技术与计量（安装）：常用工程材料（一）

　　二、常用工程材料
（一）金属材料
1．黑色金属
黑色金属一般是指钢铁材料，钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料，它们是以铁为基的合金。含碳量小于2.11%（重量）的合金称为钢；而含碳量大于2.11%（重量）的合金称为生铁。工程实际中用的钢和铸铁除含铁、碳以外，还含有其它元素，其中一类是杂质元素，如硫、磷、氢等，另一类是根据使用性能和工艺性能的需要，有意加入的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛等，铁碳合金中加入上述元素就成了合金钢或合金铸铁。
（1）钢及其合金的分类和牌号表示方法
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，这些少量元素对钢材性质影响很大。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响，含碳量低，钢的强度较低，但塑性大，延伸率和冲击韧性高，钢质较软，易于冷加工、切削和焊接；含碳量高，钢的强度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。硫、磷为钢中有害元素，含量稍多会严重影响钢的塑性和韧性，磷使钢显著产生冷脆性，硫则产生热脆性。硅、锰为有益元素，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）决定于钢的成分和金相组织。钢的成分一定时，其金相组织主要决定于钢的热处理，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：碳的含量对钢的性质有决定性的影响，当含碳量低时，其性能表现为（ ）。
A．强度高，塑性、韧性低 B．塑性小，性脆，硬度大
C．强度低，塑性、韧性高 D．强度高，塑性、韧性也较高
答案：C．强度高，塑性、韧性低
例题2：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．钢的金相组织
1） 钢的分类。我国钢的分类标准（GB/T13304—1991）是参照国际标准ISO4948/1和ISO4948/2钢分类而制订的。

　2）钢牌号的表示方法。
　按照国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221—2000）中规定，我国钢铁产品牌号采用汉语拼音字母、化学符号和阿拉伯数字相结合的表示方法，即：
① 牌号中化学元素采用国际化学元素表示。
② 产品名称、用途、特性和工艺方法等，通常采用代表该产品汉字的汉语拼音的缩写字母表示。
　③ 钢铁产品中的主要化学元素含量（％）采用阿拉伯数字表示。
碳素结构钢牌号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点等级、质量等级和脱氧程度等四部分按顺序组成。屈服点数值共分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275N/mm2五种；质量等级以硫、磷杂质含量多少，分别用A、B、C、D符号表示，脱氧程度如上所述，Z和TZ在表示钢的牌号时可以省略。如Q235—AF表示屈服点为235N/mm2、质量等级为A的沸腾钢。
优质碳素钢的牌号以两位数字表示，数字代表含碳量的百分之几（以0.01%为单位），如钢号为20，表示平均含碳量为0.20%的优质碳素钢；钢号为45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素钢。
低合金高强度结构钢原名为普通低合金钢。低合金高强度结构钢以屈服点等级为主，划分成五个牌号，其表示方法如下：屈服点等级加质量等级。屈服点等级：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。质量等级：E、D、C、B、A。由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢主要用于焊接结构，其制造工艺主要是冷、热压力加工和焊接。
合金结构钢的牌号按下列规则编制。数字表示含碳量的平均值，专门用途合金结构钢在牌号首部（或尾部）加注专门用途的符号。合金结构钢和弹簧钢用二位数字表示平均含碳量的万分之几，不锈耐酸钢和耐热钢含碳量用千分数表示。平均含碳量＜0.1%，用“0”表示；平均含碳量≤0.03%，用“00”表示。合金工具钢平均含碳量≥1.00%时，不标含碳量，否则用千分数表示。高速工具钢和滚珠轴承钢不标含碳量，滚珠轴承钢标注用途符号“G”。平均合金含量<1.5%者，在牌号中只标出元素符号，不注其含量。平均合金含量为1.5%~2.49%，2.50%~3.49%，…，22.50%~23.49%时，相应地注为2，3，…，23，铬轴承钢的铬含量用千分数表示。低铬合金工具钢的铬平均含量低于1.00%时，铬含量用千分数表示，但须在含量数字前加注“0”，如“Cr06”。现以45Si2MnV为例，“45”表示含碳量为0.45%，硅含量在1.5%~2.49%，锰、钒含量小于1.5%的低合金镇静钢。



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