2021造價(jià)工程師考試《安裝工程》考點(diǎn)：金屬材料

　　考點(diǎn)一:金屬材料

　　(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2.11%(重量)的鐵合金稱為鋼;而含碳量大于2.11%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)鋼材性質(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，鋼的強(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，鋼的強(qiáng)度高(當(dāng)含碳量超過(guò)1.00%時(shí)，鋼材強(qiáng)度開始下降)、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。 硫、磷為鋼材中的有害元素，含量較多就會(huì)嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性，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、回火等，其中淬火加回火的影響最大。

　　(1)鋼的分類。

　　《鋼分類》GB/T13304.1-2008 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。

　　在工程中常用的分類還有：

　　1)按化學(xué)成分分類�？煞譃椋�

　　碳素鋼、低合金鋼和合金鋼。

　　2)按主要質(zhì)量等級(jí)分類，分為(各3種)：

　�、倨胀ㄌ妓劁�、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊質(zhì)量碳素鋼;

　　②普通低合金鋼、優(yōu)質(zhì)低合金鋼和特殊質(zhì)量低合金鋼;

　�、燮胀ê辖痄�、優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊質(zhì)量合金鋼。

　　(2)鋼牌號(hào)的表示方法 (可略)

　　《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》(GB/T 211-2008)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;

　　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;質(zhì)量等級(jí)英文字母由前往后，表示質(zhì)量由低到高。

　　第三部分(必要時(shí))：脫氧方式表示符號(hào)，即沸騰鋼(F)、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)，見(jiàn)表1.1.4 。(略)

　　2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(可略)

　　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)，見(jiàn)表1.1.4 。

　　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0.70%~1.00%的特級(jí)優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼。

　　3)合金結(jié)構(gòu)鋼(可略)

　　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%、……時(shí)，在合金元素后相應(yīng)寫成2、3、4、……;

　　第三部分：鋼材冶金質(zhì)量，鋼材的冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。優(yōu)質(zhì)鋼不另加表示符號(hào);高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼分為A、B、C、D四個(gè)質(zhì)量等級(jí);“E” 表示特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼;;

　　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)，見(jiàn)表1.1.4 。

　　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)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

　�、倨胀ㄌ妓亟Y(jié)構(gòu)鋼。以碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度下限分為四個(gè)級(jí)別：Q195、Q215、Q235和Q275。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、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);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。

　�、趦�(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

　　優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是含碳量小于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。

　　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。低碳鋼強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性高，加工性和焊接性能優(yōu)良，用于制造承載較小和要求韌性高的零件以及小型滲碳零件;中碳鋼強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低，切削性能良好，但焊接性能較差，冷熱變形能力良好，主要用于制造荷載較大的機(jī)械零件。常用的中碳鋼為40、45和50鋼，但由于碳素鋼的淬透性不高，零件的尺寸越大，調(diào)質(zhì)處理的強(qiáng)化效果越差，因此只有中、小型零件采用調(diào)質(zhì)處理才能獲得較好的強(qiáng)化效果。

　　2)低合金結(jié)構(gòu)鋼。

　　按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591-2018)，共有 Q345，Q390，Q420，Q460，Q500，Q550，Q620，Q690 八個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

　�、倨胀ǖ秃辖痄�。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。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(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。

　�、趦�(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。

　　3)不銹耐酸鋼。

　　不銹鋼按使用狀態(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。

　�、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%。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0Crl3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。

　�、隈R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。

　　③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。

　�、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。

　　⑤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。它主要用于制造要求高強(qiáng)度和耐蝕的容器、結(jié)構(gòu)件零件，也可用作高溫零件。

　　4)鑄鋼(可略)

　　鑄鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。某些冷、熱變形性能差或難切削加工的鋼，可由鑄鋼成型。用于軋材和鍛件的鋼號(hào)原則上都可用于鑄鋼件。少數(shù)鋼號(hào)為滿足鑄造工藝要求，在成分上應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。鑄鋼件的物理和化學(xué)性能和焊接性能與鍛件相近，這主要決定于鋼的成分，如鑄件的碳含量和合金元素含量增加，鑄件的焊接性能變差。

　　2、鑄鐵的分類和用途

　　鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金，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)。

　　鑄鐵與鋼相比，其成分特點(diǎn)是碳、硅含量高，雜質(zhì)含量也較高。但雜質(zhì)在鋼和鑄鐵中的作用完全不同，如磷在耐磨鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，錳和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，組織的其余部分相當(dāng)于碳含量<0.80%鋼的組織。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)�；�體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性的主要因素。

