2019造價工程師《安裝工程》教材精講：第一章第一節(jié)

第一章 安裝工程材料

第一節(jié)建設工程材料

　　一、金屬材料

　　(一)黑色金屬

　　黑色金屬材料一般是指鐵和以鐵為基的合金，即鋼鐵材料。

　　鋼：含碳量<2.0%的鐵合金;

　　生鐵：含碳量>2.0%的鐵合金稱。

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　　1. 鋼的分類和用途

　　(1)含碳量高的鋼材強度高(當含碳量超過1.00%時，鋼材強度開始下降)、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：熱脆性。

　　有益元素：硅、錳。鋼材強度、硬度提高，塑性、韌性不顯著降低。

　　鋼材的力學性能取決于鋼材的成分和金相組織。

　　【例2】(2015)鋼中含有的碳、硅、錳、硫、磷等元素對鋼材性能影響正確的為( )。

　　A.當含碳量超過1.00%時，鋼材強度下降，塑性大、硬度小、易加工

　　B.硫、磷含量較高時，會使鋼材產(chǎn)生熱脆和冷脆性，但對其塑性、韌性影響不大

　　C.硅、錳能夠在不顯著降低塑性、韌性的情況下，提高鋼材的強度和硬度

　　D.錳能夠提高鋼材的強度和硬度，而硅則會使鋼材塑性、韌性顯著降低

　　【答案】C

　　【解析】鋼中碳的含量對鋼的性質(zhì)有決定性影響，含碳量低的鋼材強度較低，但塑性大，延伸率和沖擊韌性高，質(zhì)地較軟，易于冷加工、切削和焊接;含碳量高的鋼材強度高(當含碳量超過1.00%時，鋼材強度開始下降)、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。硫、磷為鋼材中有害元素，含量較多就會嚴重影響鋼材的塑性和韌性，磷使鋼材顯著產(chǎn)生冷脆性，硫則使鋼材產(chǎn)生熱脆性。硅、錳等為有益元素，它們能使鋼材強度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低。

　　2.工程中常用鋼及其合金的性能特點

　　1)普通碳素結構鋼。

　　普通碳素結構鋼的碳、磷、硫及其他殘余元素的含量控制較寬。

　　生產(chǎn)工藝簡單，良好工藝性能、必要的韌性、良好的塑性以及價廉和易于大量供應，通常在熱軋后使用。

Q195	強度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤條。
Q215	主要用于制作管坯、螺栓。
Q235	強度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊性和可加工性也好，是鋼結構常用的牌號。
Q275	強度和硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差。

　　2)優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼。

　　優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼是含碳小于0.8%的碳素鋼，含硫、磷及非金屬夾雜物比碳素結構鋼少。

　　與普通碳素結構鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼塑性和韌性較高，并可通過熱處理強化，多用于較重要的零件，廣泛應用于機械制造。分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。

　　低碳鋼強度和硬度低，但塑性和韌性高，加工性和焊接性能優(yōu)良，用于制造承載較小和要求韌性高的零件以及小型滲碳零件;

　　中碳鋼強度和硬度較高，塑性和韌性較低，切削性能良好，但焊接性能較差，冷熱變形能力良好，主要用于制造荷載較大的機械零件。

　　3)普通低合金鋼。

　　普通低合金鋼比碳素結構鋼具有較高的韌性，良好的焊接性能、冷熱壓加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉變溫度。

　　Q295具有良好的塑性、韌性、冷彎性能、冷熱壓力加工性能和焊接性能，且有一定的耐蝕性能。用于制造各種容器、螺旋焊管、建筑結構、車輛用沖壓件和船體等;

　　Q345具有綜合力學性能、耐低溫沖擊韌性、焊接性能和冷熱壓加工性能，用于建筑結構、化工容器和管道、起重機械和鼓風機等。

　　4)優(yōu)質(zhì)低合金鋼。優(yōu)質(zhì)低合金鋼廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機械零件和構件。

　　5)不銹耐酸鋼。

　　按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類。

　　鐵素體 奧氏體

鐵素體	主加元素鉻，質(zhì)量分數(shù)≥13.00%。高鉻鋼有良好的抗高溫氧化能力，耐蝕性，在硝酸和氮肥工業(yè)中廣泛使用。缺點：鋼的缺口敏感性和脆性轉變溫度較高，鋼在加熱后對晶間腐蝕敏感。
馬氏體	具有較高的強度、硬度和耐磨性。通常用于弱腐蝕性介質(zhì)環(huán)境以及使用溫度≤580℃的環(huán)境中，可作為受力較大的零件和工具的制作材料。缺點：焊接性能不好，一般不用作焊接件。
奧氏體	主要合金元素為鉻、鎳、鈦、鈮、鉬、氮和錳等。具有較高的韌性、良好的耐蝕性、高溫強度、抗氧化性、良好的壓力加工和焊接性能。缺點：屈服強度低，不能采用熱處理方法強化，而只能進行冷變形強化。
鐵素體-奧氏體	其屈服強度約為奧氏體型不銹鋼的兩倍，可焊性良好，韌性較高，應力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。
沉淀硬化型	優(yōu)點是經(jīng)沉淀硬化熱處理以后具有高的強度，耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強度和耐蝕的容器、結構和零件，也可用作高溫零件。

　　【例3】(2015真題)某種鋼材，其塑性和韌性較高，可通過熱處理強化，多用于制作較重要的、荷載較大的機械零件，是廣泛應用的機械制造用鋼。此種鋼材為( )。

　　A.普通碳素結構鋼

　　B.優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼

　　C.普通低合金鋼

　　D.奧氏體型不銹鋼

　　【答案】B

　　【解析】優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼是含碳小于0.8%的碳素鋼，這種鋼中所含的硫、磷及非金屬夾雜物比碳素結構鋼少。與普通碳素結構鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼塑性和韌性較高，并可通過熱處理強化，多用于較重要的零件，是廣泛應用的機械制造用鋼。

