類和特點
復(fù)合材料中至少包括基體相和增強相兩大類?;w相起粘結(jié)、保護增強相并把外加荷載造成的應(yīng)力傳遞到增強相上去的作用,基體相可以由金屬、樹脂和陶瓷等構(gòu)成,在承載中,基體相承受應(yīng)力作用的比例不大;增強相是主要承載相,并起著提高強度(或韌性)的作用,增強相的形態(tài)各異,有纖維狀、細(xì)粒狀和片狀等。
按增強相體類型可分為:顆粒增強型、纖維增強型和板狀增強型復(fù)合材料三大類。
與普通材料相比,復(fù)合材料具有許多特性,可改善或克服單一材料的弱點,充分發(fā)揮它們的優(yōu)點,并賦予材料新的性能;可按照構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和受力要求,給出預(yù)定的分布、合理的配套性能,進行材料的最佳設(shè)計等。具體表現(xiàn)在:
(1)高比強度和高比模量。
(2)耐疲勞性高。
(3)抗斷裂能力強。
(4)減振性能好。
(5)高溫性能好,
(6)耐腐蝕性好。
(7)復(fù)合材料還具有較優(yōu)良的減摩性、耐磨性、自潤滑性和耐蝕性等特點。
2.復(fù)合材料增強體
(1)纖維增強體。
(2)顆粒增強體。
(3)片狀增強體。
3.復(fù)合材料基體
(1)樹脂基體。
(2)金屬基體。
(3)陶瓷基體。
4.復(fù)合材料應(yīng)用
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