題庫(kù)對(duì)答案 ※ 考后感言

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　　第一章 安裝工程材料

　　第一節(jié) 建設(shè)工程材料

　　工程材料種類繁多，應(yīng)用廣泛，有著多種不同的分類方法。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，如表1.1.1所示。

　　表1.1.1 常用的工程材料分類

　　一、金屬材料

　　金屬材料是最重要的工程材料，包括金屬和以金屬為基的合金。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。

　　鋼鐵材料是工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最多的金屬材料。含碳量小于2 %(重量)的鐵合金稱為鋼;而含碳量大于2%(重量)的鐵合金稱為生鐵。鋼和鑄鐵中除了含鐵、碳以外，還含有一些其它元素，其中一類是雜質(zhì)元素，如硫、磷、氧、氮等;另一類是根據(jù)使用性能和工藝性能的需要，在其生產(chǎn)過(guò)程中適量添加的合金元素，常見(jiàn)有鉻、鎳、錳和鈦等，鐵碳合金中加入這些合金元素就成為合金鋼或合金鑄鐵。

　　1. 鋼的分類和用途

　　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)鋼的性質(zhì)影響很大。鋼中碳的含量對(duì)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(guò)1.00%時(shí)，鋼材強(qiáng)度開(kāi)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(huì)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(zhǎng)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。

　　例題1：鋼的成分確定后，其力學(xué)性能主要取決于(　)。

　　A.鋼的沖擊韌性

　　B.碳的含量

　　C.有害元素含量

　　D.鋼的金相組織

　　答案：D

　　例題2：能夠使鋼材的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低的化學(xué)元素為( )。

　　A.碳 B.硅 C.磷 D.硫

　　答案：B

　　(1)鋼的分類。《鋼分類》(GB/T13304)按照化學(xué)成分將鋼材分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三類，其合金元素規(guī)定含量界限值如表1.1.2所示。

　　(2)鋼牌號(hào)的表示方法。

　　《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》(GB/T211-2008)中規(guī)定：

　　1)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。

　　碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)通常由四部分組成：

　　第一部分：前綴符號(hào)+強(qiáng)度值(以N/mm2 或MPa為單位)，其中通用結(jié)構(gòu)鋼前綴符號(hào)為代表屈服強(qiáng)度的拼音字母“Q”，專用結(jié)構(gòu)鋼的前綴符號(hào)見(jiàn)表1.1.3;

　　表1.1.3 專用結(jié)構(gòu)鋼的前綴符號(hào)

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

　　第三部分(必要時(shí))：脫氧方式表示符號(hào)，即沸騰鋼(F)、半鎮(zhèn)靜鋼(b)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)、特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)。鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼表示符號(hào)通?？梢允÷?

　　第四部分(必要時(shí))：產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號(hào)

　　例：Q235AF：表示最小屈服強(qiáng)度235N/mm2、質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的沸騰鋼;

　　Q345D：表示最小屈服強(qiáng)度345N/mm2、質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)的特殊鎮(zhèn)靜鋼;

　　HRB335：屈服強(qiáng)度特征值335N/mm2的熱軋帶肋鋼筋：

　　L415：最小規(guī)定總延伸強(qiáng)度415MPa的管線用鋼。

　　2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

　　優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)通常由五部分組成：

　　第一部分：以二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬(wàn)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(hào)Mn;

　　第三部分(必要時(shí))：鋼材冶金質(zhì)量，即高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別以A、E表示，優(yōu)質(zhì)鋼不用字母表示;

　　第四部分(必要時(shí))：脫氧方式表示符號(hào)，即沸騰鋼(F)、半鎮(zhèn)靜鋼(b)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)，但鎮(zhèn)靜鋼表示符號(hào)通?？梢允÷?