　　【例4】(2014真題)按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織分類，除包括鐵素體、奧氏體不銹鋼外，還有( )。

　　A.馬氏體不銹鋼

　　B.鐵素體加奧氏體不銹鋼

　　C.馬氏體加奧氏體不銹鋼

　　D.沉淀硬化型不銹鋼

　　【答案】A,B,D

　　【解析】按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類。

　　【例5】(2015真題)與奧氏體型不銹鋼相比，馬氏體型不銹鋼的優(yōu)點是具有( )。

　　A.較高的強度、硬度和耐磨性

　　B.較高的韌性、良好的耐腐蝕性

　　C.良好的耐腐蝕性和抗氧化性

　　D.良好的壓力加工和焊接性能

　　【答案】A

　　【解析】奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻、鎳、鈦、鈮、鉬、氮和錳等。此鋼具有較高的韌性、良好的耐蝕性、高溫強度和較好的抗氧化性，以及良好的壓力加工和焊接性能。但是這類鋼的屈服強度低，且不能采用熱處理方法強化，而只能進行冷變形強化。馬氏體型不銹鋼。此鋼具有較高的強度、硬度和耐磨性。通常用于弱腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，如海水、淡水和水蒸氣中;以及使用溫度≤580℃的環(huán)境中，通常也可作為受力較大的零件和工具的制作材料。但由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

　　3.鑄鐵的分類和用途

　　鑄鐵與鋼相比，特點是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。磷：提高耐磨性;硫：有害元素;錳和硅都是鑄鐵中的重要元素。鑄鐵的組織特點是含有石墨。(1)鑄鐵分類

　　按碳存在的形式分類，鑄鐵可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵三大類。

　　按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

　　(2)工程中常用鑄鐵的性能和特點

類型	特點
灰鑄鐵	灰鑄鐵的組織由石墨和基體兩部分組成；影響灰鑄鐵組織和性能的因素主要是化學成分和冷卻速度。灰鑄鐵中的碳、硅含量一般控制在碳2.5%～4.0%，硅1.0%～3.0%。
球墨鑄鐵	鑄造性能好，含碳量4.5%～4.7%，抗拉強度高，抗疲勞強度高。在實際工程中常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。
蠕墨鑄鐵	具有一定的韌性和較高的耐磨性、鑄造性能和導熱性。 生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。
可鍛鑄鐵	具有較高的強度、塑性和沖擊韌性，常用來制造形狀復雜、承受沖擊和振動荷載的零件，如管接頭和低壓閥門等。

　　【例6】鑄鐵的基體組織是影響其性能的主要因素，受其影響的性能有( )。

　　A.硬度

　　B.韌性和塑性

　　C.抗壓強度

　　D.耐磨性

　　【答案】ACD

　　【解析】鑄鐵與鋼相比，其成分特點是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但雜質(zhì)在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳和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于碳含量<0.80%鋼的組織。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。鑄鐵的其他性能也與石墨密切相關。基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。

　　【例7】強度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性和較高的耐磨性;同時又有灰鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性，在生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件的鑄鐵是( )。

　　A.蠕墨鑄鐵

　　B.可鍛鑄鐵

　　C.耐磨鑄鐵

　　D.耐蝕鑄鐵

　　【答案】A

　　【解析】蠕墨鑄鐵的強度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性和較高的耐磨性;同時又有灰鑄鐵良好的鑄造性能和導熱性。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，其方法和程序與球墨鑄鐵基本相同。生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。

　　(二)有色金屬材料

合金名稱	主要特性
鋁及其合金	密度�。é�=2.7g/cm3），比強度高、耐蝕性好、導電、導熱、反光性能良好、磁化率極低、塑性好、易加工成型和鑄造各種零件
鎂及其合金	密度小（ρ=1.7g/cm3）、比強度和比剛度高、能承受大的沖擊荷載、有良好的機械加工性能和拋光性能。缺點：耐蝕性較差，缺口敏感性大。
銅及其合金	有優(yōu)良的導電性和導熱性、較好的耐蝕性和抗磁性、優(yōu)良減摩性和耐磨性、較高的強度和塑性、高的彈性極限和疲勞極限、易加工成型和鑄造各種零件
鎳及其合金	有良好的力學性能、耐熱性和耐蝕性好、具有特殊的電、磁和熱膨脹性能
鈦及其合金	耐低溫性強，高溫下活潑，540℃以下使用；常溫下，抗蝕性強（除氫氟酸）
鉛及其合金	熔點低、耐磨性好；耐蝕性高，對硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等則有良好的耐蝕性；塑性好、強度低。

　　【例8】(2014真題)具有良好的低溫性能，可作為低溫材料，常溫下具有極好的抗蝕性能，在大氣、海水、硝酸和堿溶液等介質(zhì)中十分穩(wěn)定，多用于化工行業(yè)，如500℃以下的熱交換器。此種金屬材料為( )。

　　A.鋁及鋁合金

　　B.鈦及鈦合金

　　C.鎳及鎳合金

　　D.鉛及鉛合金

　　【答案】B

　　【解析】鈦在高溫下化學活性極高，非常容易與氧、氮和碳等元素形成穩(wěn)定的化合物，所以在大氣中工作的鈦及鈦合金只在540℃以下使用;鈦具有良好的低溫性能，可做低溫材料;常溫下鈦具有極好的抗蝕性能，在大氣、海水、硝酸和堿溶液等介質(zhì)中十分穩(wěn)定。但在任何濃度的氫氟酸中均能迅速溶解。