机电工程管理与实务（2025） - 正保建设工程教育网免费试听课堂

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第1篇　机电工程技术——第1章　机电工程常用材料与设备

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　　1.1　机电工程常用材料
　　1.1.1　金属材料的分类及应用
　　1.金属材料
　　金属材料一般是指纯金属和合金。合金通常是两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成，且具有金属特性的材料。金属材料具有光泽、导电、传热、延展性等性质。
　　
　　1）金属材料的分类
　　金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
　　（1）黑色金属又称钢铁材料，包括杂质含量小于0.2%及含碳量不超过0.0218%的纯铁、含碳量0.0218%～2.11%的钢、含碳量大于2.11%的铸铁，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
　　
　　（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等，有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
　　
　　（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减震阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

　　2）金属材料的性能
　　金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
　　（1）工艺性能：是指机械零件在加工制造过程中，即在冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中被加工成型的适应能力，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
　　（2）使用性能：是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能。包括机械性能、物理性能、化学性能等。

机械性能：金属材料的机械性能（力学性能）是零件设计和选材时的主要依据	强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等
物理性能	密度、熔点、热膨胀性、磁性、电学性能等
化学性能：金属与其他物质进行化学反应的特性称为金属的化学性能	耐腐蚀性、抗氧化性，以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等

　　2.黑色金属
　　1）钢
　　钢是指以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。2%通常是钢和铸铁的分界线。
　　钢按化学成分可分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。
　　2）非合金钢
　　非合金钢是指钢中各元素含量均低于规定值的铁碳合金。非合金钢（碳钢）不仅价格低廉、容易加工，而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，是应用最广泛的材料。
　　（1）按钢的含碳量（W_c）分类
　　可分为低碳钢（W_c<0.25%）、中碳钢（0.25%≤　W_c≤0.60%）、高碳钢（W_c>0.60%）。
　　（2）按钢的用途分类
　　碳素结构钢：主要用于制作机械零件、工程结构件，一般属于低、中碳钢。
　　碳素工具钢：主要用于制作刀具、量具和模具，一般属于高碳钢。

　　（3）按钢的主要质量等级分类
　　分为：普通质量非合金钢（生产过程不需特别控制质量要求）、优质非合金钢（需特别控制质量，如：控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面质量等，以达到特殊的质量要求）、特殊质量非合金钢（特别严格控制质量和性能，如：控制淬透性和纯洁度的碳钢）。

普通质量非合金钢	一般用途碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳钢等
优质非合金钢	机械结构用优质碳钢、工程结构用碳钢、冲压薄板用低碳结构钢、焊条用碳钢、非合金易切削结构钢、优质铸造碳钢等
特殊质量非合金钢	保证淬透性碳钢，铁道用特殊碳钢，航空、兵器等专用碳钢，核能用碳钢，特殊焊条用钢，碳素弹簧钢，碳素工具钢和特殊易切削钢等

　　按冶炼方法不同，可分为转炉钢和电炉钢；
　　按冶炼时脱氧程度的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢等。

　　3）机电工程常用的钢产品
　　（1）碳素结构钢
　　碳素结构钢主要用于一般工程结构和普通机械零件。通常热轧成各种型材（如圆钢、方钢、工字钢等），一般不经热处理而直接使用。其价格低廉，工艺性能（如焊接性和冷成型性）优良。
　　
　　牌号表示方法：由屈服强度字母Q、屈服强度数值（单位为MPa）、质量等级符号（A、B、C、D , 质量依次提高）、脱氧方法符号（F—沸腾钢，Z—镇静钢，TZ—特殊镇静钢）四部分按顺序组成。
　　例如Q235AF，表示σ_s≥235MPa，质量等级为A级，脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。
　　（2）优质碳素结构钢
　　优质碳素结构钢主要用于机械零件，一般都要经过热处理后使用。与碳素结构钢相比，其夹杂物较少，质量较好。
　　牌号表示方法：用钢中平均含碳量的万分数表示钢号。当钢中含锰量较高时，在两位数字后面加上符号“Mn”，如65Mn钢，表示平均含碳量W_c＝0.65% , 并含有较多锰的优质碳素结构钢W_Mn＝0.9%～1.2%）。如果是高级优质钢，在数字后面加上符号“A”；特级优质钢在数字后面加上符号“E”。
　　③应用：主要用于机械零件，一般都要经过热处理后使用。

