常用金属材料简介

常用金属材料简介作者：Shine常用的金属材料有哪些？金属材料黑色金属有色金属碳钢合金钢。。。铜合金铝、镁合金。。。铸铁碳钢碳钢指的是含碳量在2.11%以下的铁碳合金，根据含碳量的多少可分为低碳钢（0.1~0.25%）、中碳钢（0.25~0.6%）和高碳钢（0.6~1.7%）。几种常用碳钢的化学成分：牌号化学成分，%CSiMnCrNiCuSP不大于250.22~0.290.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035450.42~0.500.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035800.77~0.850.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035碳钢牌号力学性能硬度抗拉强度/Mpa屈服强度/Mpa伸长率/%断面收缩率/%25未热处理≤170HB≥450≥275≥23≥5545热轧钢≤229HB退火钢≤197HB调质硬度HRC22~34≥600≥355≥17≥4080未热处理≤285HB淬火硬度可≥62HRC≥1080≥930≥6≥30几种常用碳钢力学性能对比：随着含碳量的增加，碳钢的硬度和强度增加，塑韧性下降。材料的力学性能是由它的组织结构决定的，碳钢组织结构随化学成分和热处理制度的不同而不同。碳钢显微组织对比08钢×100倍退火组织45钢×400倍退火组织T8钢×1000倍退火组织T8钢×7000倍退火组织示意图组织硬度/HB塑性变形能力/%铁素体（F）60~8030~50渗碳体（Fe3C）700~800极小珠光体（P）160~5005~20需要说明的是珠光体的力学性能随热处理工艺的不同会有较大的差异。什么是铁素体、渗碳体和珠光体？为什么力学性能会有如此差异？α-Fe原子排列示意图铁素体就（F）是碳在α-Fe中的间隙固溶体Fe3C结构示意图Fe3C是一种金属化合物珠光体（P）实际就是铁素体（F）和渗碳体（Fe3Ｃ）的机械混合物。不同成分碳钢的应用领域低碳钢强度、硬度较低，但有着较好的塑、韧性，冷成形性良好，常用于钣金件。如：汽车车身、电脑主机箱、空调外壳、机械设备的外壳等。不同成分碳钢的应用领域中碳钢拥有较好的综合力学性能，在碳钢中应用范围最广，适合制造机械零部件和作为建筑材料使用。不同成分碳钢的应用领域高碳钢拥较高的强度和硬度，高的弹性极限和疲劳极限，但焊接性能和冷塑性变形能力差。常用于制造对硬度和耐磨性要求较高的锤、撬棍、销等，高碳钢还曾用于制造钻头、丝攻、铰刀等切削工具，但因切削效率不高，难以加工高硬度、高强度材料逐渐被其它材料取代。材料的强度、硬度和塑韧性对切削加工性能有着怎样的影响？•材料的硬度和强度越高，塑性越大，其切削温度越高，刀具越容易磨损，切削加工性越差。•低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，容易粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；•中碳钢性能适中，加工性良好；•高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用度低，加工性差。碳钢的切削加工性能合金钢在普通碳素钢基础上添加其它合金元素就构成了合金钢。根据添加合金元素的多少可以将合金钢分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）、中合金钢（5%~10%）和高合金钢（≥10%）。几种常用的低合金钢16Mn（现已归入Q345）广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。GB/T1591对Q345A的化学成分的要求如下：C≤0.20%，Mn≤1.70%，Si≤0.50%，P≤0.035%，S≤0.035%。在碳钢中加入Mn元素对材料力学性能的影响：可以大幅提高材料的强度、硬度和耐磨性，对材料的塑、韧性影响较小。但也会降低材料的焊接性和耐腐蚀性。含碳量相近的15号钢屈服强度仅略大于225Mpa，而加入Mn元素后材料的屈服强度超过了345Mpa。几种常用的低合金钢40Cr40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一，可用于制造汽车转向节、后半轴、齿轮、曲轴、连杆、机床蜗杆等。