这是书中技术部分第一个内容，讲材料和设备的，分了两个小节分别介绍。我们先来看材料。在材料这一节中，需要对一些重点的材料分类及应用进行掌握。材料作为一个基本的点，需要对材料本身整体有个了解，虽然考试的内容不多，可能就一两分，但是作为工作中的常识的内容，各专业的人还是要对自己本专业的材料分类及用法有一定的了解。

在“机电工程常用材料”这小节中，介绍了机电工程常用的材料，包括常用金属材料的类型和应用，常用非金属材料的类型和应用，常用电气材料的类型和应用。金属材料分为黑色金属，有色金属，以及金属复合材料，这其中以黑色金属为主要掌握点，其它了解一下。有色金属以及金属复合材料中把加粗文字掌握就好。非金属材料中也是把加粗的文字掌握就好。电气材料中把导线，电缆和母线槽的内容掌握一下，其它的看看关键词即可。这里简单这样梳理，下面在具体内容中再详细梳理。

机电工程常用材料

常用金属材料的类型及应用

日常一般说黑色材料，指的是钢铁材料。在机电领域，钢铁用量很大。铁一般是将铁矿石放入炼炉，通过焦炭还原成粗铁，再精炼，最后提炼出铁。一般高炉炼铁，转炉炼钢。钢和铁本质都是铁碳合金，钢和铁的区别在含碳量的不同，含碳量大于2.11%为铁，小于2.11%为钢。在钢里，根据含碳量的不同又分为低碳钢，中碳钢，高碳钢。低碳钢一般含碳量＜0.25%，强度较低、塑性和可焊性较好；中碳钢含碳量在0.25～0.60%，有较高的强度，但塑性和可焊性较差；高碳钢含碳量﹥0.60%，塑性和可焊性很差，但热处理后会有很高的强度和硬度。建筑领域，一般用低碳钢，主要利用的是良好的塑性以及可焊性，主要是型钢以及板材等。机械行业一般用中碳钢或高碳钢，主要利用强度和硬度，比如轴多数用45号钢，45指的就是含碳量，属于中碳钢。

钢铁中除了碳这个主要的元素，还有其他的元素，一般称作合金，比如镍、锰等，这些都是属于有益的元素，也有硫、磷等一些有害的元素。

对于钢铁，还有一个重要的概念是热处理。热处理其实是一种方法，用来改善钢材的性能，基本的过程是将构件加热到一定温度，一般是奥氏体状态，然后通过不同的冷却温度和速度进行冷却，以此达到改善内部组织的目的，改善性能，比如提高塑形，提高强度，刚度等。热处理的设备一般是炉子，不同的热处理可以有不同的炉子，如退火炉。冷却的方式也有空冷、水冷、油冷等。

对于钢材，不同类别有不同的牌号，关于牌号的内容，这版的书中没有列出，在后面的部分我们增加了一部分方便学习。

当然这只是一个整体的理解，方便对课本的内容进行理解。黑色文字读一遍，加粗的文字读两遍。

一、黑色金属材料的类型及应用

（一）黑色金属材料的类型

1.黑色金属材料又称钢铁材料，包括工业纯铁、铸铁、碳素钢（非合金钢），以及各种用途的合金钢。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

2. 铸铁和钢都是铁和铁的合金，其区别是含碳量和内部组织结构不同。铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。

3. 工业用钢按化学成分可分为碳素钢（非合金钢）和合金钢两大类。合金钢是在碳素钢（非合金钢）的基础上添加一定量的一种或多种合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。

4. 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。除碳以为，铸铁还含有较多的SI、Mn和其他的一些杂质元素。为了提高铸铁的机械性能，还可加入一定量的合金元素，形成合金铸铁。与钢相比，铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较低，但是具有优良的铸造性能、很高的减摩和耐磨性、良好的消振性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列优点。铸铁广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和国防等工业部门。

在黑色金属材料的应用这个小的条目中，书中给出了不同的类别，如非合金钢类，低合金钢类，合金钢类，铸铁类，以及各类别下的不同的钢及应用，如果可能读两遍理解一下，重在理解，遇到选择题可以选择即可。

（二）黑色金属材料的应用

在黑色金属材料的应用中，书中给出了非合金类钢、低合金类钢、合金类钢、铸铁类黑色金属材料的应用，加粗的部分尽量记忆，其它部分理解即可。

1.非合金类钢

（1）碳素结构钢：碳素钢的一种、含碳量为0.05%~0.70%，个别可高达0.9%。可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢两类。用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要、不需要热处理的机械零件和一般焊件。

（2）优质碳素钢：和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。

（3）碳素工具钢：用于制作刀具、模具和量具的碳素钢。

（4）易切削结构钢：在钢中加入一些使钢变脆的元素，使钢切削时切削易脆断成碎屑，从而有利于提高切削速度和延长刀具寿命；用于制作螺栓、螺母、销钉、轴、管接头等。

（5）工程用铸造碳钢，用于各种铸钢件。

2.低合金钢类

（1）低合金高强度结构钢：低合金高强度结构钢是含碳量Wc≤0.20%的碳素结构钢基础上，加入少量的合金元素（合金元素含量效益5%）发展起来的，韧性高于碳素结构钢，同时具有良好的焊接性能、冷热压力加工性能和耐腐蚀性，部分钢种还具有较低的脆性转变温度。低合金钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等。

