2019造价工程师《安装工程》教材精讲:第一章第一节
2019年07月22日 来源:来学网一、金属材料
(一)黑色金属
黑色金属材料一般是指铁和以铁为基的合金,即钢铁材料。
钢:含碳量<2.0%的铁合金;
生铁:含碳量>2.0%的铁合金称。
1. 钢的分类和用途
(1)含碳量高的钢材强度高(当含碳量超过1.00%时,钢材强度开始下降)、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。
有害元素:硫、磷。磷:冷脆性,硫:热脆性。
有益元素:硅、锰。钢材强度、硬度提高,塑性、韧性不显著降低。
钢材的力学性能取决于钢材的成分和金相组织。
【例2】(2015)钢中含有的碳、硅、锰、硫、磷等元素对钢材性能影响正确的为( )。
A.当含碳量超过1.00%时,钢材强度下降,塑性大、硬度小、易加工
B.硫、磷含量较高时,会使钢材产生热脆和冷脆性,但对其塑性、韧性影响不大
C.硅、锰能够在不显著降低塑性、韧性的情况下,提高钢材的强度和硬度
D.锰能够提高钢材的强度和硬度,而硅则会使钢材塑性、韧性显著降低
【答案】C
【解析】钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响,含碳量低的钢材强度较低,但塑性大,延伸率和冲击韧性高,质地较软,易于冷加工、切削和焊接;含碳量高的钢材强度高(当含碳量超过1.00%时,钢材强度开始下降)、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。硫、磷为钢材中有害元素,含量较多就会严重影响钢材的塑性和韧性,磷使钢材显著产生冷脆性,硫则使钢材产生热脆性。硅、锰等为有益元素,它们能使钢材强度、硬度提高,而塑性、韧性不显著降低。
2.工程中常用钢及其合金的性能特点
1)普通碳素结构钢。
普通碳素结构钢的碳、磷、硫及其他残余元素的含量控制较宽。
生产工艺简单,良好工艺性能、必要的韧性、良好的塑性以及价廉和易于大量供应,通常在热轧后使用。
2)优质碳素结构钢。
优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢,含硫、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,并可通过热处理强化,多用于较重要的零件,广泛应用于机械制造。分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢强度和硬度低,但塑性和韧性高,加工性和焊接性能优良,用于制造承载较小和要求韧性高的零件以及小型渗碳零件;
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,主要用于制造荷载较大的机械零件。
3)普通低合金钢。
普通低合金钢比碳素结构钢具有较高的韧性,良好的焊接性能、冷热压加工性能和耐蚀性,部分钢种还具有较低的脆性转变温度。
Q295具有良好的塑性、韧性、冷弯性能、冷热压力加工性能和焊接性能,且有一定的耐蚀性能。用于制造各种容器、螺旋焊管、建筑结构、车辆用冲压件和船体等;
Q345具有综合力学性能、耐低温冲击韧性、焊接性能和冷热压加工性能,用于建筑结构、化工容器和管道、起重机械和鼓风机等。
4)优质低合金钢。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。
5)不锈耐酸钢。
按不锈钢使用状态的金相组织,可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。
【例3】(2015真题)某种钢材,其塑性和韧性较高,可通过热处理强化,多用于制作较重要的、荷载较大的机械零件,是广泛应用的机械制造用钢。此种钢材为( )。
A.普通碳素结构钢
B.优质碳素结构钢
C.普通低合金钢
D.奥氏体型不锈钢
【答案】B
【解析】优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢,这种钢中所含的硫、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,并可通过热处理强化,多用于较重要的零件,是广泛应用的机械制造用钢。
【例4】(2014真题)按不锈钢使用状态的金相组织分类,除包括铁素体、奥氏体不锈钢外,还有( )。
A.马氏体不锈钢
B.铁素体加奥氏体不锈钢
C.马氏体加奥氏体不锈钢
D.沉淀硬化型不锈钢
【答案】A,B,D
【解析】按不锈钢使用状态的金相组织,可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。
【例5】(2015真题)与奥氏体型不锈钢相比,马氏体型不锈钢的优点是具有( )。
A.较高的强度、硬度和耐磨性
B.较高的韧性、良好的耐腐蚀性
C.良好的耐腐蚀性和抗氧化性
D.良好的压力加工和焊接性能
【答案】A
【解析】奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬、镍、钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有较高的韧性、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。但是这类钢的屈服强度低,且不能采用热处理方法强化,而只能进行冷变形强化。马氏体型不锈钢。此钢具有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用于弱腐蚀性介质环境中,如海水、淡水和水蒸气中;以及使用温度≤580℃的环境中,通常也可作为受力较大的零件和工具的制作材料。但由于此钢焊接性能不好,故一般不用作焊接件。
3.铸铁的分类和用途
铸铁与钢相比,特点是碳、硅含量高,杂质含量也较高。磷:提高耐磨性;硫:有害元素;锰和硅都是铸铁中的重要元素。铸铁的组织特点是含有石墨。(1)铸铁分类
按碳存在的形式分类,铸铁可分为灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁三大类。
按照石墨的形状特征,灰口铸铁可分为普通灰铸铁(石墨呈片状)、蠕墨铸铁(石墨呈蠕虫状)、可锻铸铁(石墨呈团絮状)和球墨铸铁(石墨呈球状)四大类。
【例6】铸铁的基体组织是影响其性能的主要因素,受其影响的性能有( )。
A.硬度
B.韧性和塑性
C.抗压强度
D.耐磨性
【答案】ACD
【解析】铸铁与钢相比,其成分特点是碳、硅含量高,杂质含量也较高。但杂质在钢和铸铁中的作用完全不同,如磷在耐磨铸铁中是提高其耐磨性的主要合金元素,锰和硅都是铸铁中的重要元素,唯一有害的元素是硫。铸铁的组织特点是含有石墨,组织的其余部分相当于碳含量<0.80%钢的组织。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。铸铁的其他性能也与石墨密切相关。基体组织是影响铸铁硬度、抗压强度和耐磨性的主要因素。
【例7】强度接近于球墨铸铁,并具有一定的韧性和较高的耐磨性;同时又有灰铸铁良好的铸造性能和导热性,在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件的铸铁是( )。
A.蠕墨铸铁
B.可锻铸铁
C.耐磨铸铁
D.耐蚀铸铁
【答案】A
【解析】蠕墨铸铁的强度接近于球墨铸铁,并具有一定的韧性和较高的耐磨性;同时又有灰铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂经处理而炼成的,其方法和程序与球墨铸铁基本相同。生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。