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2020造价工程师考试《安装工程》复习考点:第一章第一节

来源:中华考试网  [2019年10月31日]  【

第一章 安装工程材料

第一节 建设工程材料

  一般将工程材料按化学成分划分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。

  一、金属材料

  工业上把金属及其合金分为黑色金属材料和有色金属材料两大部分。

  (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。

  钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料。

  钢中主要化学元素为铁,另外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等。根据使用性能和工艺性能的需要,在其生产过程中适量添加的合金元素,常见有铬、镍、锰和钛等。

  含碳量小于 2.11%(重量)的铁合金称为钢,大于 2.11%(重量)的称为生铁。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、脆性大且不易加工。

  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。

  钢材的力学性能(如抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧度和硬度等)取决于钢材的成分和金相组织。钢材的成分一定时,其金相组织主要取决于钢材的热处理,如退火、正火、淬火加回火等,其中淬火加回火的影响最大。

  【例题】钢中含有碳、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%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

  『正确答案』C

  『答案解析』本题考查的是黑色金属。选项 A 错误,含碳量高的钢材强度高(当含碳量超过 1%时,钢材强度下降),塑性小、硬度大且不易加工;选项 B 错误,硫、磷均为有害元素,含量较多就会严重影响钢材的塑性和韧性;选项 D 错误,锰为有益元素,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。参见教材 P2。

  1.钢的分类和用途

  (1)钢的分类:工程中,按化学成分分类,可分为碳素钢、低合金钢和合金钢。

  (2)钢牌号的表示方法

  1)碳素结构钢和低合金结构钢的牌号通常由四部分组成:

  第一部分:前缀符号+强度值(以 N/mm2或 MPa 为单位),通用结构钢为代表屈服强度的拼音字母“Q”。

  第二部分(必要时):钢的质量等级,英文字母 A、B、C、D、E、F……表示。

  第三部分(必要时):脱氧方式,沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)。

  第四部分(必要时):产品用途、特性和工艺方法表示符号。锅炉和压力容器用钢—R,锅炉用钢-G,桥梁用钢—Q。

  例:Q235AF:最小屈服强度 235MPa、质量等级为 A 级的沸腾钢;Q355ND:最小上屈服强度 355MPa、质量等级为 D 级、正火或正火轧制的低合金高强度结构钢。16Mn 钢,桥梁专用钢种为“16MnQ”,压力容器专用钢种为“16MnR”。

  补充内容:Q195,Q215,Q235,Q275;Q345,Q390,Q420,Q460,Q500,Q550,Q620,Q690。

  2)优质碳素结构钢牌号由五部分组成:

  第一部分:二位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计);

  第二部分(必要时):较高含锰量的优质碳素结构钢,加锰元素符号 Mn;

  第三部分(必要时):钢材冶金质量,高级优质钢 A、特级优质钢 E、优质钢不用表示;

  例:08F 表示碳含量为 0.085%~0.11%,锰含量为 0.25%~0.50%的沸腾钢;50MnE 表示碳含量为 0.48%~0.56%,锰含量为 0.70%~1.00%的特级优质镇静钢。中碳钢 40#,45#,50#。

  3)合金结构钢牌号通常由四部分组成:

  第一部分:二位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计);

  第二部分:合金元素含量,以化学元素符号及阿拉伯数字表示。平均含量小于 1.50%时,牌号中仅

  标明元素,一般不标明含量;平均含量为

  1.50%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%、4.50%~5.49%……时,在合金元素后相应写成2、3、4、5……

  第三部分:钢材冶金质量,优质钢不用字母表示;

  第四部分(必要时):产品用途、特性或工艺方法表示符号。

  (3)工程中常用钢及其合金的性能和特点。

  1)碳素结构钢

  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,某些性能如低温韧性和时效敏感性较差。

  普通碳素结构钢生产工艺简单,有良好工艺性能(如焊接性能、压力加工性能等)、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 钢强度不高,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等;

  Q215 钢主要用于制作管坯、螺栓等;

  Q235 钢强度适中,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。Q235 钢大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等;

  Q275 钢强度和硬度较高,耐磨性较好,但塑性、冲击韧性和可焊性差,主要用于制造轴类、耐磨零件和垫板等。

  ②优质碳素结构钢。含碳小于 0.8%的碳素钢,钢中所含硫、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,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。

  2)低合金结构钢:Q345,Q390,Q420,Q460,Q500,Q550,Q620,Q690 八个强度等级。

  ①普通低合金钢:比碳素结构钢具有较高韧性,同时有良好焊接性、冷热压力加工性能和耐蚀性,部分钢种具有较低脆性转变温度。用于制造各种容器、螺旋焊管、建筑结构等;

  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良好的特性,可用于建筑结构、化工容器和管道、起重机械和鼓风机等。

  ②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。形状复杂或截面尺寸较大或要求韧性高的淬火零件,一般为优质低合金钢。15MnVg,70Mn,20MnSiV。

