工程材料及其分類

　　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。

　　（一）金屬材料

　　金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分：

　　1.黑色金屬材料

　　鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）。

　　2.有色金屬材料

　　黑色金屬以外的所有金屬及其合金。

　　應(yīng)用最廣的是黑色金屬。以鐵為基的合金材料占整個結(jié)構(gòu)材料和工具材料的90.0%以上。黑色金屬材料的工程性能比較優(yōu)越，價格也較便宜，是最重要的工程金屬材料。

　　有色金屬按照性能和特點可分為：輕金屬、易熔金屬、難熔金屬、貴金屬、稀土金屬和堿土金屬。它們是重要的有特殊用途的材料。

　　（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

　　2.耐火隔熱材料

　　3.耐蝕（酸）非金屬材料

　　4.陶瓷材料

　　（三）高分子材料

　　高分子材料為有機(jī)合成材料，也稱聚合物。它具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)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。

　　高分子材料種類很多，工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為三大類：塑料、橡膠、合成纖維。

　　（四）復(fù)合材料

　　復(fù)合材料就是用兩種或兩種以上不同材料組合的材料，其性能是其它單質(zhì)材料所不具備的。復(fù)合材料可以由各種不同種類的材料復(fù)合組成。它在強(qiáng)度、剛度和耐蝕性方面比單純的金屬、陶瓷和聚合物都優(yōu)越，是特殊的工程材料，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　常用工程材料

　　（一）金屬材料

　　鑄鐵的分類和牌號表示方法

　　鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳含金，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。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機(jī)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(jī)械加工工時，且有必要的強(qiáng)度和某些優(yōu)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，組織的其余部分相當(dāng)于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.80%鋼的組織。故稱鑄鐵的組織為石墨加鋼的基體。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。鑄鐵的其他性能也于石墨密切相關(guān)。基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強(qiáng)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（石墨成團(tuán)絮狀）三大類。

　　2）鑄鐵牌號的表示方法

　　3）工程中常用鑄鐵的性能和特點

　　① 灰口鑄鐵。灰口鑄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。

　　② 球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)度，實驗表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過45#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。

　　③ 蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵是近十幾年來發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。它的強(qiáng)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。蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑經(jīng)處理而煉成的。

　　④ 可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。

　　⑤ 耐磨鑄鐵。在鑄鐵中加入某些合金元素而得到。

　　⑥ 耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵是在高溫下工作的鑄件，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運輸鏈條等。

　　⑦ 耐蝕鑄鐵。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁和高鉻等耐蝕鑄鐵。