　　(1)鑄鐵的分類。按碳存在的形式分類，鑄鐵可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵三大類。

　　1)灰口鑄鐵中的碳除微量溶入鐵素體外，全部或大部以石墨形式存在，因斷口呈灰色，故名灰口鑄鐵。按照石墨的形狀特征，灰口鑄鐵可分為普通灰鑄鐵(石墨呈片狀)、蠕墨鑄鐵(石墨呈蠕蟲狀)、可鍛鑄鐵(石墨呈團(tuán)絮狀)和球墨鑄鐵(石墨呈球狀)四大類。

　　2)白口鑄鐵中的碳完全以滲碳體的形式存在，斷口呈亮白色。白口鑄鐵很難切削加工，主要作煉鋼原料使用。但由于它的硬度和耐磨性高，也可以鑄成表面為白口組織的鑄件，如軋輥、球磨機(jī)的磨球等。

　　3)麻口鑄鐵中的碳以石墨和滲碳體的混合形式存在，斷口呈灰白色。這種鑄鐵有較大的脆性，工業(yè)上很少使用。

　　(2)鑄鐵牌號(hào)的表示方法。(可略)

　　1)《鑄鐵牌號(hào)表示方法》(GB/T5612-2008)中規(guī)定，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。合金元素的名義含量≥1.0%時(shí)，用整數(shù)表示;<1.0%時(shí)一般不標(biāo)注。只有當(dāng)該合金元素有較大影響，才予以標(biāo)注。合金元素按其含量遞減次序排列，含量相同者，按元素符號(hào)字母的順序排列。

　　3)牌號(hào)中代號(hào)后面的一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度值MPa(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。當(dāng)牌號(hào)中標(biāo)注了元素符號(hào)及含量還需標(biāo)注抗拉強(qiáng)度時(shí)，抗拉強(qiáng)度值置于元素符號(hào)及其含量之后，其間用“-”隔開。

　　3)工程中常用鑄鐵的性能和特點(diǎn)。

　�、倩诣T鐵�；诣T鐵的組織由石墨和基體兩部分組成�；�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。

　�、谇蚰�鑄鐵。球墨鑄鐵其綜合力學(xué)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。 球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰鑄鐵，而與鋼相當(dāng)。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鋼。在實(shí)際工程中常用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件，如曲軸、連桿和凸輪軸等,也可用于高層建筑室外進(jìn)入室內(nèi)給水的總管或室內(nèi)總干管。

　�、� 蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵的強(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)又有灰鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑經(jīng)處理而煉成的，其方法和程序與球墨鑄鐵基本相同。蠕墨鑄鐵在生產(chǎn)中主要用于生產(chǎn)汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模和液壓閥等鑄件。

　　④ 可鍛鑄鐵�？慑戣T鐵具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼。這種鑄鐵有黑心可鍛鑄鐵、白心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵三種類型�？捎砂卓阼T鐵通過(guò)退火處理得到。它有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可以性能部分代替碳鋼�？慑戣T鐵常用來(lái)制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)荷載的零件，如管接頭和低壓閥門等。

　　例題

　　1.1鋼中含碳量較低時(shí)，對(duì)鋼材性能影響為( )。

　　A.塑性小，質(zhì)地較軟 B.延伸性好，沖擊韌性高

　　C.不易冷加工，切削與焊接 D.超過(guò)1%時(shí)，強(qiáng)度開始上升

　　解題要點(diǎn)：

　　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)度開始下降)、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。

　　所以正確答案為：B。

　　1.2鋼中主要化學(xué)元素為鐵，另外還含有少量其它元素，這些少量元素對(duì)鋼的性質(zhì)影響很大，含量較多時(shí)使鋼材顯著產(chǎn)生冷脆性的元素是( )。

　　A.硫 B.磷

　　C.硅 D.錳

　　解題要點(diǎn)：

　　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。

　　所以答案為：B。

　　1.3 當(dāng)制造形狀復(fù)雜或截面尺寸較大，或要求韌性高的淬火零件，一般選用的鋼材是( )。

　　A.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 B.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

　　C.優(yōu)質(zhì)低合金鋼 D.奧氏體不銹鋼

　　解題要點(diǎn)：

　　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。

　　所以答案為：C。