第02講第一章第一節工程材料二

2021-03-04 09:36:40 字數 4929 閱讀 3356

c 奧氏體型不鏽鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳,其次是鈦、鈮、鉬、氮和錳等。此鋼具有奧氏體組織,這類鋼具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性和高溫強度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接效能。

但是這類鋼的屈服強度低,且不能採用熱處理方法強化,而只能進行冷變形強化。

d 鐵素體—奧氏體型不鏽鋼。這類鋼是在奧氏體不鏽鋼基礎上,新增更多的鉻、鉬和矽等有利於形成鐵素體的元素,或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強度約為奧氏體型不鏽鋼的兩倍,可焊性良好,韌性較高,應力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時的熱裂傾向均小於奧氏體型不鏽鋼。

e 沉澱硬化型不鏽鋼。這類鋼的突出優點是經沉澱硬化熱處理以後具有高的強度,耐蝕性優於鐵素體型不鏽鋼。它主要用於製造高強度和耐蝕的容器、結構和零件,也可用作高溫零件,如汽輪機零件。

⑥ 鑄鋼。鑄鋼具有較高的強度、塑性和韌性,可以鑄成各種形狀、尺寸和質量的鑄鋼件。某些冷、熱變形效能差或難切削加工的鋼,則能由鑄造成型。

a 碳素鋼鑄鋼。牌號有兩種表示方法,也即是以強度表示的鑄鋼牌號和以化學成分表示的鑄鋼牌號。以強度表示的是碳素鋼鑄鋼牌號,即在zg後面加兩組力學效能數字,第一組數字表示該鋼的屈服強度最低值(mpa),第二組數字表示該鋼的抗拉強度最低值(mpa),例如zg200-400。

以化學成分表示的是合金鋼鑄鋼牌號,即在zg後面依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量,例如zg15cr1mo1v。

b低合金鋼鑄鋼。根據jb/t6402—1992低合金鋼鑄鋼牌號表示方法,以化學成分表示低合金鋼鑄鋼牌號,即在zg後面依次加上表示鑄鋼的名義萬分含碳量及合金元素的名義百分含量,例如zg35crmnsi。

例題1:某鋼材不但具有較高的強度,且具有較好的塑性、韌性和可焊性,多用於焊接結構,其製造工藝主要是冷、熱壓力加工和焊接,此種鋼為( )。p5

a.碳素結構鋼

b.優質碳素結構鋼

c.低合金高強度結構鋼

d.合金結構鋼

答案:c

解析:這道題的考點是工程中常用鋼及其合金的效能和特點。低合金高強度結構鋼比碳素結構鋼具有較高的韌性,同時有良好的焊接效能、冷熱壓力加工效能和耐蝕性,部分鋼種還具有較低的脆性轉變溫度。

另外從名稱上就可以看出其具有較高的強度。

例題2:具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性及良好的加工和焊接效能,但其屈服強度低、不能採用熱處理方法進行強化的不鏽鋼為( )。

a.鐵素體型不鏽鋼

b.奧氏體型不鏽鋼

c.馬氏體型不鏽鋼

d.鐵素體—奧氏體型不鏽鋼

答案:b.奧氏體型不鏽鋼

例題3:與奧氏體不鏽鋼相比,鐵素體一奧氏體不鏽鋼的主要效能為( )。

a.韌性較低

b.屈服強度較高

c.可焊性較差

d.應力腐蝕較大

答案:b.屈服強度較高

例題4:與馬氏體型不鏽鋼相比,奧氏體型不鏽鋼的特點為( )。p6

a.具有較高的硬度和耐磨性

b.屈服強度較高

c.可採用熱處理方法提高強度

d.具有良好的焊接效能

答案:d

解析:這道題的考點是工程中常用鋼及其合金的效能和特點,具體考的是幾種常用的不鏽鋼的特性。

馬氏體型不鏽鋼特性為:鉻是鋼中的主要合金元素,鋼在淬火—回火狀態使用,有較高的強度、硬度和耐磨性。通常用在弱腐蝕性介質,如海水、淡水和水蒸氣等中,使用溫度小於或等於580℃、通常作為受力較大的零件和工具的製作材料,由於此鋼焊接效能不好,故一般不用作焊接件。

