1H411000機電工程常用材料及工程裝置

2022-06-01 05:33:02 字數 4975 閱讀 1404

機電工程專案是將不同規格、型號、效能、材質的裝置、管路、線路等按照一定的工藝和方法,有機組合起來的專案。因此,正確選擇合格的材料、裝置,是滿足使用功能要求、生產出合格產品的關鍵。本節重點是:

機電工程專案常用材料;機電工程專案常用工程裝置。

機電工程常用材料品種、規格、型號繁多,主要有金屬材料、非金屬材料和電氣線材。在施工時,必須按照設計檔案要求進行。本目重點是:

常用金屬材料的型別及應用;常用非金屬材料的型別及應用;常用電氣材料的型別及應用。

1h411011常用金屬材料的型別及應用

金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類。機電工程常用的金屬材料主要是製造各種大型金屬構件的用鋼,如建築、機電、冶金、石化、電力以及鍋爐壓力容器、壓力管道等工程的用鋼。本條主要知識點是:

黑色金屬材料的型別及應用;有色金屬材料的型別及應用。

一、黑色金屬材料的型別及應用 .

(一)碳素結構鋼

1.碳素結構鋼的分級。碳素結構鋼又稱為普碳鋼,在國家標準《碳素結構鋼》gb/t700—2006中,按照碳素結構鋼屈服強度的下限值將其分為四個級別,其鋼號對應為q195、q215、q235和q275,其中q 代表屈服強度,數字為屈服強度的下限值,數字後面標註的字母a、b、c、d 表示鋼材質量等級,即硫、磷質量分數不同,a 級鋼中硫、磷含量最高,d級鋼中硫、磷含量最低。

2.碳素結構鋼的特性及用途

(1) q195、q215、q235a和q235b塑性較好,有一定的強度,通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等;q235c、q235d可用於重要的焊接件;q235和q275強度較高,通常乳製成型鋼、鋼板作構件用。

(2)碳素結構鋼具有良好的塑性和韌性,易於成型和焊接,常以熱軋態供貨,一般不再進行熱處理,能夠滿足一般工程構件的要求,所以使用極為廣泛。 例如,機電工程中常見的各種型鋼、鋼筋、鋼絲等,優質的碳素鋼還可以製成鋼絲、鋼絞線、圓鋼、高強螺栓及預應力錨具等。例如,武漢長江大橋是使用碳素結構鋼q235製造的。

(二)低合金結構鋼

1.低合金結構鋼的分級。低合金結構鋼也稱為低合金高強度鋼,按照國家標準《低合金高強度結構鋼》gb/t 1591—2008,根據屈服強度劃分,其共有q345、q390、q420. ch60、q500、q550、q620 和 q690八個強度等級。

2.低合金結構鋼的特性及用途

(1)低合金結構鋼是在普通鋼中加入微量合金元素,而具有高強度、高韌性、良好的冷成形和焊接效能、低的冷脆轉變溫度和良好的耐蝕性等綜合力學效能,如,q345強度比普碳鋼q235高約20%30%,耐大氣腐蝕性能高20%38%,用它製造工程結構,重量可減輕20%30% 。

(2)低合金結構鋼主要適用於橋梁、鋼結構、鍋爐汽包、壓力容器、壓力管道、船舶、車輛、重軌和輕軌等製造,用它來代替碳素結構鋼,可大大減輕結構質量,節省鋼材。例如,2023年北京奧運會主會場——國家體育場「鳥巢」鋼結構總重為4.6萬t,最大跨度343m,所用的鋼材就是q460,屈服強度為460mpa,是由我國自主研發生產的,這是國內在鋼結構上首次使用q460鋼材,這次使用的鋼板厚度達到110mm。

例如,某600mw超超臨界電站鍋爐汽包使用的就是q460型鋼;機電工程施工中使用的起重機就是q345型鋼製造的。

(三)鑄鋼和鑄鐵

1.鑄鋼(將鋼鑄造成形)

(1) 鑄鋼的分類

鑄鋼分碳素鑄鋼、合金鑄鋼等型別。

(2) 鑄鋼的特性及用途

將鋼鑄造成形,即能保持鋼的各種優異效能,又能直接製造成最終形狀的零件。鑄鋼主要用於製造形狀複雜,需要一定強度、塑性和韌性的零件。

例如,軋鋼機機架是軋鋼機組的重要結構件,要求有較好的強度和較好的塑性,以及較好的鑄造效能、焊接效能和加工效能,乳鋼機機架就是選擇碳素鑄鋼製造加工的。例如,吊車所用的齒輪有開式小齒輪、大齒輪、過渡齒輪三種不同尺寸的齒輪,一般均採用合金鑄鋼件。

