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2019造价工程师《安装工程》教材精讲:第一章第一节

来源 :中华考试网 2018-11-20

第一章 安装工程材料

第一节建设工程材料

  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。

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  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。

Q195

强度不高,塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好,主要用于轧制薄板和盘条。

Q215

主要用于制作管坯、螺栓。

Q235

强度适中,有良好的承载性,又具有较好的塑性和韧性,可焊性和可加工性也好,是钢结构常用的牌号。

Q275

强度和硬度较高,耐磨性较好,但塑性、冲击韧性和可焊性差。

  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。

  铁素体 奥氏体

 

铁素体

主加元素,质量分数≥13.00%。高铬钢有良好的抗高温氧化能力,耐蚀性,在硝酸和氮肥工业中广泛使用。缺点:钢的缺口敏感性和脆性转变温度较高,钢在加热后对晶间腐蚀敏感。

 

马氏体

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以及使用温度≤580℃的环境中,可作为受力较大的零件和工具的制作材料。缺点:焊接性能不好,一般不用作焊接件。

 

奥氏体

主要合金元素为铬、镍、钛、铌、钼、氮和锰等。具有较高的韧性、良好的耐蚀性、高温强度、抗氧化性、良好的压力加工和焊接性能。缺点:屈服强度低,不能采用热处理方法强化,而只能进行冷变形强化。

铁素体-奥氏体

其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍,可焊性良好,韧性较高应力腐蚀晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。

 

沉淀硬化型

优点是经沉淀硬化热处理以后具有高的强度,耐蚀性优于铁素体型不锈钢。它主要用于制造高强度和耐蚀的容器、结构和零件,也可用作高温零件。

  【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。

  (2)工程中常用铸铁的性能和特点

类型

特点

灰铸铁

灰铸铁的组织由石墨和基体两部分组成;影响灰铸铁组织和性能的因素主要是化学成分冷却速度。灰铸铁中的碳、硅含量一般控制在碳2.5%~4.0%,硅1.0%~3.0%。

球墨铸铁

铸造性能好,含碳量4.5%~4.7%,抗拉强度高,抗疲劳强度高。在实际工程中常用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件,如曲轴、连杆和凸轮轴等。

蠕墨铸铁

具有一定的韧性和较高的耐磨性、铸造性能和导热性。

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。

可锻铸铁

具有较高的强度、塑性和冲击韧性,常用来制造形状复杂、承受冲击和振动荷载的零件,如管接头和低压阀门等。

  【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。

  (二)有色金属材料

合金名称

主要特性

铝及其合金

密度小(ρ=2.7g/cm3),比强度高、耐蚀性好、导电、导热、反光性能良好、磁化率极低、塑性好、易加工成型和铸造各种零件

镁及其合金

密度小(ρ=1.7g/cm3)、比强度和比刚度高、能承受大的冲击荷载、有良好的机械加工性能和抛光性能。缺点:耐蚀性较差,缺口敏感性大。

铜及其合金

有优良的导电性和导热性、较好的耐蚀性和抗磁性、优良减摩性和耐磨性、较高的强度和塑性、高的弹性极限和疲劳极限、易加工成型和铸造各种零件

镍及其合金

有良好的力学性能、耐热性和耐蚀性好、具有特殊的电、磁和热膨胀性能

钛及其合金

耐低温性强,高温下活泼,540℃以下使用;常温下,抗蚀性强(除氢氟酸)

铅及其合金

熔点低、耐磨性好;耐蚀性高,对硫酸、磷酸、亚硫酸、铬酸和氢氟酸等则有良好的耐蚀性;塑性好、强度低。

  【例8】(2014真题)具有良好的低温性能,可作为低温材料,常温下具有极好的抗蚀性能,在大气、海水、硝酸和碱溶液等介质中十分稳定,多用于化工行业,如500℃以下的热交换器。此种金属材料为( )。

  A.铝及铝合金

  B.钛及钛合金

  C.镍及镍合金

  D.铅及铅合金

  【答案】B

  【解析】钛在高温下化学活性极高,非常容易与氧、氮和碳等元素形成稳定的化合物,所以在大气中工作的钛及钛合金只在540℃以下使用;钛具有良好的低温性能,可做低温材料;常温下钛具有极好的抗蚀性能,在大气、海水、硝酸和碱溶液等介质中十分稳定。但在任何浓度的氢氟酸中均能迅速溶解。

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