奧氏體型不鏽鋼特性為:鋼中主要合金元素為鉻和鎳,其次是鈦、鈮、鉬、氮和錳等。此鋼具有奧氏體組織,這類鋼具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性和高溫強度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接效能。

但是這類鋼的屈服強度低,且不能採用熱處理方法強化,而只能進行冷變形強化。

因此具有良好的焊接效能是奧氏體型不鏽鋼具有,而馬氏體型不鏽鋼不具有的特性。

(2)鑄鐵的分類和牌號表示方法

鑄鐵是碳含量大於2.11%的鐵碳含金,並且還含有較多量的矽、錳、硫和磷等元素。它具有生產裝置和工藝簡單、**便宜等優點。

某些承受衝擊不大的重要零件,如小型柴油機的曲軸,多用球墨鑄鐵製造。其原因是鑄鐵價廉,切削效能和鑄造效能優良,有利於節約材料,減少機械加工工時,且有必要的強度和某些優良效能,如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。

1)鑄鐵的分類。鑄鐵是鐵碳合金的一種,與鋼相比,其成分特點是碳、矽含量高,雜質含量也較高。但是,雜質在鋼和鑄鐵中的作用完全不同,如磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素,錳、矽都是鑄鐵中的重要元素,唯一有害的元素是硫,鑄鐵的組織特點是含有石墨,組織的其餘部分相當於碳的質量分數小於0.

80%鋼的組織。故稱鑄鐵的組織為石墨加鋼的基體。鑄鐵的韌性和塑性,主要決定於石墨的數量、形狀、大小和分布,其中石墨形狀的影響最大。

鑄鐵的其他效能也於石墨密切相關。基體組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。

按照石墨的形狀特徵,鑄鐵可分為灰口鑄鐵(石墨成片狀)、球墨鑄鐵(石墨成球狀)和可鍛鑄鐵(石墨成團絮狀)三大類。

2)鑄鐵牌號的表示方法

3)工程中常用鑄鐵的效能和特點

① 灰口鑄鐵。灰口鑄鐵的組織由石墨和基體兩部分組成。基體可以是鐵素體,珠光體或鐵素體加珠光體,相當於鋼的組織。因此鑄鐵的組織可以看成是鋼基體上分布著石墨。

② 球墨鑄鐵。球墨鑄鐵的抗拉強度遠遠超過灰口鑄鐵,而與鋼相當。因此對於承受靜載的零件,使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節省材料,而且重量更輕。

不同基體的球墨鑄鐵,效能差別很大,球墨鑄鐵具有較好的疲勞強度,實驗表明,球墨鑄鐵的扭轉疲勞強度甚至超過45#鋼。在實際應用中,大多數承受動載的零件是帶孔或帶臺肩的,因此用球墨鑄鐵來代替鋼製造某些重要零件,如曲軸、連桿和凸輪軸等。

③ 蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵是近十幾年來發展起來的一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近於球墨鑄鐵,並具有一定的韌性和較高的耐磨性;同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造效能和導熱性。

蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑經處理而煉成的。

④ 可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理得到的一種高強鑄鐵。它有較高的強度、塑性和衝擊韌性,可以部分代替碳鋼。

⑤ 耐磨鑄鐵。在鑄鐵中加入某些合金元素而得到。

⑥ 耐熱鑄鐵。耐熱鑄鐵是在高溫下工作的鑄件,如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內的運輸鏈條等。

⑦ 耐蝕鑄鐵。常用耐蝕鑄鐵有高矽、高矽鉬、高鋁和高鉻等耐蝕鑄鐵。

例題1:雜質在鑄鐵中的作用完全不同,能提高鑄鐵耐磨性的主要元素為( )。p7

a.硫b.磷c.鎳

d.鋁答案:b

解析:這道題的考點是鑄鐵的成分特點。鑄鐵是鐵碳合金的一種,與鋼相比,其成分特點是碳、矽含量高,雜質含量也較高。

但是,雜質在鋼和鑄鐵中的作用完全不同,如磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素,錳、矽都是鑄鐵中的重要元素,唯一有害的元素是硫。

