造價(jià)工程師考試安裝工程知識(shí)點(diǎn)14

工程材料及其分類(熟悉)

工程材料有各種不同的分類方法。一般都將工程材料按化學(xué)成分分為金屬材料、非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。

工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分：黑色金屬材料【鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)】和有色金屬材料【黑色金屬以外的所有金屬及其合金】。

非金屬材料包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。

高分子材料為有機(jī)合成材料，也稱聚合物。它具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、較強(qiáng)的耐腐蝕性能，很好的絕緣性和重量輕等優(yōu)良性能。工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為塑料、橡膠和合成纖維三大類。

復(fù)合材料就是用兩種或兩種以上不同材料組合的材料。

(一)金屬材料

1.黑色金屬

關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)一：鋼及其合金的特性、用途(注意對(duì)比區(qū)分)

鋼是以鐵為基的合金，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，這些少量元素對(duì)鋼材性質(zhì)影響很大。

含碳量小于2.11%(重量)的合金稱為鋼;而含碳量大于2.11%(重量)的合金稱為生鐵。鋼中含碳量對(duì)鋼的性質(zhì)有決定性影響，含碳量低，鋼的強(qiáng)度低、塑性大、延伸率和沖擊韌性高，鋼質(zhì)較軟，易于冷加工、切削和焊接;含碳量高，鋼的強(qiáng)度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。(以前考過(guò))

(1)鋼及其合金的分類和牌號(hào)表示方法

鋼的力學(xué)性能(如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌度和硬度等)決定于鋼的成分和金相組織。鋼的成分一定時(shí)，其金相組織主要決定于鋼的熱處理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影響最大。(以前考過(guò))

1)鋼的分類。

2)鋼牌號(hào)的表示方法。

我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的表示方法，即：

①牌號(hào)中化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)元素表示。

②產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法等，通常采用代表該產(chǎn)品漢字的漢語(yǔ)拼音的縮寫字母表示。

③鋼鐵產(chǎn)品中的主要化學(xué)元素含量(%)采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

碳素結(jié)構(gòu)鋼“Q”――屈服點(diǎn)字母，屈服點(diǎn)數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五種。

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;

Q215鋼大量用作管坯、螺栓;

Q235鋼強(qiáng)度適中，具有良好的承載性，又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號(hào)，大量用來(lái)制成鋼筋、型鋼和鋼板;

【2009年單選】碳素結(jié)構(gòu)鋼中，具有良好的承載性，又具有較好的塑性、韌性、可焊性、加工性，大量用來(lái)制成鋼筋、型鋼和鋼板，此種鋼的牌號(hào)為(　)。

A.Q215

B.Q235

C.Q255

D.Q275

[答疑編號(hào)502008010101]

『正確答案』B

『答案解析』參見(jiàn)教材P5。

Q255鋼強(qiáng)度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性較差，主要用作鉚接或栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋;

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、農(nóng)具、耐磨零件和墊板。

優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)以兩位數(shù)字表示，數(shù)字代表含碳量的百分之幾(以0.01%為單位)，如鋼號(hào)為20，表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼;鋼號(hào)為45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)按下列規(guī)則編制：用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬(wàn)分之幾計(jì))，標(biāo)注在牌號(hào)頭部。合金元素含量為1.50%～2.49%、 2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%……，相應(yīng)的標(biāo)注為2、3、4、5……平均合金含量 <1.50%者，在牌號(hào)中只標(biāo)出元素符號(hào)，不標(biāo)注其含量。如30CrMnSi表示碳、鉻、錳、硅平均含量分別為0.30%、0.95%、 0.85%、1.05%的合金結(jié)構(gòu)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示，

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

碳素結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有良好的工藝性能(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。在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。

②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼塑性和韌性較強(qiáng)高，并可通過(guò)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。

③低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的韌性，同時(shí)有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

④合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量的一種或數(shù)種合金元素而形成的，它的綜合力學(xué)性能優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是合金鋼中用量最多的一類鋼，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。

⑤不銹(耐酸)鋼。――重點(diǎn)

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。各類不銹鋼的特點(diǎn)如下：

a.鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素，通常含鉻量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于13.00%，不含鎳。

b.馬氏體型不銹鋼。鉻是鋼中的主要合金元素，鋼在淬火―回火狀態(tài)使用有較高屈服強(qiáng)度、硬度和耐磨度，常用在弱腐蝕性介質(zhì)，如海水、淡水和水蒸氣等中，使用溫度小于或等于580℃，通常作為受力較大的零件和工具的制作材料，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

c.奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳，其次是鈦、鈮、鉬、氮和錳等。

此鋼具有奧氏體組織，具有高的韌性、低的脆性轉(zhuǎn)變溫度、良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。但屈服強(qiáng)度低，且不能采用熱處理方法強(qiáng)化，而只能進(jìn)行冷變形強(qiáng)化。