2.鑄鐵

(1) 鑄鐵的分類

鑄鐵是碳質量分數大於2.11 %的鐵碳合金,含有較多的si、mn、s、p 等元素。常用鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、特殊效能鑄鐵等。

(2) 鑄鐵的特性及用途

鑄鐵具有許多優良的使用效能和工藝效能,並且生產裝置和工藝簡單,可以用來製造各種機器零件。例如,普通罩殼、閥殼等強度要求不高,可採用灰鑄鐵製造;液壓幫浦殼體強度有較高要求,可採用孕育鑄鐵(經孕育處理後的灰鑄鐵);汽車發動機凸輪軸常用球墨鑄鐵製造。

(四)特殊效能低合金高強度鋼

1.特殊效能低合金高強度鋼分類

特殊效能低合金高強度鋼也稱特殊鋼,是指具有特殊化學成分、採用特殊工藝生產、具備特殊的組織和效能、能夠滿足特殊需要的鋼類。其中,工程結構用特殊鋼主要包括:耐候鋼、耐熱鋼、耐海水腐蝕鋼、耐磨鋼、表面處理鋼材、汽車沖壓鋼板、石油及天然氣管線鋼、工程機械用鋼與可焊接高強度鋼、鋼筋鋼、低溫用鋼以及鋼軌鋼等。

2.特殊效能低合金高強度鋼的特性及用途

例如,在橋梁、建築、塔架、車輛和其他要求耐候性能好的螺栓連線等鋼結構中使用的耐候鋼,就是在鋼中加入少量的合金元素,如cu、cr、ni、p 等,使其在金屬基體表面形成保護層,提高了鋼材的耐候性能,同時保持鋼材具有良好的焊接效能。

例如,在加熱爐、鍋爐、燃氣輪機等髙溫裝置中的零件就是使用耐熱鋼,要求在高溫下具有良好的抗蠕變、抗斷裂和抗氧化的能力,以及必要的韌性。

例如,鋼軌鋼分為輕軌鋼和重軌鋼,輕軌鋼主要用於使用臨時運輸線和中小型起重機軌道,重軌鋼主要用於鐵道、大型起重機軌和吊車軌道。

例如,車輛履帶、挖掘機滬鬥、破碎機顎板、鐵軌分道叉等使用的就是耐磨鋼,耐磨鋼常用於承受嚴重磨損和強烈衝擊的零件。

(五)鋼材的型別及應用

1.型鋼。在機電工程中常用型鋼主要有:圓鋼、方鋼、扁鋼、h 型鋼、工字鋼、t型鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。

例如,電站鍋爐鋼架的立柱通常採用寬翼緣h 型鋼(hk300b) ;為確保爐膛內壓力波動時爐牆有一定的強度,在爐牆上設有足夠強度的剛性梁。一般每隔3m左右裝設一層,其大部分採用強度足夠的工字鋼製成。

2.板材。按其厚度分為厚板、中厚板和薄板。按其乳製方式分為熱軋板和冷軋板兩種,其中冷軋板只有薄板。

按其材質有普通碳素鋼板、低合金結構鋼板、不鏽鋼板、鍍鋅鋼薄板等。例如,油罐、電站鍋爐中的汽包就是用鋼板焊製成的圓筒形容器。其中,中、低壓鍋爐的汽包材料常為專用的鍋爐碳素鋼,高壓鍋爐的汽包材料常用低合金鋼製造。

3.管材。在機電工程中常用的有普通無縫鋼管、螺旋縫鋼管、焊接鋼管、無縫不銹鋼管、高壓無縫鋼管等,廣泛應用在各類管道工程中。例如,鍋爐水冷壁和省煤器使用的無縫鋼管一般採用優質碳素鋼管或低合金鋼管,但過熱器和再熱器使用的無縫鋼管根據不同壁溫,通常採用15crmo或12crlmov等鋼材。

4.鋼製品。在機電工程中,常用的鋼製品主要有焊材、管件、閥門等。

二、有色金屬的型別及應用

通常將鋼鐵以外的金屬及其合金,統稱為有色金屬。有色金屬具有鋼鐵所沒有的許多特殊的力學和物理效能,為機電工程中不可缺少的材料。有色金屬的種類很多,密度大於4.