　　第五部分(必要時(shí))：產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號(hào)。

　　例：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：08F表示碳含量為0.085%~0.11%，錳含量為0.25%~0.50%的沸騰鋼;優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：50MnE 表示碳含量為0.48%~0.56%，錳含量為0.70%~1.00%的特級(jí)優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼。

　　3)合金結(jié)構(gòu)鋼。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)通常由四部分組成：

　　第一部分：以二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以萬(wàn)分之幾計(jì));

　　第二部分：合金元素含量，以化學(xué)元素符號(hào)及阿拉伯?dāng)?shù)字表示。具體表示方法為：平均含量小于1.50%時(shí)，牌號(hào)中僅標(biāo)明元素，一般不標(biāo)明含量;平均含量為1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……時(shí)，在合金元素后相應(yīng)寫(xiě)成2、3、4、5……;

　　第三部分：鋼材冶金質(zhì)量，即高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分別以A、E表示，優(yōu)質(zhì)鋼不用字母表示;

　　第四部分(必要時(shí))：產(chǎn)品用途、特性或工藝方法表示符號(hào)。

　　例：25Cr2MoVA：表示碳含量為0.22%~0.29%，鉻含量為1.50%~1.80%、鉬含量為0.25%~0.35%、釩含量為0.15%~0.30%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。

　　(3)工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)。

　　1)普通碳素結(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(jiǎn)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。如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(pán)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(hào);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、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。

　　2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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(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(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)普通低合金鋼。普通低合金鋼比碳素結(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。如Q295(09MnV、09MnNb)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(jié)構(gòu)、車(chē)輛用沖壓件和船體等;Q345(18Nb)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。另外，由于普通低合金鋼的生產(chǎn)工藝與碳素結(jié)構(gòu)鋼類似，故普通低合金鋼的價(jià)格與碳素結(jié)構(gòu)鋼相近。

　　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(jī)械零件和構(gòu)件。當(dāng)零件的形狀復(fù)雜，截面尺寸較大，要求韌性高時(shí)，采用優(yōu)質(zhì)低合金鋼可使復(fù)雜形狀零件的淬火變形和開(kāi)裂傾向降到最小。因此，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，如用15MnVg制造鍋爐和壓力容器、用70Mn制造起重機(jī)鋼軌、用20MnSiV制造承受較高荷載或高速?zèng)_擊的齒輪軸、齒圈、齒輪、主軸、蝸桿和離合器(機(jī)床用)等。

　　5)不銹耐酸鋼。

　?、勹F素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主加元素，通常含鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥13.00%。某些鋼種還添加有鋁和鈦等。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，故其在硝酸和氮肥工業(yè)中廣泛使用，另外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(duì)晶間腐蝕也較為敏感。

　　②馬氏體型不銹鋼。此鋼具有較高的強(qiáng)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。

　?、蹔W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(qiáng)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(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。

　?、荑F素體-奧氏體型不銹鋼。這類鋼其屈服強(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。

　?、莩恋碛不筒讳P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。

　　6)鑄鋼。

　　例題1：具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的承載性，又具有較好地塑性、韌性和可加工性，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號(hào)為，此種碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)為( )。

　　A.Q215

　　B.Q235

　　C.Q255

　　D.Q275

　　答案：B

　　解析：本題考點(diǎn)是工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)，具體考的是碳素結(jié)構(gòu)鋼。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(hào)。

　　例題2：與馬氏體型不銹鋼相比，奧氏體型不銹鋼的特點(diǎn)為( )。

　　A.具有較高的硬度和耐磨性

　　B.屈服強(qiáng)度較高

　　C.可采用熱處理方法提高強(qiáng)度

　　D.具有良好的焊接性能

　　答案：D

　　解析：

　　馬氏體型不銹鋼。此鋼具有較高的強(qiáng)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。

　　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(qiáng)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(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。

　　例題3：與奧氏體不銹鋼相比，鐵素體一奧氏體不銹鋼的主要性能為( )。

　　A.韌性較低

　　B.屈服強(qiáng)度較高

　　C.可焊性較差

　　D.應(yīng)力腐蝕較大

　　答案：B

　　解析：鐵素體-奧氏體型不銹鋼。這類鋼其屈服強(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。

　　小 結(jié)

　　1. 了解工程材料按化學(xué)成分的分類，各大類工程材料所包含的材料種類。

　　2. 掌握鋼的力學(xué)性能的決定因素。

　　3. 掌握鋼牌號(hào)的表示方法的原則，及幾種常用鋼的牌號(hào)表示方法。

　　4. 了解鋼的分類及工程中常用鋼的性能、用途。