第一章 安装工程常用材料

一级造价工程师 安装工程计量 第一章安装工程常用材料归纳，包括金属材料的分类和用途、非金属材料的特点等内容。

第一章 安装工程材料

• 1. 工程材料
  • 金属材料
    • 黑色金属
      • 含碳量2.11%（重量）：＜为钢；＞为生铁。
      • 适量添加的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛
      • 钢的分类与用途
        • 碳素结构钢
          • 普通碳素
            • Q195：强度不高，塑性、韧性、加工性能较好，主要用于轧制薄板和盘条等
            • Q215：主要用于制作管坯、螺栓等
            • Q235：强度适中，有良好的承载性，具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性好
            • Q275：强度和硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，制造轴类、耐磨零件和垫板
          • 优质碳素
            • 含碳小于0.8%的碳素钢，钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少
            • 与普通碳素结构钢相比，优质碳素结构钢塑性和韧性较高，可通过热处理强化
            • 根据含碳量不同可分
              • 低碳钢强度和硬度低，但塑性和韧性高
              • 中碳钢强度和硬度较高，塑性和韧性较低，切削性能良好，但焊接性能较差，冷热变形能力良好
              • 高碳钢具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限（尤其是缺口疲劳极限），切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性变形能力差，水淬时容易产生裂纹
        • 低合金结构钢
          • 普通低合金
            • Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690
            • 优质低合金钢
              • 广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件
          • 不锈耐酸钢
            • 1. 铁素体型不锈钢
              • 在硝酸和氮肥工业中广泛使用
            • 2. 马氏体型不锈钢
              • 具有较高的强度、硬度和耐磨性，但焊接性能不好
            • 3. 奥氏体型不锈钢
              • 较高的韧性、良好的耐蚀性、高温强度和较好的抗氧化性，以及良好的压力加工和焊接性能
              • 屈服强度低，不能用热处理强化（冷变形强化√）
            • 4. 铁素体-奥氏体型不锈钢
              • 屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢
            • 5. 沉淀硬化型不锈钢
              • 高的强度，耐蚀性优于铁素体型不锈钢
              • 主要用于制造高强度和耐蚀的容器、结构和零件，也可用作高温零件
      • 铸铁的分类和用途
        • 磷在耐磨铸铁中是提高其耐磨性的主要合金元素，唯一有害的元素是硫
        • 铸铁的韧性和塑性主要决定于石墨的数量、形状、大小和分布，其中石墨形状的影响最大
        • 铸铁的分类
          • 灰铸铁
            • 包括普通灰/奥氏体灰/冷硬灰/耐磨灰/耐热灰/耐蚀灰铸铁六种
            • 应用非常广泛，在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占80%以上
          • 球墨铸铁
            • 综合机械性能接近于钢，因铸造性能很好，成本低廉，生产方便，工业中广泛应用
            • 成分要求比较严格，与灰铸铁相比，含碳量较高（4.5%~4.7%），利于石墨球化
            • 承受静载的零件使用球墨铸铁比铸钢节省材料，重量更轻，具有较好的耐疲劳强度
            • 球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过45#钢，某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等
            • 也可用于高层建筑室外进入室内给水的总管或室内总干管
          • 蠕墨铸铁
            • 强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性，同时有良好的铸造性能和导热性
            • 主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件
          • 可锻铸铁
            • 具有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢
            • 这种铸铁有黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁三种类型
            • 可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动荷载的零件，如管接头和低压阀门
            • 与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、处理工艺简单等优点
    • 有色金属
      • 铝及铝合金
        • 不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性能