化学成分如下表（与40钢对比）：牌号化学成分/%CSiMnCrNiPSCu400.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2540Cr0.37~0.440.17~0.370.50~0.800.80~1.10≤0.030≤0.035≤0.035≤0.030碳钢中加入Cr元素对材料力学性能的影响：显著提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时降低塑性和韧性。通过加入Cr元素，屈服强度由40号钢的335Mpa提高到了785Mpa。几种常用的低合金钢35CrMo用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件等。化学成分如下表（与35钢对比）：牌号化学成分/%CSiMnCrMoNiPSCu350.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25-≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2535CrMo0.32~0.400.17~0.370.40~0.700.80~1.100.15~0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.30碳钢中加入Mo元素对材料力学性能的影响：可以是材料的晶粒细化，并提高热强性，进而提高材料的使用温度。35号钢屈服强度315Mpa，35CrMo的屈服强度为835Mpa。几种常用的低合金钢20CrMnTi多用于制造齿轮化学成分如下表（与20钢对比）：牌号化学成分/%CSiMnCrTiNiPSCu200.17~0.230.17~0.370.35~0.65≤0.25-≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2520CrMnTi0.17~0.230.17~0.370.80~1.101.00~1.300.04~0.10≤0.30≤0.035≤0.035≤0.30碳钢中加入Ti元素对材料力学性能的影响：可以细化晶粒，强化晶界，改善焊接性。20号钢硬度一般≤156HB，而20CrMnTi的硬度则略小于217HB；20号钢的屈服强度略大于245Mpa，而20CrMnTi的屈服强度则高达835MPa。与碳钢相比低合金钢的切削加工性能如何？与碳钢相比，低合金钢通过加入Cr、Mn、Mo、Ti、Ni、Nb、W、V等合金元素，大幅提高了材料的强度和硬度，而塑、韧性通常会略有下降。因此，切削加工性较碳钢要差些。不锈钢根据组织的状态不锈钢可以分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。几种常用的不锈钢304（0Cr18Ni9）【304L(00Cr19Ni10)】主要用于不锈钢餐具、浴室厨房用具以及某些对抗腐蚀性能要求较高的零件。主要力学性能见下表：抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%断面收缩率/%硬度/HB≥520≥205≥40≥60≤187从304不锈钢力学性能参数来看，强度和硬度都不算高，有很好的塑、韧性。屈服强度和硬度比20号钢还略低，抗拉强度也仅仅只是与45号钢相当。几种常用的不锈钢但304不锈钢有着很强的加工硬化倾向，这就意味着在进行切削加工时实际切削力要远大于抗拉强度相近的45号钢，并且这种加工硬化的特性还会加剧刀具后面的磨损。此外304含Ni量较高，这使得材料的热传导系数较低，因此该种不锈钢的导热能力较差，因此切削热无法迅速传导出去，致使刀尖温度过高，影响刀具寿命。并且304的塑、韧性较好，容易粘刀，不容易断屑，这些特性使得304成为一种很难加工的材料。所以为了改善304的切削加工性能，牌号为303的不锈钢应运而生。303在304的基础上加入了少量的S、P，显著的提升了304的切削加工性能。但降低了材料的抗拉强度和耐腐蚀性，并大幅降低材料的冲击韧性。几种常用的不锈钢316（0Cr18Ni12Mo2）【316L（00Cr17Ni14Mo2）】在304不锈钢的基础上提高了Ni含量，并加入了约2%的Mo，大幅提升了抗氯化物腐蚀的能力，主要用于食品工业和外科手术器材。410（1Cr13）制作抗弱腐蚀介质并承受载荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀、螺栓、螺母等。