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安裝工程精講班講義：建設工程材料(續)

建設工程技術與計量(安裝工程)

建設工程材料(續)

主要內容：

1. 鑄鐵

2. 有色金屬

3. 無機非金屬材料

4. 高分子材料

5. 復合材料

考綱要求：1. 熟悉工程材料中非金屬、高分子、復合材料的類別、基本性能及用途。

第一節 建設工程材料(續)

2. 鑄鐵的分類和用途

鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳含金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。鑄鐵是應用最廣泛的鑄造材料。它具有生產設備和工藝簡單、價格便宜等優點。大部分機械設備的箱體、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。其原因是鑄鐵切削性能和鑄造性能優良，有利于節約材料，減少機械加工工時，且有必要的強度和某些優良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。

(1)鑄鐵的分類。鑄鐵與鋼相比，其成分特點是碳、硅含量高，雜質含量也較高。但雜質在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳和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，組織的其余部分相當于碳含量<0.80%鋼的組織。鑄鐵的韌性和塑性主要決定于石墨的數量、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。基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。

按碳存在的形式分類，鑄鐵可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵三大類。灰口鑄鐵中的碳除微量溶入鐵素體外，全部或大部以石墨形式存在，因斷口呈灰色，故名灰口鑄鐵;白口鑄鐵中的碳完全以滲碳體的形式存在，斷口呈亮白色。白口鑄鐵很難切削加工，主要作煉鋼原料使用。但由于它的硬度和耐磨性高，也可以鑄成表面為白口組織的鑄件，如軋輥、球磨機的磨球等。麻口鑄鐵中的碳以石墨和滲碳體的混合形式存在，斷口呈灰白色。這種鑄鐵有較大的脆性，工業上很少使用。

按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

(2)鑄鐵牌號的表示方法

(3)工程中常用鑄鐵的性能和特點(共7種)

2)球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰鑄鐵，而與鋼相當。因此對于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節省材料，而且重量更輕，并具有較好的耐疲勞強度。實驗表明，球墨鑄鐵的扭轉疲勞強度甚至超過45鋼。在實際工程中常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。

3)蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵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;同時又有灰鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性。蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑經處理而煉成的，其方法和程序與球墨鑄鐵基本相同。

蠕墨鑄鐵在生產中主要用于生產汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。作為一種新的鑄鐵材料，它的發展前景是相當樂觀的。

例題1：雜質在鑄鐵中的作用完全不同，能提高鑄鐵耐磨性的主要元素為( )。

A.硫 B.磷

C.鎳 D.鋁

答案：B

解析：這道題的考點是鑄鐵的成分特點。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，雜質含量也較高。但是，雜質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。

例題2：鑄鐵可以按照石墨的形狀特征分類，石墨呈片狀的鑄鐵是( )。

A.普通灰鑄鐵

B.蠕墨鑄鐵

C.可鍛鑄鐵

D.球墨鑄鐵

答案：A

解析：這道題的考點是鑄鐵的分類。按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

(二)有色金屬材料

有色金屬是指黑色金屬以外的所有金屬及其合金。

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)鋁及鋁合金。鋁及鋁合金在采用各種強化手段后可以達到與普通低合金鋼相近的強度，而且其比強度要比普通鋼高得多。

(2)銅及銅合金。純銅呈紫紅色，常稱紫銅，主要用于制作電導體及配制合金。純銅的強度低，不宜用作結構材料。

(3)鎳及鎳合金。鎳及鎳合金是用于化學、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境的比較理想的金屬材料。

由于鎳的標準電勢大于鐵，可獲得耐蝕性優異的鎳基耐蝕合金。鎳力學性能良好，尤其塑性、韌性優良，能適應多種腐蝕環境。多用于食品加工設備、化學品裝運容器、電氣與電子部件、處理苛性堿設備、耐海水腐蝕設備和換熱器，如化工設備中的閥門、泵、軸、夾具和緊固件，也常用于制作接觸濃CaCl2溶液的冷凍機零件，以及發電廠給水加熱器的管子等。

(4)鈦及鈦合金。鈦在高溫下化學活性極高，非常容易與氧、氮和碳等元素形成穩定的化合物，所以在大氣中工作的鈦及鈦合金只在540℃以下使用;鈦具有良好的低溫性能，可做低溫材料;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中十分穩定。但在任何濃度的氫氟酸中均能迅速溶解。

工業純鈦的棒材、板材和擠壓型材用于化工等行業，可制造各種耐蝕、500℃以下耐熱零件，如熱交換器等。

(5)鉛及鉛合金。在鉛中加入銻、銅、錫和砷等元素可提高鉛的再結晶溫度、細化晶粒、提高硬度和強度等，并保持合金的良好耐蝕性。鉛在大氣、淡水、海水中很穩定，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，在其表面產生一層不溶解的硫酸鉛，它可保護內部鉛不再被繼續腐蝕。鉛不耐硝酸的腐蝕，在鹽酸中也不穩定。

(6)鎂及鎂合金。鎂及鎂合金的主要特性是密度小、化學活性強、強度低。但純鎂一般不能用于結構材料。雖然鎂合金相對密度小，且強度不高，但它的比強度和比剛度卻可以與合金結構鋼相媲美，鎂合金能承受較大的沖擊、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雜。

例題1： 在石油、化工、有色金屬冶煉工業中，常用于高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環境的比較理想的金屬材料為( )。

A.鋁及鋁合金

B.銅及銅合金

C.鎳及鎳合金

D.鎂及鎂合金

答案：C

例題2：某合金元素力學性能良好，尤其塑性、韌性優良，能適應多種腐蝕環境，多用于制造化工容器、電氣與電子部件、苛性堿處理設備、耐海水腐蝕設備和換熱器等。此種合金元素為( )。

A.錳 B.鉻

C.鎳 D.釩

答案：C

解析：這道題的考點是常用有色金屬中的鎳的特性與用途。鎳及鎳合金是化學、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境的比較理想的金屬材料。鎳力學性能良好，尤其塑、韌性優良，能適應多種腐蝕環境。多用于食品加工設備、化學品裝運容器、電氣與電子部件、處理苛性堿設備、耐海水腐蝕設備和換熱器，如海船中的閥門、泵、軸、夾具和緊固件，也常用于制作接觸濃CaCl2溶液的冷凍機零件以及化學加工設備、石油煉制設備，以及發電廠給水加熱器的管子等。

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