  【例题】碳素结构钢中,强度适中,具有良好的承载性,又具有较好的塑性、韧性、可焊性和可加工性,大量用来制成钢筋、型钢和钢板,此种钢的牌号为( )。

  A.Q215

  B.Q235

  C.Q255

  D.Q275

  『正确答案』B

  『答案解析』本题考查的是黑色金属。Q235 钢强度适中,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,大量制作成钢筋、型钢和钢板,用于建造房屋和桥梁等。参见教材 P5。

  3)不锈耐酸钢

  按使用状态的金相组织,不锈耐酸钢可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。

  ①铁素体型不锈钢。铬是主加元素,通常含铬的质量分数≥13.00%。高铬钢(17.0%~30.0%Cr)有良好的抗高温氧化能力,在氧化性酸溶液,如硝酸溶液中,有良好的耐蚀性,在硝酸和氮肥工业中广泛使用,0Cr13 不锈钢在弱腐蚀介质中,如淡水中,也有良好的耐蚀性。高铬铁素体不锈钢的缺点是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也较为敏感。

  ②马氏体型不锈钢。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,如海水、淡水和水蒸气中;在温度≤580℃的环境中使用,通常作为受力较大的零件和工具的制作材料。焊接性能不好,一般不用作焊接件。

  ③奥氏体型不锈钢。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。这类钢的屈服强度低,不能采用热处理方法强化,只能进行冷变形强化。

  ④铁素体-奥氏体型不锈钢。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。

  ⑤沉淀硬化型不锈钢。突出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。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。

  【例题】与奥氏体不锈钢相比,马氏体型不锈钢的优点是( )。

  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

  『正确答案』A

  『答案解析』本题考查的是黑色金属。马氏体型不锈钢具有较高的强度、硬度和耐磨性。奥氏体型不锈钢,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。参见教材 P6。

  2.铸铁的分类和用途

  铸铁是含碳量大于 2.11%的铁碳含金,含有较多量的硅、锰、硫和磷等杂质元素,杂质在钢和铸铁中的作用完全不同,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。

  (1)铸铁的分类

  按碳存在的形式,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。

  白口铸铁中的碳完全以渗碳体的形式存在,很难切削加工,主要作炼钢原料使用。硬度和耐磨性高,可以铸成表面为白口组织的铸件,如轧辊、球磨机的磨球等。白口铸铁属于耐磨铸铁。

  (2)铸铁牌号的表示方法

  (3)工程中常用铸铁的性能和特点(共 7 种)

  2)球墨铸铁。抗拉强度远超灰铸铁,与钢相当。承受静载的零件,使用球墨铸铁比铸钢还节省材料,重量更轻,并具有较好的耐疲劳强度。实际工程中常用球墨铸铁代替钢制造某些重要零件,如曲轴、连杆和凸轮轴等,也可用于高层建筑室外进入室内给水的总管或室内总干管。

  3)蠕墨铸铁。强度接近于球墨铸铁,具有一定韧性和较高耐磨性;又有灰铸铁良好铸造性能和导热性。蠕墨铸铁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。

  4)可锻铸铁。具有较高的强度、塑性和冲击韧性,可以部分代替碳钢。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。与球墨铸铁相比,可锻铸铁具有成本低,质量稳定,处理工艺简单等优点。

  【例题】石墨对铸铁的性能影响很大,影响铸铁韧性和塑性的最大因素是( )。

  A.石墨的数量

  B.石墨的大小

  C.石墨的分布

  D.石墨的形状

  『正确答案』D

  『答案解析』本题考查的是铸铁的分类和用途。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。参见教材 P7。

  (二)有色金属材料

  有色金属是指黑色金属以外的所有金属及其合金。

  1.有色金属及其合金牌号表示方法

  2.工程中常用有色金属的性能和特点

  (1)铝及铝合金。

  (2)铜及铜合金。纯铜呈紫红色,常称紫铜,主要用于制作电导体及配制合金。

  (3)镍及镍合金。用于化学、石油、有色金属冶炼、高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料。

  由于镍的标准电势大于铁,可获得耐蚀性优异的镍基耐蚀合金。镍力学性能良好,尤其塑性、韧性优良,能适应多种腐蚀环境。广泛应用于化工、制碱、冶金、石油等行业中的压力容器、换热器、塔器、蒸发器、搅拌器、冷凝器、反应器和储运容器等。

  (4)钛及钛合金。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。

  (5)铅及铅合金。铅对硫酸、磷酸、亚硫酸、铬酸和氢氟酸等有良好的耐蚀性。铅不耐硝酸的腐蚀,在盐酸中也不稳定。

  (6)镁及镁合金。比强度和比刚度可以与合金结构钢相媲美,镁合金能承受较大的冲击、振动荷载,并有良好的机械加工性能和抛光性能。

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