　　（3）锅炉钢
　　锅炉钢主要指用来制造锅炉过热器、主蒸汽管和锅炉受热面的材料。锅炉钢的性能要求主要是有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化性等。
　　常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢和电炉冶炼的低碳钢，含碳量W_c在0.16%～0.26%范围内。制造高压锅炉时则应用珠光体耐热钢或奥氏体耐热钢。近年来也采用普通低合金钢建造锅炉，如12锰、15锰钒、18锰钼铌等。
　　（4）不锈钢
　　①不锈耐酸钢简称不锈钢，它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之，能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质（如酸类）腐蚀的钢叫耐酸钢。一般来说，含铬量大于12%的钢就具有了不锈钢的特点。
　　②不锈钢按热处理后的显微组织又可分为五大类：即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体－铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。
　　口诀：铁马嗷嗷沉
　　（5）耐热钢
　　在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢（或称高温不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求具有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求具有较高的高温强度和相应的抗氧化性。
　　耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。

　　3.有色金属
　　有色金属是指铁、锰、铬以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大，电阻温度系数小。
　　1）铜及铜合金（新增）
　　（1）铜
　　纯铜在常温常压下外观呈现玫瑰红色，有光泽，为有延展性的金属，表面氧化时呈现紫红色，所以也称为紫铜，其密度为8.89g/cm³（20℃），熔点为1083℃。具有良好的导电性，导热性等，可以进行各种冷，热加工。
　　

种类		特性	应用
黄铜（锌）		黄铜是由铜和锌组成的合金。黄铜有较强的耐磨性能。	黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底管道，以及制造板料、条材、棒材、管材，铸造零件等；黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。
白铜（镍）	结构白铜	结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。	这种白铜广泛用于制造精密机械、眼镜配件、化工机械和船舶构件。
白铜（镍）	电工白铜	电工白铜一般有良好的热电性能。	锰铜、康铜、考铜是含锰量不同的锰白铜，是制造精密电工仪器、变阻器、精密电阻、应变片、热电偶等的材料。
青铜（锡）	锡青铜	锡青铜是以锡为主要添加元素的铜合金。	锡青铜具有很好的铸造性能、减摩性能、机械性能，适用于制造轴承、蜗轮、齿轮等。
	铅青铜		现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料
	铝青铜	强度高，耐磨性和耐蚀性好。	用于铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。
	铍青铜	弹性极限高，导电性好。	制造精密弹簧和电接触元件。

　　2）铝及铝合金
　　（1）铝
　　铝是一种银白色的轻金属，20℃时的密度为2.698g/cm³，铝的熔点为660.24℃，其化学性能十分活泼，塑性好、强度低，适用于冷加工成型，如轧制、挤压、模锻、冷冲、弯曲等，可加工成各种形状复杂的构件。广泛应用于建筑、机械制造、防腐工程、电子产品和传输导线等领域。
　　
　　（2）铝合金铝
　　合金是以铝锭为主要原料，添加其他元素，如硅（Si）、铜（Cu）、镁（Mg）、铁(Fe)等，为改善纯铝在铸造性、化学性及物理性的不足，而调配出来的合金。如铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金，可用于铝合金铸件（不含压铸件）的生产，以压力加工方法生产的铝合金加工产品（板、带、箔、管、棒、型、线和锻件）及其所用的铸锭和坯料。
　　2）其他有色金属
　　机电安装工程涉及的有色金属材料还包括：铜、钛、镁、镍、锆金属及其合金。
　　3）贵金属
　　贵金属主要指金、银和铂族金属。

【例题】（2024一级）下列哪个不是有色合金（　）。　　A.铝合金　　B.钛合金　　C.镍合金　　D.铬合金


	『正确答案』D 『答案解析』铬合金属于黑色金属。常用的有色合金：铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。

　　
　　1.1.2　非金属材料的分类及应用
　　1.高分子材料的分类及应用
　　高分子材料也称为聚合物材料，它是一类以高分子化合物为基体，再配以其他添加剂所构成的材料。高分子材料按特性可分为塑料、橡胶、纤维、高分子涂料、高分子胶粘剂、高分子基复合材料和功能高分子材料等。
　　1）塑料
　　塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。按用途可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
　　（1）通用塑料
　　通用塑料有四大品种，即聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）。
　　①聚乙烯（PE）
　　聚乙烯是典型的热塑性塑料，可分为低密度聚乙烯（LDPE) 、高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE)。三者当中，HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能，而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能和成膜性等。
　　②聚丙烯（PP）
　　聚丙烯易燃，能在高温和氧化作用下分解，品种主要有均聚聚丙烯（HOMOPP）、嵌段共聚聚丙烯（COPP）和无规共聚聚丙烯（RAPP）。均聚聚丙烯主要用在拉丝、纤维、注射件、BOPP膜等领域，嵌段共聚聚丙烯主要应用于家用电器、注射件、管材等，无规共聚聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。
　　③聚氯乙烯（PVC）
　　聚氯乙烯由于具有成本低廉和自阻燃的特性，故在建筑领域里被广泛应用，尤其是在下水道管材、塑钢门窗、板材、各种口径的硬管、异型管、波纹管、电线套管等方面用途最为广泛。但是聚氯乙烯在燃烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒气体。
　　
　　④聚苯乙烯（PS）
　　聚苯乙烯易加工成型，并具有透明、廉价、刚硬、绝缘、印刷性好等优点，可广泛用于照明指示和包装等方面。在电气方面更是良好的绝缘材料和隔热保温材料，可以制作各种仪表外壳、灯罩、光学化学仪器零件等。