5 g/cm3的金屬稱為重金屬,如銅、鋅、鎳等;密度小於等於4. 5 g/cm3的金屬稱為輕金屬,如鋁、鎂、鈦等。

1.重金屬

(1) 銅及銅合金的特性及應用

工業純銅密度為8.96g/cm3, 具有良好的導電性、導熱性以及優良的焊接效能,純銅強度不高,硬度較低,塑性好。主要用於作導體、製造抗磁性干擾的儀器和儀表零件,如羅盤、航空儀表等零件。

在純銅中加入合金元素製成銅合金,除了保持純銅的優良特性外,還具有較高的強

度,主要品種有黃銅、青銅和白銅,在機電工程中廣泛使用的是銅合金。

例如,機電裝置冷凝器、散熱器、熱交換器、空調器等就是使用黃銅製造的,黃銅是以鋅為主要合金元素製成的銅合金。

(2) 鋅及鋅合金的特性及應用

純鋅具有一定的強度和較好的耐腐蝕性,在室溫下較脆,在100150°c時變軟,超過200°c後又變脆。鋅合金的特點是密度大、鑄造效能好,可壓鑄形狀複雜、薄壁的精密件,如壓鑄儀

表、汽車零部件外殼等。鋅合金分為變形鋅合金、鑄造鋅合金和熱鍍鋅合金。

(3)鎳及鎳合金的特性及應用

純鎳是銀白色的金屬,強度較高,塑性好,導熱性差,電阻大。鎳表面在有機介質溶液中會形成鈍化膜保護層而有極強的耐腐蝕性,特別是耐海水腐蝕能力突出。鎳合金是在鎳中加入銅、鉻、鉬等而形成的,耐高溫,耐酸鹼腐蝕。

鎳合金按其特性和應用領域分耐腐蝕鎳合金、耐高溫鎳合金和功能鎳合金等。

例如,在化工、石油、船舶等領域用作閥門、幫浦、船舶緊韌體、鍋爐熱交換器等。

2.輕金屬

(1) 鋁及鋁合金的特性及應用

工業純鋁密度小,熔點低,具有良好的導電性和導熱性,僅次於金、銀和銅,塑性好,但強度、硬度低,耐磨性差,不適合製作受力的機械零件,可進行各種冷、熱加工。工業純鋁廣泛應用於製造硝酸、含硫石油工業、橡膠硫化和含硫的藥劑等生產所用裝置,如反應器、熱交換器、槽車和管件等。在鋁中加入銅、錳、矽、鎂、鋅等合金元素製成的鋁合金,由於合金元素的強化作用,可用於製造承受荷載較大的構件。

鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。例如,油箱、油罐、管道、鉚釘等需要彎曲和沖壓加工的零件就是使用變形鋁合金,變形鋁合金塑性好,易於變形加工。

(2) 鎂及鎂合金的特性及應用

純鎂強度不高,室溫塑性低,耐腐蝕性差,易氧化,可用作還原劑。在鎂中加入鋁、錳、鋅等可製成鎂合金,鎂合金可分為變形鎂金、鑄造鎂合金。許多鎂合金既可做鑄造鎂合金,也可做變形鎂合金。

經過鍛造和擠壓後,變形鎂合金比相同成分的鑄造鎂合金有更高的強度。

鎂合金主要優點是密度小,強度髙,剛度高,抗振能力強,可承受較大衝擊荷載。如,鎂合金彈性變形功大,吸收能量多,減振性好,飛機的起落架輪轂很多就是採用鎂合金製造,就是發揮其減振性好這一特性。但鎂合金抗蝕性差,在使用時要採取防護措施,如氧化處理,塗裝保護等。

例如,鎂合金比強度比鋁合金髙,使用鎂合金可減輕飛機、發動機、儀表等重量。目前,國外在汽車上應用鎂合金零部件已經超過60種,已經大批量生產的如儀錶盤、輪轂、桌椅框架、變速箱殼、發動機罩和汽缸蓋等。

(3) 鈦及鈦合金的特性及應用

純鈦的強度低,高熔點,但比強度高,塑性及低溫韌性好,耐腐蝕性好,容易加工成型。純鈦在大氣和海水中有優良的耐腐蝕性,在硫酸、鹽酸、硝酸等介質中都很穩定。隨著鈦的純度降低,強度公升高,塑性大大降低。

在純鈦中加入合金元素對其效能進行改善和強化形成i t合金,其強度、耐熱性、耐腐蝕性高,具有無磁性,聲波和振動的低阻尼特性,生物相容性好,與碳複合材料的相容性好,具有超導特性、形狀記憶和吸氫特性等優異效能,但也存在一些缺點,如熱加工困難,冷加工效能差,切削加工性差,抗磨性差等。

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