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金属材料是最重要的工程材料,包括金属和以金属为基的合金。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。含碳量小于2.11%(重量)的铁合金称为钢;而含碳量大于2.11%(重量)的铁合金称为生铁。钢和铸铁中除了含铁、碳以外,还含有一些其他元素,其中一类是杂质元素,如硫、磷、氧、氮等;另一类是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,铁碳合金中加入这些合金元素就成为合金钢或合金铸铁。
1.钢的分类和用途
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,这些少量元素对钢的性质影响很大。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、脆性大和不易加工。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1·单选】钢中含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等元素,其中对钢的强度、硬度等性质起决定性影响的是( )。
A.硫
B.磷
C.碳
D.氧
【答案】C
【例题2·单选】钢中含有的碳、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1.00%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
【答案】C
【例题3·单选】钢中碳的含量超过1.00%时,钢材的性能表现为( )。
A.塑性大
B.强度下降
C.硬度大
D.易于加工
【答案】B
【例题4·单选】钢的成分确定后,其力学性能主要取决于( )。
A.钢的冲击韧性
B.碳的含量
C.有害元素含量
D.钢的金相组织
【答案】D
【例题5·单选】能够使钢材的强度、硬度提高,而塑性、韧性不显著降低的化学元素为( )。
A.碳
B.硅
C.磷
D.硫
【答案】B