2015年造價(jià)工程師考試輔導(dǎo)：金屬材料

　　金屬材料

　　1.黑色金屬

　　黑色金屬一般是指鋼鐵材料，是以鐵為基的合金。

　　——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。工程實(shí)際中用的鋼和鑄鐵除含鐵、碳以外，還含有其它元素，

　　——一類是雜質(zhì)元素，如硫、磷、氫等；

　　——另一類是根據(jù)使用性能和工藝性能的需要，有意加入的合金元素，常見有鉻、鎳、錳和鈦等，鐵碳合金中加入上述元素就成了合金鋼或合金鑄鐵。

　?。?）鋼及其合金的分類和牌號表示方法

　　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。

　　——鋼中碳的含量對鋼的性質(zhì)有決定性影響；

　　含碳量低，鋼的強(qiáng)度較低，但塑性大，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；

　　——硫、磷為鋼中有害元素，含量稍多會嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性；

　　磷使鋼顯著產(chǎn)生冷脆性；

　　硫則產(chǎn)生熱脆性；

　　——硅、錳為有益元素，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）取決于鋼的化學(xué)成分和金相組織。

　　鋼的成分一定時，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。

　　1） 鋼的分類。

　　我國鋼的分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13304-1991）是參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4948/1和ISO4948/2鋼分類而制訂的。（圖1.1.1 鋼的分類圖）

　　2）鋼牌號的表示方法。

　　按照國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB/T221-2000）中規(guī)定，我國鋼鐵產(chǎn)品牌號采用漢語拼音字母、化學(xué)符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的表示方法，即：

　?、?牌號中化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素表示。

　?、?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)鋼牌號由代表屈服點(diǎn)的字母“Q”、屈服點(diǎn)等級、質(zhì)量等級和脫氧程度等四部分按順序組成。

　　——屈服點(diǎn)數(shù)值共分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/m㎡五種；

　　——質(zhì)量等級以硫、磷雜質(zhì)含量多少，分別用A．B．C．D符號表示；

　　——脫氧程度如上所述，Z和TZ在表示鋼的牌號時可以省略。如Q235-AF表示屈服點(diǎn)為235N/m㎡、質(zhì)量等級為A的沸騰鋼。

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

　　量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

　　低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼原名為普通低合金鋼。

　　——低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼以屈服點(diǎn)等級為主，劃分成五個牌號，其表示方法如下：

　　屈服點(diǎn)等級加質(zhì)量等級：

　　屈服點(diǎn)等級：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460；

　　質(zhì)量等級：E．D．C．B．A.

　　——由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要用于焊接結(jié)構(gòu)，其制造工藝主要是冷、熱壓力加工和焊接。

　　合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號按下列規(guī)則編制：

　　——用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)字表示平均含碳量（以萬分之幾計(jì)），放在牌號頭部。

　　合金元素含量為1.50%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%、4.50%~5.49%、…… 時，相應(yīng)地注為2、3、4、5……；

　　平均合金含量<1.5%者，在牌號中只標(biāo)出元素符號，不注其含量；

　　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。

　　高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼

　　——在牌號尾部加符號“A”表示，如“30CrMnSiA”；

　　——特級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，在牌號尾部加符號“E”表示，如“30CrMnSiE”

　　3）工程中常用鋼及其合金的性能和特點(diǎn)。

　?、?碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-1988）和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）。

　　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。

　　在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。

　?、?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。

　　根據(jù)含碳量的不同，優(yōu)質(zhì)碳素鋼分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。

　?、?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，同時有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性。

　　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。

　?、?不銹耐酸鋼。

　　不銹耐酸鋼簡稱不銹鋼。它是指在空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)中具有高穩(wěn)定性的鋼種。

　　——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。

　　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。

　　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。如0Crl3不銹鋼在弱腐蝕介質(zhì)中，如淡水中，有良好的耐蝕性。

　　——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，有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。通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。

　　——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，這類鋼具有高的韌性、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。

　　——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兩倍，可焊性良好，韌性較高，應(yīng)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。

　?、?鑄鋼。

　　鑄鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質(zhì)量的鑄鋼件。

　　——碳素鋼鑄鋼。

　　牌號有兩種表示方法，也即是以強(qiáng)度表示的鑄鋼牌號和以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號。

　　例如：

　　ZG200-400：是以強(qiáng)度表示的碳素鋼鑄鋼牌號，即在ZG后面加兩組力學(xué)性能數(shù)字，第一組數(shù)字表示該鋼的屈服強(qiáng)度最低值（MPa），第二組數(shù)字表示該鋼的抗拉強(qiáng)度最低值（MPa）。

　　例如：以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號

　　ZG15Cr1Mo1V：是以化學(xué)成分表示的合金鋼鑄鋼牌號，即在ZG后面依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量，

　　——低合金鋼鑄鋼。根據(jù)JB/T6402-1992低合金鋼鑄鋼牌號表示方法，以化學(xué)成分表示低合金鋼鑄鋼牌號。

　　例如：

　　ZG35CrMnSi：即在ZG后面依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量。

　?。?）鑄鐵的分類和牌號表示方法

　　鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳含金，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)備和工藝簡單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。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，且有必要的強(qiáng)度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸震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。

　　鑄鐵的韌性和塑性，主要取決于石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布，其中石墨形狀的影響最大。

　　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，鑄鐵可分為三大類：

　　——灰口鑄鐵（石墨成片狀）；

　　——球墨鑄鐵（石墨成球狀）；

　　——可鍛鑄鐵（石墨成團(tuán)絮狀）。

　　2）鑄鐵牌號的表示方法

　　3）工程中常用鑄鐵的性能和特點(diǎn)

　?、?灰口鑄鐵?；铱阼T鐵的組織由石墨和基體兩部分組成。

　?、?球墨鑄鐵。

　　對于承受靜載的零件，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45#鋼。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)承受動載的零件是帶孔或帶臺肩的，因此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。是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料。

　　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；同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。

　?、?可鍛鑄鐵。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。

　?、?耐磨鑄鐵。

　?、?耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵是在高溫下工作的鑄件，如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸鏈條等。

　?、?耐蝕鑄鐵。常用耐蝕鑄鐵有高硅、高硅鉬、高鋁和高鉻等耐蝕鑄鐵。

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