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　　建设工程材料

　　考情分析：近年单选3～5.多选1～2题。

　　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。

　　表1.1.1　常用的工程材料分类

　　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%铁合金称为钢，大于2.11%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。

　　总结：C含量↑→强度↑→塑性与韧性↓(脆性↑)→硬度↑耐磨性↑→加工性能与焊接性能↓

　　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。

　　1.钢的分类和用途

　　(1)钢的分类：工程中常按化学成分分为碳素钢、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)，通用结构钢前缀符号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……;

　　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)。

　　例：

　　Q235AF：最小屈服强度235N/mm2、质量等级为A级的沸腾碳素钢;

　　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。

　　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)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。

　　总结：Q195→Q215→Q235→Q275：强度↑→C含量↑→(塑性与韧性↓、硬度↑耐磨性↑)、加工性能与焊接性能↓

　　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，并可通过热处理强化，多用于较重要的零件，是广泛应用的机械制造用钢。

　　总结：普通碳素结构钢与优质碳素结构钢性能区别的根本原因是碳和杂质元素含量。

　　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、车辆用冲压件和船体等;

　　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。

　　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，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。

　　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。

　　具有较高的强度、硬度和耐磨性。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。