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　　建設(shè)工程材料

　　考情分析：近年單選3～5.多選1～2題。

　　一般將工程材料按化學(xué)成分劃分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類。

　　表1.1.1　常用的工程材料分類

　　一、金屬材料

　　工業(yè)上把金屬及其合金分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩大部分。

　　(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。

　　鋼中主要化學(xué)元素為鐵，另外還含有少量的碳、硅、錳、硫、磷、氧和氮等。根據(jù)使用性能和工藝性能的需要，在其生產(chǎn)過程中適量添加的合金元素，常見有鉻、鎳、錳和鈦等。

　　含碳量小于2.11%鐵合金稱為鋼，大于2.11%的稱為生鐵。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(qiáng)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(qiáng)度高(當(dāng)含碳量超過1.00%時(shí)，鋼材強(qiáng)度開始下降)、塑性小、硬度大、脆性大且不易加工。

　　總結(jié)：C含量↑→強(qiáng)度↑→塑性與韌性↓(脆性↑)→硬度↑耐磨性↑→加工性能與焊接性能↓

　　硫、磷為鋼材中有害元素，含量較多就會嚴(yán)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(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低。

　　鋼材的力學(xué)性能(如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌度和硬度等)取決于鋼材的成分和金相組織。鋼材的成分一定時(shí)，其金相組織主要取決于鋼材的熱處理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影響最大。

　　1.鋼的分類和用途

　　(1)鋼的分類：工程中常按化學(xué)成分分為碳素鋼、低合金鋼和合金鋼。

　　(2)鋼牌號的表示方法

　　1)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號通常由四部分組成：

　　第一部分：前綴符號+強(qiáng)度值(以N/mm2或MPa為單位)，通用結(jié)構(gòu)鋼前綴符號為代表屈服強(qiáng)度的拼音字母“Q”。

　　第二部分(必要時(shí))：鋼的質(zhì)量等級，英文字母A、B、C、D、E、F……;

　　第三部分(必要時(shí))：脫氧方式，沸騰鋼(F)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)、特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)。

　　例：

　　Q235AF：最小屈服強(qiáng)度235N/mm2、質(zhì)量等級為A級的沸騰碳素鋼;

　　Q195.Q215.Q235.Q275;Q345.Q390.Q420.Q460.Q500.Q550.Q620.Q690.

　　2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由五部分組成：

　　第一部分：二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬分之幾計(jì));

　　第二部分(必要時(shí))：較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，加錳元素符號Mn;

　　第三部分(必要時(shí))：鋼材冶金質(zhì)量，高級優(yōu)質(zhì)鋼A、特級優(yōu)質(zhì)鋼E。

　　例：

　　08F表示碳含量為0.085%～0.11%，錳含量為0.25%～0.50%的沸騰鋼;

　　50MnE表示碳含量為0.48%～0.56%，錳含量為0.70%～1.00%的特級優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼。

　　中碳鋼40#，45#，50#。

　　(3)工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)。

　　1)碳素結(jié)構(gòu)鋼

　�、倨胀ㄌ妓亟Y(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的碳、磷、硫及其他殘余元素的含量控制較寬，某些性能如低溫韌性和時(shí)效敏感性較差。

　　普通碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡單，有良好工藝性能(如焊接性能、壓力加工性能等)、必要的韌性、良好的塑性以及價(jià)廉和易于大量供應(yīng)，通常在熱軋后使用。

　　Q195鋼強(qiáng)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等;

　　Q215鋼主要用于制作管坯、螺栓等;

　　Q235鋼強(qiáng)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(jié)構(gòu)常用的牌號。Q235鋼大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板用于建造房屋和橋梁等;

　　Q275鋼強(qiáng)度和硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，主要用于制造軸類、耐磨零件和墊板等。

　　總結(jié)：Q195→Q215→Q235→Q275：強(qiáng)度↑→C含量↑→(塑性與韌性↓、硬度↑耐磨性↑)、加工性能與焊接性能↓

　　②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。含碳小于0.8%的碳素鋼，鋼中所含硫、磷及非金屬夾雜物比碳素結(jié)構(gòu)鋼少。

　　與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼塑性和韌性較高，并可通過熱處理強(qiáng)化，多用于較重要的零件，是廣泛應(yīng)用的機(jī)械制造用鋼。

　　總結(jié)：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼性能區(qū)別的根本原因是碳和雜質(zhì)元素含量。

　　2)低合金結(jié)構(gòu)鋼：Q345.Q390.Q420.Q460.Q500.Q550.Q620.Q690八個(gè)強(qiáng)度等級。

　�、倨胀ǖ秃辖痄摚罕忍妓亟Y(jié)構(gòu)鋼具有較高韌性，同時(shí)有良好焊接性、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種具有較低脆性轉(zhuǎn)變溫度。用于制造各種容器、螺旋焊管、建筑結(jié)構(gòu)、車輛用沖壓件和船體等;

　　Q345具有綜合力學(xué)性能、耐低溫沖擊韌性、焊接性能和冷熱壓加工性能良好的特性，可用于建筑結(jié)構(gòu)、化工容器和管道、起重機(jī)械和鼓風(fēng)機(jī)等。

　�、趦�(yōu)質(zhì)低合金鋼：廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機(jī)械零件和構(gòu)件。形狀復(fù)雜或截面尺寸較大或要求韌性高的淬火零件，一般為優(yōu)質(zhì)低合金鋼。

　　3)不銹耐酸鋼

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

　�、勹F素體型不銹鋼。鉻是主加元素，通常含鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥13.00%。

　　高鉻鋼(17.0%～30.0%Cr)有良好的抗高溫氧化能力，在氧化性酸溶液如硝酸溶液中，有良好的耐蝕性，硝酸和氮肥工業(yè)中廣泛使用，0Cr13不銹鋼在弱腐蝕介質(zhì)中如淡水中，也有良好的耐蝕性。

　　高鉻鐵素體不銹鋼的缺點(diǎn)是鋼的缺口敏感性和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，鋼在加熱后對晶間腐蝕也較為敏感。

　�、隈R氏體型不銹鋼。

　　通常用于弱腐蝕性介質(zhì)環(huán)境，如海水、淡水和水蒸氣中;在溫度≤580℃的環(huán)境中使用，通常作為受力較大的零件和工具的制作材料。

　　具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。焊接性能不好，一般不用作焊接件。

　�、蹔W氏體型不銹鋼。

　　此鋼具有較高的韌性、良好的耐蝕性、高溫強(qiáng)度和較好的抗氧化性，以及良好的壓力加工和焊接性能。

　　這類鋼的屈服強(qiáng)度低，不能采用熱處理方法強(qiáng)化，只能進(jìn)行冷變形強(qiáng)化。

　�、荑F素體-奧氏體型不銹鋼。

　　屈服強(qiáng)度約為奧氏體型不銹鋼的兩倍，可焊性良好，韌性較高，應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時(shí)的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。

　　⑤沉淀硬化型不銹鋼。

　　突出優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)沉淀硬化熱處理以后具有高的強(qiáng)度，耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。主要用于制造高強(qiáng)度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)和零件，也可用作高溫零件。

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