2. 有色金屬

1)鋁及其合金。鋁及其合金在採用各種強化手段後,鋁合金可以達到與低合金高強鋼相近的強度,因此比強度要比一般高強鋼高得多。

純鋁材料按純度可分為三類。有高純鋁,工業高純鋁和工業純鋁。

按照製造工藝,鋁合金還可分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金包括防鏽鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。鑄造鋁合金(zl)分為al-si鑄造鋁合金、al-cu鑄造鋁合金、al-mg鑄造鋁合金和al-zn鑄造鋁合金。

2)銅及其合金。純銅呈紫紅色,常稱紫銅,主要用於製作電導體及配製合金。根據雜質含量的不同,工業純銅分為四種t1、t2、t3、t4。

編號越大,純度越低。純銅的強度低,不宜用作結構材料。

在銅中加入合金元素後,可獲得較高的強度,同時保持純銅的某些優良效能。一般銅合金分黃銅、青銅和白銅三大類。

3)鎳及其合金。鎳及鎳合金是化學、石油、有色金屬冶煉、高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環境的比較理想的金屬材料。鎳力學效能良好,尤其塑、韌性優良,能適應多種腐蝕環境。

4)鈦及其合金。鈦具有較好的低溫效能,可做低溫材料,常溫下鈦具有極好的抗蝕效能,在大氣、海水、硝酸和鹼溶液等介質中十分穩定。但在任何濃度的氫氟酸中均能迅速溶解。

5)鉛及其合金。硬鉛的密度比鉛高,可作為結構材料,在化工防腐蝕裝置中被廣泛應用,但硬鉛的耐腐蝕性比純鉛略有降低。鉛在大氣、淡水、海水中很穩定,鉛對硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等則有良好的耐蝕性。

6)鎂及其合金。鎂及其合金的主要特性是密度小、化學活性強、強度低。純鎂強度低,不能用於結構材料,主要用鎂合金。

鎂合金的比強度和比剛度可以與合金結構鋼相媲美,故鎂合金是航空工業的重要結構材料,它能承受較大的衝擊、振動荷載,並有良好的機械加工效能和拋光效能。其缺點是耐蝕性較差、缺口敏感性大及熔鑄工藝複雜。

例題在石油、化工、有色金屬冶煉工業中,常用於高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環境的比較理想的金屬材料為( )。

a.鋁及鋁合金

b.銅及銅合金

c.鎳及鎳合金

d.鎂及鎂合金

答案:c.鎳及鎳合金

(二)非金屬材料

非金屬材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。

1.耐火材料

(1)耐火材料的主要效能指標和分類:

1)耐火材料的主要效能指標。

① 耐火度。耐火度是耐火材料受熱後軟化到一定程度的溫度。

② 荷重軟化溫度。

③ 高溫化學穩定性。高溫化學穩定性是耐火材料抗爐氣和爐料腐蝕的能力;

④ 抵抗溫度變化的能力越好,則耐火材料在經受溫度急劇變化時越不易損壞;

⑤ 抗壓強度要好;

⑥ 密度和比熱容

⑦ 熱導率要小,隔熱性能要好,電絕緣效能要好。

2)耐火材料的分類

① 耐火砌體材料。按材質高低,分為普通耐火材料和特種耐火材料;按材料密度分為重質耐火材料和輕質耐火材料;按耐火材料的主要化學成分分為粘土磚、高鋁磚、矽磚、氧化鋁磚、石墨和碳製品以及碳化矽製品等。

② 耐火水泥及混凝土。低鈣鋁酸鹽耐火水泥是用優質鋁釩土和石灰石,按一定比例配合經燒結、磨細製成。

耐火混凝土具有施工簡便、價廉和爐襯整體密封性強等優點,但強度較低。按照膠結料的不同,耐火混凝土分為水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和氣硬性耐火混凝土;按照密度的高低,可分為重質耐火混凝土和輕質耐火混凝土兩類。

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