（2）低合金耐热钢：在此类钢中都含有一种或几种合金元素，但含量不高，一般钢中所含合金元素的总量不超过5%，含碳量不超过0.20%。

3.合金钢类

（1）工程结构用合金钢

（2）机械结构用合金钢

（3）轴承钢

（4）合金工具钢与高速钢

（5）不锈钢与耐热钢

（6）特殊物理性能钢

（7）铸造合金钢

合金钢类，这一部分内容，只列了标题，没有把书中内容全部摘录。

补充知识

黑色金属的应用

（1）钢板和钢管

例如，建筑管道材料的应用：

1）生活污水应使用铸铁管或非金属管材（塑料管、混凝土管）；

2）雨水管宜使用铸铁管、镀锌和非镀锌钢管或非金属管材；

3）室内热水供应系统应采用镀锌钢管、铜管和非金属管材；

4）室内采暖系统应用焊接钢管和镀锌钢管；

5）室外生活给水管道应采用镀锌管、给水铸铁管、复合管或塑料管；

6）室外排水管道应采用排水铸铁管和非金属管道；

7）室外供热管网的管材应按设计要求。当设计未注明时，应符合下列规定：管径小于或等于 40mm 时，应使用焊接钢管；管径为 50～200m 时，应使用焊接钢管或无缝钢管；管径大于200mm 时，应使用螺旋缝焊接钢管。

无缝钢管 无缝钢管生产

有缝管材

有缝管材生产

（2）型钢

1）型钢按截面尺寸、形状范围将型钢分为：工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢、H 型钢和 T 型钢等。

2）型钢表面不得有裂纹、结疤、折叠、夹渣和端面分层，允许有深度（高度）不超过厚度公差之半的局部麻点、划痕及其他轻微缺陷，但应保证型钢缺陷处的最小厚度。

（3）法兰

钢制法兰可用锻件、板材、铸件和钢管材料加工；石油化工、压力容器钢制法兰用的材料为板材和锻件。

法兰连接

法兰连接

（4）阀门

按结构分为：闸阀、截止阀、节流阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、旋塞阀、止回阀、安全阀、减压阀、疏水阀、排污阀、调节阀、分配阀、混合阀、水力控制阀；

非合金钢：仅仅是铁和碳元素为主的钢材，就是“非合金钢”，如一般高、低碳钢，是属于非合金钢。

合金钢：钢里除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢。在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。

（2）低合金钢分类情况见下表 。

低合金钢与产品标准及其常用材料牌号

注：① 表中牌号示例：Q345R—“Q”为屈服强度第一个字母，345—代表最小屈服强度值为 345MPa（或 N/mm2）。

② 牌号中屈服强度后面末尾字母 A、B、C、D、E、F 是代表质量等级；

【补充】A 级磷、硫含量高，冲击韧性差。

③ 表中用材料牌号 Q355，代替的产品标准中 Q345。

铸铁类的内容中还是有一些重点的，加粗的文字尽量记忆。

4.铸铁类

（1）根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。

（2）根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为普通灰铸铁、可锻铸铁、球磨铸铁、蠕墨铸铁。

（3）根据铸铁中金属元素的不同可分为普通铸铁和合金铸铁。

补充知识

铸铁牌号采用以化学成分或力学性能的表示方法。灰铸铁、球墨铸铁、抗磨球磨铸铁、蠕墨铸铁、白心（黑心、珠光体）可锻铸铁、抗磨白口铸铁采用力学性能的表示方法，力学性能值排在铸铁代号之后；当牌号中有合金元素符号时，抗拉强度值排列于元素符号及含量之后，之间用“-”隔开，例如：抗磨球磨铸铁牌号 QTM Mn8-300。

QTM：抗磨球磨铸铁 Mn8 锰质量分数为 8%，300-抗拉强度 300Mpa。

铸钢

合金铸钢分为耐热铸钢、耐蚀铸钢、耐磨铸钢，牌号表示方法实例分别为 ZGR40Cr25Ni20、ZGS06Cr16Ni5Mo、ZGM30CrMoSiMo。

ZG—铸钢； ZGR—耐热铸钢； ZGS—耐蚀铸钢；ZGM—耐磨铸钢； Cr—铬；Mn—锰；Si—硅；Mo—钼；Ni—镍

有色金属的类型与应用，这节将重点加粗的文字看一下，其他内容了解即可。相比黑色金属，有色金属在考试中的重要性还是弱了点，做个了解和补充吧。

二、有色金属材料的类型及应用

（一）有色金属材料的类型

1. 狭义的有色金属又称为非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。

2. 有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色金属通常指除去铁（有时也除去锰和铬）和铁基合金以外的所有金属。

3. 有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。常用的有色合金有铝合金、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。