        • 根据成分及工艺特点分
          • 变形铝合金
            • 塑性较好，适于变形加工
            • 包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金等
          • 铸造铝合金
            • 流动性较好，适于铸造生产
            • 铸造铝合金有四种
            • Al-Mg铸造铝合金强度高，密度小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不佳，耐热性不良。多用于制造承受冲击荷载，以及在腐蚀性介质中工作的外形不太复杂的零件，如氨用泵体等
      • 铜及铜合金
        • 纯铜呈紫红色，常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金
      • 镍及镍合金
        • 用于化学、石油、有色金属冶炼、高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料
      • 钛及钛合金
        • 钛在高温下化学活性极高，在540℃以下使用；
        • 钛具有良好的低温性能，可做低温材料；
        • 常温下钛具有极好的抗蚀性能，在大气、海水、硝酸和碱溶液等介质中十分稳定
        • 但在任何浓度的氢氟酸中将迅速溶解
      • 铅及铅合金
        • 在铅中加入锑、铜、锡和砷等元素可提高铅的再结晶温度、细化晶粒、提高硬度和强度等，并保持合金的良好耐蚀性
        • 铅在大气、淡水、海水中很稳定，铅对硫酸、磷酸、亚硫酸、铬酸和氢氟酸等则有良好的耐蚀性
      • 镁及镁合金
        • 密度小、化学活性强、强度低，但它的比强度和比刚度却可以与合金结构钢相媲美
        • 镁合金能承受较大的冲击、振动荷载，并有良好的机械加工性能和抛光性能
        • 其缺点是耐蚀性较差、缺口敏感性大及熔铸工艺复杂
  • 非金属材料
    • 无机非金属材料
      • 耐火材料
        • 耐火砌体材料
          • 按材质高低分为普通耐火材料和特种耐火材料
          • 按材料密度大小，分为重质耐火材料和轻质耐火材料
          • 按耐火材料的主要化学特性分为酸性、中性和碱性耐火材料
        • 酸性耐火材料
          • 以硅砖和黏土砖为代表
            • 硅砖抗酸性炉渣侵蚀能力强，但易受碱性渣的侵蚀，它的软化温度很高，接近其耐火度， 重复煅烧后体积不收缩，甚至略有膨胀，但是抗热震性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。 黏土砖抗热震性好，属于弱酸性耐火材料。
        • 中性耐火材料
          • 以高铝质制品为代表，其主晶相是莫来石和刚玉。
            • 以高铝质制品为代表， 其主晶相是莫来石和刚玉。 铬砖主晶相是铬铁矿， 它对钢渣的耐蚀性好， 但抗热震性差。 用铬矿和镁砂按不同比例制成的铬镁砖抗热震性好， 主要用作碱性平炉顶砖。 碳质制品是另一类中性耐火材料， 根据含碳原料的成分不同， 分为碳砖、 石墨制品和碳化硅质制品三类。 碳质制品的热膨胀系数很低， 导热性高， 耐热震性能好， 高温强度高。 在高温下长期使用也不软化， 不受任何酸碱的侵蚀， 有良好的抗盐性能， 也不受金属和熔渣的润湿， 质轻， 是优质的耐高温材料。
        • 碱性耐火材料
          • 以镁质制品为代表，它含氧化镁80%-85%以上，以方镁石为主晶相
            • 镁砖对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性。 纯氧化镁的熔点高达2800℃。 因此， 镁砖的耐火度较黏土砖和硅砖都高。 在炼钢工程中， 如吹氧转炉和碱性平炉的炉顶， 广泛采用碱性耐火材料。 另外， 碱性耐火材料还可应用于有色金属冶炼和一些高温热工设备中。
      • 耐火隔热材料
        • 硅藻土、蛭石、玻璃纤维（又称矿渣棉）、石棉，以及它们的制品如板、管、砖等
        • 硅藻土耐火隔热保温材料。目前应用最多、最广。硅藻土砖、板广泛用于保温绝热部位
        • 硅藻土制成的耐火保温砖、板、管，具有气孔率高，耐高温及保温性能好，密度小等特点
      • 耐蚀非金属材料
        • 常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等
        • 铸石
          • 具有极优良的耐磨性、耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能
          • 但脆性大、承受冲击荷载的能力低
          • 在要求耐蚀、耐磨或高温条件下，当不受冲击震动时，铸石是钢铁（包括不锈钢）的理想代用材料
        • 石墨
          • 它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能
          • 除了强氧化性的酸（如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素）之外，在所有的化学介质中都很稳定，甚至在熔融的碱中也很稳定
        • 玻璃
          • 硅酸盐玻璃是应用最广的
          • 硅酸盐玻璃具有较好的光泽、透明度、化学稳定性和热稳定性，机械强度高，硬度大和电绝缘性强
        • 天然耐蚀石料
        • 水玻璃耐酸水泥
      • 陶瓷材料
    • 高分子材料
      • 特点
        • 质轻、比强度高、有良好的韧性、减摩耐磨性好、电绝缘性好、耐蚀性、导热系数低、易老化、易燃、刚度小
      • 塑料
        • 以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填料、增塑剂、着色剂和稳定剂等材料
        • 塑料的性质主要取决于树脂的性质
          • 树脂在塑料中主要起胶结作用
