常用的金属材料钢与铁

一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。一般把含碳量小于2.06%的铁碳合金称为钢；大于2.06%的铁碳合金称为铸铁。1.钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤0.055%,P≤0.045%）优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%），高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。碳钢的性能主要决定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C0.6%）。所以低碳钢的强度、硬度低，塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。（a）碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。Q235钢的旧牌号称为A3钢，一般受力不大、不重要零件常用Q235钢制造，如一般的螺钉、螺母、冲压件、焊接件。桥梁建筑的结构件等。属于这类钢的还有Q195、Q215、Q255、Q275等。优质碳素结构钢优质碳素结构钢常经热处理后使用，其牌号的一般表示方法为两位数字，这两位数字表示该钢的含碳量的万分数。如45号钢，表示该钢的含碳量为0.45%左右。常用的优质碳素结构钢为20、45和65号钢。20号钢属低碳钢，45号钢属中碳钢，65号钢属高碳钢。（b）碳素工具钢该类钢主要用于制造各种工具、量具、模具及量具等。该钢的牌号表示方法是“T”后面加一位或两位数字组成。T为“碳”字汉语拼音字首，后面的数字表示该钢含碳量的千分数。如T8A钢，表示含碳量为0.8%的高级碳素工具钢；T12表示含碳量为1.2%的碳素工具钢。常用的碳素工具钢有：T7、T8、T10、T12等。该类钢的含碳量较多，强度、硬高度、耐磨性好，经热处理后使用。常用于高强度、高耐磨性的零件和工具等如锉刀、锯条、简单小型冲模等。（2）合金钢合金钢是在碳素钢的基础上再加入其它合金元素所形成的钢。合金元素的加入是为了改善与提高钢的力学性能和获得某些特殊性能（如耐蚀性）。常用的合金元素有Mn、Cr、Ni、Si、W、Mo、Ti等。按加入的合金元素含量多少可分为低合金钢（合金元素总含量5%）、中合金钢（合金元素总含量5～10%）和高合金钢（合金元素总含量10%）。工业上按合金钢的用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。（a）合金结构钢用来制造各种重要的机械零件，其编号为：数字+化学元素符号+数字，前面的为两位数字，表示钢的平均含碳量的万分之几，后面的数字表示含合金元素含量的百分比。如60Si2Mn,60表示含碳量0.6%；Si2表示含硅量为2%；含Mn为≤1.5%。这类钢中应用较多的是40Cr钢。（b）合金工具钢这类钢常用于制造各种刀具、模具和量具等。其牌号表示方法和合金结构钢类似，不同的是第一位数表示含碳量的千分之几，且大于1%时不标出。例如3Cr2W8V钢。高速钢是常用的合金工具钢，含碳量一般不标出，如W18Cr4V，其含碳量为0.7～0.8%。W18Cr4V常用于制造车刀、铣刀、刨刀和各种冲模。（c）特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的合金钢，不锈钢是其中一种，常用的牌号为1Cr18Ni9。2.铸铁常用铸铁的成分与钢不同，铸铁的含碳量大于2%（常用2.5～4%C），其杂质远大于钢。铸铁的组织中有石墨存在，石墨的强度近于零，因此石墨存在相当于钢的基体上存在裂缝或空洞，使铸铁的性能比钢低，特别是抗拉强度和塑性低，不能进行锻压加工，但其硬度和抗压强度较好，所以铸铁主要用于承受压力的零件。工业上根据石墨形状不同分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。（1）灰口铸铁石墨以片状形态存在的铸铁称为灰铸铁。由于片状石墨存在，其石墨尖端的应力集中现象，使灰铸铁的抗拉强度及塑性低。灰铸铁的牌号为HT后加三位数字。三位数字表示最低的抗拉强度（MPa）。例如HT200、HT250和HT300等共六种。（2）可锻铸铁石墨以团絮状的形态存在的铸铁称为可锻铸铁。由于团絮状石墨对应力集中影响较小，故可锻铸铁的力学性能较灰铸铁高。可锻铸铁的牌号为三个拼音字和二组数字：如KTH300-06、KTZ550-04。KT表示“可锻”，“H”和“Z”分别表示“黑”和“珠”的拼音字首；前一组三位数表示最低的抗拉强度（MPa）；后一组数字表示最低伸长率（%）。（3）球墨铸铁石墨以球状形态存在的铸铁称为球墨铸铁。由于球状石墨的应力集中影响更小，故球黑铸铁的性能最好。球墨铸铁的牌号表示和可锻铸铁类似，就是把拼音字母改为“QT”。如QT450-10、QT600-3等。