4.有色金属可分为重金属、轻金属、贵金属及稀有金属。

（1）轻金属：密度小于4500kg/m3，如铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。

（2）重金属：密度大于4500kg/m3，如铜、镍、钴、铅、锡、锑、铋、镉、汞等。

（3）贵金属：价格比一般常用金属昂贵，地壳丰度低，提纯困难，化学性质稳定，如金、银及铂族金属。

（4）稀有金属：略

（二）有色金属及合金材料的分类及应用

1. 铝合金

（1）铝合金：以铝为基添加一定量其他合金元素的合金，是轻金属材料之一。

（2）铝合金的特性：铝合金除具有铝的一般特性外，有具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63~2.85g/cm3，有较高的强度，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有这广泛的应有。

（3）铝合金的分类：铝合金按其成分和加工方法又分为变形铝合金和铸造铝合金。

2. 铜合金

（1）铜合金的分类

1）按合金成分，可分为非合金铜和合金铜。非合金铜称为紫铜或纯铜，也叫红铜，我国和俄罗斯把合金铜分为黄铜、青铜和白铜。

2）按功能特性，有导电导热用铜合金、结构用铜合金、耐蚀铜合金、耐磨铜合金、易切削铜合金、弹性铜合金、阻尼铜合金、艺术铜合金。

3）按材料形成方法分为铸造铜合金和变形铜合金。

（2）铜合金的应用

1）黄铜

黄铜是铜和锌组成的合金。

黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运输管。

合金元素对黄铜性能的影响：铝能提高黄铜的强度、硬度和耐蚀性，但使塑性降低，适合作海伦冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高铜的强度和对海水的耐腐性，故称海军黄铜，用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能，这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。

2）青铜

青铜是以锡为主要添加元素的铜合金。除黄铜、白铜以为的铜合金均称为青铜。

3）白铜

白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。

3. 锌的特性及应用

（1）锌的特性

金属锌具有良好的压延性、耐磨性、抗腐蚀性、铸造性，且有很好的常温机械性，能与多种金属制成性能优良的合金。主要以镀锌、锌基合金、氧化锌的形式广泛应用汽车、建筑、家用电器、船舶、轻工、机械、电池等行业。目前，在有色金属消费中仅次于铜和铝。

（2）锌的应用

1）镀锌

现在主要采用的方法是热镀锌。

2）锌合金

锌本身的强度和硬度不高，但在与铝、铜等组成合金后，其强度和硬度均大为提高，尤其是锌铜钛合金的综合机械性能已接近或达到铝合金、黄铜、灰铸铁的水平，其抗蠕变性能也大幅度被提高。

3）电池

锌具有良好的抗电磁性能，在射频干扰的场合，锌板是一种非常有效的屏蔽材料，同时由于锌是非磁性的，适合做仪器仪表零件及仪表壳体和钱币。

三、常用金属复合材料的类型及应用

金属复合材料是由两种或两种以上不同性质的金属材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。

（一）金属基复合材料的类型及应用

1.金属基复合材料的分类

（1）按用途可分为结构复合材料与功能复合材料；

（2）按增强材料形态可分为纤维增强、颗粒增强和晶须增强金属基复合材料。

（3）按金属基体可分为铝基、钛基、镍基、镁基、耐热金属基等复合材料。

（4）按增强材料可分为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、石棉纤维、金属丝等。

2.金属基复合材料的的应用

金属基复合材料具有高比强度、高比模量、尺寸稳定性、耐热性等主要性能特点。用于

制造各种航天、航空、汽车、电子、先进武器系统等高性能结构件。

镍基合金钢管

（二）金属层状复合材料的分类及用途

1.金属层状复合材料的分类

包括钛钢、铝钢、铜钢、钛不锈钢、镍不锈钢、不锈钢碳钢等复合材料。

2.金属层状复合材料的应用

可根据需要，制造不同材质的复合材料，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、导热导电性好、

阻尼减震、电磁屏蔽，且制造成本低等特点。

用于石油化工、航天、食品、医药、造船，电力、机械等行业，如压力容器、储罐、航天、航空零部件等。

（三）金属与非金属复合材料的特点及应用

1. 钢塑复合管既有钢管的强度和刚度，又有塑料管的耐化学腐蚀、无污染、不混生细菌、内壁光滑、不积垢、水阻小、施工方便、成本低等优点。广泛应用于石油、化工、建筑、通讯、电力和地下输气管道等领域。

2. 铝塑复合管有与金属管材相当的强度，具有电屏蔽和磁屏蔽作用、隔热保温性好、重量轻、寿命长、施工方便、成本低等优点。广泛应用于建筑、工业等机电工程中。

特别说明：本套机电专业知识的梳理，仅用于学习交流，不做商用。文中蓝色字体为我个人的总结，加入了自己的思考，故文章勾选了“原创”的标签。黑色文字为摘录书本中内容，但是重点内容做了加粗，这些加粗的内容，也是加入了我思考后的结果。红色文字为增加的拓展知识，作为书本的补充。增加了一些图片，供学习，部分来源于网络或其他，如涉及侵权，请联系我删除或修改。