【2009年單選】與鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼相比，奧氏體型不銹鋼的主要合金成分中增加的金屬元素為(　)。

A.鋅

B.鋁

C.鈦

D.鎳

[答疑編號(hào)502008010102]

『正確答案』參見(jiàn)教材P6。

d.鐵素體―奧氏體型不銹鋼。這類鋼是在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，添加更多的鉻、鉬和硅等有利于形成鐵素體的元素，或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強(qiáng)度約為奧氏體型不銹鋼的2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。

e.沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼的突出優(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。它主要用于制造高強(qiáng)度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)和零件，也可用作高溫零件，如汽輪機(jī)零件。

優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)以兩位數(shù)字表示，數(shù)字代表含碳量。

(2)鑄鐵的分類和牌號(hào)表示方法。

鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。它具有生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。大部分機(jī)械設(shè)備的箱體、殼體、機(jī)座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機(jī)的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價(jià)廉，切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機(jī)械加工工時(shí)，且有必要的強(qiáng)度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸振性和低的缺口敏感性等。

1)鑄鐵的分類。

鑄鐵是鐵碳合金的一種，與鋼相比，其成分特點(diǎn)是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但是，雜質(zhì)在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳、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(diǎn)是含有石墨。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(guān)，基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性的主要因素。

按照石墨的形狀特征，鑄鐵可分為灰口鑄鐵(石墨成片狀)、球墨鑄鐵(石墨成球狀)　和可鍛鑄鐵(石墨團(tuán)絮狀)三大類。

按照鑄鐵成分中是否含有合金元素，可分為一般鑄鐵和合金鑄鐵兩大類。一般鑄鐵可分為普通鑄鐵和變質(zhì)(孕育)鑄鐵。

2)鑄鐵牌號(hào)的表示方法。

①用各種鑄鐵相應(yīng)漢語(yǔ)拼音字母的第一個(gè)大寫字母作為鑄鐵的代號(hào)，當(dāng)兩種鑄鐵名稱的代號(hào)字母相同時(shí)，可在大寫字母后加小寫字母表示。同一名稱鑄鐵需要細(xì)分時(shí)，取其細(xì)分特點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母第一個(gè)大寫字母排在后面。

②在牌號(hào)中一般不標(biāo)注常規(guī)元素碳、硅、錳、硫和磷的符號(hào)，但當(dāng)它們有特殊作用時(shí)才標(biāo)注其元素符號(hào)和含量。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于1.0%時(shí)，用整數(shù)表示;小于1.0%時(shí)，一般不標(biāo)注。

③牌號(hào)中代號(hào)后面的一組數(shù)字表示其抗拉強(qiáng)度值(如灰鑄鐵HT100)，有兩組數(shù)字時(shí)，第一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度值，第二組數(shù)字表示伸長(zhǎng)率值(如球墨鑄鐵QT400―18)，兩組數(shù)字之間用“―”隔開(kāi)。

3)工程中常用鑄鐵的性能和特點(diǎn)。

①灰口鑄鐵。灰口鑄鐵的組織由石墨和基體兩部分組成。基體可以是鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體，相當(dāng)于鋼的組織。因此鑄鐵的組織可以看成是鋼基體上分布著石墨。

灰口鑄鐵包括普通灰口鑄鐵和孕育鑄鐵兩種。灰口鑄鐵價(jià)格便宜、應(yīng)用最廣泛，在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80.0%以上。影響灰口鑄鐵組織和性能的因素主要是化學(xué)成分和冷卻速度。

②球墨鑄鐵。其綜合機(jī)械性能接近于鋼，因鑄造性能很好、成本低廉、生產(chǎn)方便，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

球墨鑄鐵的成分要求比較嚴(yán)格，與灰口鑄鐵相比，它的含碳量較高，通常在4.5%～4.7%范圍內(nèi)變動(dòng)，以利于石墨球化。

球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰口鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。因此對(duì)于承受靜載的零件，使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料，而且重量更輕。不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大，球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)表明，球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過(guò)45號(hào)鋼。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或帶臺(tái)肩的，因此用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿和凸輪軸等。

③蠕墨鑄鐵。它的強(qiáng)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(shí)又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