　　（2）工程塑料
　　工程塑料可分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。通用工程塑料是指应用范围较广的5种塑料，即聚酰胺（尼龙，PA）、聚碳酸酯（聚碳，PC）、聚甲醛（POM）、聚酯（主要是PBT）及聚苯醚[ PPO和MPPO ( PPO的共聚物）] 。
　　（3）特种塑料
　　如聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSF）、聚醚酮（PEK）、液晶聚合物（LCP）等。
　　2）橡胶

通用橡胶	通用橡胶指性能与天然橡胶相同或接近，物理性能和加工性能较好，用于制造软管、密封件、传送带等一般制品的橡胶	天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，氯丁橡胶等（添丁）
特种橡胶	具有特殊性能，专供耐热，耐寒，耐化学腐蚀，耐油，耐溶剂，耐辅射等特殊性能要求使用的橡胶	如硅橡胶，氟橡胶、聚氨酯橡胶，丁腈橡胶等

　　2.无机非金属材料的分类及应用
　　1）普通（传统）的无机非金属材料的分类及应用
　　普通（传统）的无机非金属材料主要是指硅酸盐材料。硅酸盐材料是以含硅的物质为原料经加热而制成的，如水泥，玻璃，陶瓷和耐火材料等，是工业和基本建设所必需的基础材料。传统无机非金属材料具有性质稳定、抗腐蚀、耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。
　　
　　2）特种（新型）的无机非金属材料的分类及应用
　　特种（新型）的无机非金属材料是具有特殊性能和用途的材料。其是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还具有某些特征，如：强度高，具有电学、光学特性和生物功能等。

　　3.机电工程常用的非金属材料
　　2）绝热材料
　　在机电工程中，常用的绝热材料种类很多，有膨胀珍珠岩类、离心玻璃棉类、超细玻璃棉类、微孔硅酸壳、矿棉类、岩棉类、泡沫塑料类等，常用于各类容器、管道、通风空调管道的绝热工程等。
　　3）防腐材料
　　防腐材料可分为高分子材料、无机非金属材料、复合材料和涂料等。常用防腐材料有：涂料、塑料制品、橡胶制品、玻璃钢制品、陶瓷制品。

【例题】（2023）下列非金属材料中，可用作保温材料的有（　）。　　A.沥青毡　　B.超细玻璃棉　　C.环氧树脂　　D.膨胀珍珠岩　　E.泡沫塑料


	『正确答案』BDE 『答案解析』在机电工程中，常用的绝热材料种类很多，有膨胀珍珠岩类、离心玻璃棉类、超细玻璃棉类、微孔硅酸壳、矿棉类、岩棉类、泡沫塑料类等，常用于保温、保冷的各类容器、管道、通风空调管道等绝热工程。

　　4）非金属风管材料
　　

风管类型	低压	中压	高压	潮湿	酸碱环境	洁净空调	防排烟
酚醛复合风管	√	√		√			－
聚氨酯复合风管	√	√	√	√		√	－
玻璃纤维复合风管	√	√		相对湿度＞90%不适用			－
硬聚氯乙烯风管（排风系统）					√	√

　　5）塑料管材料
　　（1）硬聚氯乙烯管：内壁光滑、阻力小、不结垢，无毒、无污染，耐腐蚀。使用温度不大于40℃。抗老化性能好、难燃。主要用于给水管道、排水管道、雨水管道。
　　（2）氯化聚氯乙烯管：高温机械强度高，适于受压的场合。主要用于冷热水管、消防水管系统、工业管道系统。
　　（3）无规共聚聚丙烯管：无毒，无害，有高度的耐酸性和耐氯化物性。适合采用嵌墙和地坪面层内的直埋暗敷方式，水流阻力小。主要用于饮用水管，冷热水管。
　　（4）丁烯管：有较高的强度、韧性好、无毒。主要用于饮用水、冷热水管。特别适用于薄壁、小口径压力管道。
　　（5）交联聚乙烯管：无毒、卫生、透明。主要用于地板辐射供暖系统的盘管。

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