          • 按受热时状态不同，可分为热塑性树脂和热固性树脂
          • 合成树脂分子结构分为直线型、支链型和体型（或称为网状型）
          • 聚苯乙烯属于直线型；低密度聚乙烯属于支链型； 酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂属于网状结构
        • 填料
          • 填料又称填充剂，其作用是提高塑料的强度和刚度，减少塑料在常温下的蠕变（又称冷流）现象及提高热稳定性
        • 增塑剂
          • 增塑剂的作用是提高塑料加工时的可塑性及流动性，改善塑料制品的柔韧性
        • 着色剂
          • 着色剂的种类按其在着色介质中的溶解性分为染料和颜料两大类
        • 稳定剂
          • 延长塑料制品的使用寿命，通常在其组分中加入稳定剂
        • 工程常用塑料制品
          • 热塑性
            • 低密度聚乙烯（LDPE） 又称高压聚乙烯
              • 具有质轻、吸湿性小、电绝缘性好、延伸性和透明性强、耐寒性好和化学稳定性强等特点，但其强度低、耐老化性能较差
              • 低密度聚乙烯是可燃物，故在储存和运输中应严防火种和高温
              • 一般用作耐蚀材料、小荷载零件（齿轮、轴承）及电缆包皮等
            • 高密度聚乙烯（HDPE） 又称低压聚乙烯
              • 具有良好的耐热性和耐寒性，力学性能优于低密度聚乙烯，介电性能优良，但略低于低密度聚乙烯，耐磨性及化学稳定性良好
              • 能耐多种酸、碱、盐类腐蚀，吸水性和水蒸气渗透性很低，但耐老化性能较差，表面硬度高，尺寸稳定性好
              • 主要用于制作单口瓶、运输箱、储罐、电缆护套、压力管道等
            • 聚丙烯（PP）
              • 具有质轻、不吸水，介电性、化学稳定性和耐热性良好（可在100℃以上使用。若无外力作用，温度达到150℃时不会发生变形），力学性能优良
              • 但是耐光性能差，易老化，低温韧性和染色性能不好
              • 用于制作受热的电气绝缘零件、防腐包装材料以及耐腐蚀的（浓盐酸和浓硫酸除外）化工设备
            • 聚氯乙烯（PVC）
              • 硬聚氯乙烯比软聚氯乙烯的密度小，抗拉强度好，有良好的耐水性、耐油性和耐化学药品侵蚀的性能
              • 硬聚氯乙烯塑料板在常温下容易加工
              • 硬聚氯乙烯塑料常被用来制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔，以及常用于气体、液体输送管
              • 软聚氯乙烯塑料常制成薄膜，用于工业包装等，但不能用来包装食品
            • 聚四氟乙烯 （PTFE，F-4）
              • 俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180～260℃的范围内长期使用
              • 几乎耐所有的化学药品，在侵蚀性极强的王水中煮沸也不起变化，摩擦系数极低
              • 聚四氟乙烯不吸水、电性能优异，是目前介电常数和介电损耗最小的固体绝缘材料
              • 缺点是强度低、冷流性强
            • 聚苯乙烯（PS）
              • 聚苯乙烯是苯乙烯经本体或悬浮法聚合制得的聚合物
              • 可采用注射、挤出、吹塑和发泡等方法成型，能切削加工和胶接
              • 聚苯乙烯制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，刚性好及耐化学腐蚀。
              • 普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等
            • 工程塑料（ABS）
              • 普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，综合机械性能良好
              • 尺寸稳定，容易电镀和易于成型，耐热和耐蚀性较好，在-40℃的低温下仍有一定的机械强度
              • 丙烯腈的增加可提高塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯则可改善电性能和成型能力
              • 可制造齿轮、泵叶轮、轴承、管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、仪表盘、蓄电池槽和水箱外壳等
            • 聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）
              • 俗称亚克力或有机玻璃，其透明度比无机玻璃还高，透光率达92%；密度只有后者的一半，机械性能比普通玻璃高得多（与温度有关）
              • 能抵抗稀酸、稀碱、润滑油和碳氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢
              • 缺点是表面硬度不高，易擦伤。由于导热性差和热膨胀系数大，比较脆。此外，易溶于有机溶液中
              • PMMA可用于生产餐具，卫生洁具，也可作风挡、舷窗、电视和雷达的屏幕、仪表护罩、外壳、光学元件和透镜等
          • 热固性
            • 酚醛树脂
              • 酚醛树脂也叫电木， 又称电木粉。 耐弱酸和弱碱， 酚醛树脂最重要的特征是耐高温性， 即使在非常高的温度下， 也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性；
              • 燃烧的情况下所产生的烟量相对较少， 毒性也相对较低。
      • 橡胶
      • 合成纤维
  • 复合材料
    • 无机-金属材料
    • 非金属-金属材料
    • 其他复合材料