马氏体型不锈钢，淬、回火后抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥345MPa，低于300℃回火硬度可以达到338HBS。430（1Cr17）常用于热水罐、供热水系统、卫生器具、家庭用耐用器具、自行车飞轮等。铁素体型不锈钢，抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥205MPa，硬度一般≤183HB。不锈钢的切削加工性能不同的不锈钢的切削性能有很大的差异：•奥氏体不锈钢虽然强度和硬度不高，但加工硬化严重，导热系数低，塑、韧性好，不易断屑，切削性能较差。•马氏体型不锈钢一般在淬火、回火状态下使用，淬、回火后强度和硬度均较高，如果在该状态下进行切削加工则较为困难。但如果在退火状态下进行加工则切削加工性能和一般的碳钢相当。•铁素体型的切削加工性能均会随着含碳量的增加而变差，这点与碳钢很相似。总体而言铁素体不锈钢切削加工性能较好。铸铁铸铁是指含碳量大于2.0%的铁碳合金，工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。铸铁中还含有较多的硅（0.6%~3%）、锰、硫、磷等元素。铸铁按断口颜色可以分为灰口铸铁、白口铸铁。灰口铸铁经球化处理可获得球墨铸铁，蠕化处理可获得蠕墨铸铁，白口铸铁经退火处理可获得可锻铸铁。其中灰口铸铁和球墨铸铁使用最为广泛。灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别？灰口铸铁显微组织球墨铸铁显微组织在电子显微镜下灰口铸铁中石墨的形态在电子显微镜下球墨铸铁中石墨的形态灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别？石墨存在形式强度塑性韧性脆性消振性主要用途灰口铸铁片状低差差大好强度要求不高的零件，如各类箱体、底座等球墨铸铁球状较高较好良好较小略差强韧性要求高且形状复杂的零件，如曲轴、连杆等。材料特性需要说明的是使用铸铁制造的曲轴、连杆，力学性能要比使用锻钢锻造成型的曲轴要差的得多，仅用于少数抵挡、小排量的微车，如五菱N系列的微车，奇瑞QQ等。铸铁的强度和硬度大致处于什么范围呢？牌号力学性能硬度抗拉强度/MpaHT100≤170HBW（铸铁经高频淬火，表面硬度可以达到HRC50~60）≥100HT250HBW180~225≥250HT350HBW220~290≥350QT350≤160HBW≥350QT500HBW150~230≥500QT600HBW190~270≥600QT900HBW280~360≥90045调质硬度HRC20~30≥600铸铁的切削加工性能如何？铸铁中的石墨本身的强度和塑性几乎为零，石墨就像金属基体中的孔洞和裂缝，破坏了基体的连续性，这使得铸铁的强度和硬度都较低，因此切削力较小，且断屑容易。此外，由于石墨具有润滑作用，对刀具来说是一种”润滑剂“，可以减少刀具的磨损，进而提高刀具寿命。和碳钢一样，铸铁的切削加工性能会随着强度和硬度的提高而下降。如：HT350的切削加工性能是要比HT100差的。铝合金及其切削加工性能铝合金强度和硬度相对较低，导热性好，且铸造铝合金的塑性较低，因此铝合金对刀具磨损较小，刀刃处温度不高，切削加工性能较好，切削速度较高。但铝合金熔点较低，温度升高后塑性增大，容易粘刀，容易影响工件表面粗糙度。如何将不同材料的切削加工性能进行比较？以正火状态45号钢的T=60min时的切削速度为基准，写作（V60）j，然后把其他各种材料的T=60min时的切削速度同它相比，这个比值称为相对加工性，即：相对加工性Kr=V60/（V60）j如何将不同材料的切削加工性能进行比较？加工等级名称及种类相对加工性Kr典型材料1很容易切削材料一般有色金属＞3.00铜铅合金、铝铜合金、铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.50~3.00退火15Cr（370~441MPa）3较易切削钢1.60~2.50正火30钢（441~549MPa）4普通材料一般钢及铸铁1.00~1.6045钢、灰铸铁5稍难切削材料0.65~1.002Cr13调制（834MPa）、85钢（883MPa）6难切削材料较难切削材料0.50~0.6545Cr调制（1030MPa）、65Mn调制（932~981MPa）7难切削材料0.15