④可鍛鑄鐵?？慑戣T鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。

⑤耐磨鑄鐵。

⑥耐熱鑄鐵。

⑦耐蝕鑄鐵。

2.有色金屬

鐵基合金以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，其種類繁多，性能多樣，與鋼鐵比較，其突出的優(yōu)良性能主要在物理性能和化學(xué)性能方面。

(1)有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法。

(2)工程中常用有色金屬的性能和特點(diǎn)。

1)鋁及其合金。

鋁及鋁合金在電氣工程、一般機(jī)械和輕工業(yè)中都有廣泛的用途。

純鋁材料按純度可分為三類，有高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁。工業(yè)純鋁純度為980%～99.0%，牌號(hào)有L1、L2、L3、L4、L5五種，編號(hào)越大，純度越低。工業(yè)純鋁可制作電線、電纜、器皿及配制合金。純鋁的強(qiáng)度很低，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。

鋁合金是在鋁中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。許多鋁合金不僅可通過(guò)冷變形提高強(qiáng)度，而且可用熱處理來(lái)大幅度地改善性能。因此鋁合金可用于制造承受較大荷載的機(jī)器零件和構(gòu)件。

按照制造工藝，鋁合金還可分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩類。

①變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。

a.防銹鋁合金(LF)。防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。

b.硬鋁合金(LY)。硬鋁合金為Al―Cu―Mg系合金。

c.超硬鋁合金(LC)。超硬鋁合金為Al―Mg―Zn―Cu系合金，是強(qiáng)度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快，多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。

d.鍛鋁合金(LD)。鍛鋁合金為Al―Mg―Si―Cu或Al―Cu―Mg―Ni―Fe系合金。

②鑄造鋁合金(ZL)。分為Al―Si鑄造鋁合金、Al―Cu鑄造鋁合金、Al―Mg鑄造鋁合金和Al―Zn鑄造鋁合金。

2)銅及其合金。純銅呈紫紅色，常稱紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅分為T1、T2、T3、T4四種。編號(hào)越大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。

在銅中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，同時(shí)保持純銅的某些優(yōu)良性能。一般銅合金分黃銅、青銅和白銅三大類。

①黃銅(H)以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。

②青銅(Q)青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習(xí)慣稱含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金為青銅，包括有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。

3)鎳及其合金。鎳及鎳合金是化學(xué)、石油、有色金屬冶煉、高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環(huán)境的比較理想的金屬材料。

由于鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位大于鐵，可獲得耐蝕性優(yōu)異的鎳基耐蝕合金。鎳力學(xué)性能良好，尤其塑、韌性優(yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境。

4)鈦及其合金。鈦有許多優(yōu)異的性能是其他材料所不及的，且資源豐富，儲(chǔ)量?jī)H次于鋁、鐵和鎂，成為四大元素之一。鈦合金不僅在飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天和艦船等方面廣泛應(yīng)用，而且也正向民用領(lǐng)域推廣。

鈦在高溫下化學(xué)活性極高，非常容易和氧、氮和碳等元素形成穩(wěn)定的化合物。工業(yè)純鈦中的雜質(zhì)主要是氧、氮、氫和碳。但由于鈦在高溫下極不穩(wěn)定，易氧化和氫化，所以在大氣中工作的鈦及其合金僅在540℃以下具有良好的耐熱性;鈦具有較好的低溫性能，可作為低溫材料，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。

5)鉛及其合金。

鉛在大氣、淡水、海水中很穩(wěn)定，鉛對(duì)硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等則有良好的耐蝕性。鉛與硫酸作用時(shí)，在其表面產(chǎn)生一層不溶解的硫酸鉛，它可保護(hù)內(nèi)部鉛不再被繼續(xù)腐蝕。鉛不耐硝酸的腐蝕，在鹽酸中也不穩(wěn)定。

6)鎂及其合金。主要特性是密度小、化學(xué)活性強(qiáng)、強(qiáng)度低。純鎂強(qiáng)度低，不能用于結(jié)構(gòu)材料，主要用鎂合金。

鎂合金的優(yōu)良性能是相對(duì)密度小，因而其強(qiáng)度雖然不高，但是它的比強(qiáng)度和比剛度卻可以與合金結(jié)構(gòu)鋼相媲美，故鎂合金是航空工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料，它能承受較大的沖擊、振動(dòng)荷載，并有良好的機(jī)械加工性能和拋光性能。其缺點(diǎn)是耐蝕性較差、缺口敏感性大及熔鑄工藝復(fù)雜。