常用的金属材料

第一章机械工程材料§1—2常用金属材料金属材料主要包括三大类：工业用钢铸铁有色金属第一章机械工程材料一、钢（含碳量小于2.11%的铁碳合金）钢的分类：1）以含碳量分（按碳的质量分数ωC%）低碳钢(ωc≤0.25%)中碳钢(0.25%≤ωc≤0.6%)高碳钢(0.6%ωc≤2.11%)2）以化学成份分（按合金成份）碳素钢（以Fe、C成份为主）合金钢（除Fe、C外，还有其它合金元素）第一章机械工程材料3）以钢的品质分（按有害杂质S、P含量）普通钢（ωs≤0.05%;ωp≤0.045%）优质钢（ωs≤0.04%;ωp≤0.04%）高级优质钢（ωs≤0.03%；ωp≤0.035%）4）以钢的用途分（按行业使用）结构钢（建筑、机械制造用）工具钢（工具、刀具、模具等用）特殊性能钢（防腐蚀、高温、导磁等场合用）5）按冶炼时脱氧程度分沸腾钢（不脱氧F）镇静钢（脱氧完全Z）半镇静钢（脱氧不完全b）第一章机械工程材料介绍钢的成份、使用特点及应用、牌号：（一）结构钢牌号：1、普通碳素结构钢字母Q+屈服点数值(Mpa)+质量等级。表示普碳结构钢共分195、215、235、255、275五种。共有A,B,C,D四个级别，A级最差。如：Q235A；Q215B；第一章机械工程材料成份：ωC=0.06∼0.38%,S、P含量较高，不需热处理。特点与应用：Q195、Q215钢：塑性和韧度好，制造薄板、冲压件和焊接件；Q235钢：强度较高，制造钢板、钢筋、农业机械用钢和不重要的机械零件，拉杆、连杆和转轴。Q255、Q275钢：强度高，质量好制作建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接件。第一章机械工程材料2、优质碳素结构钢牌号：由两位数字组成表示碳的平均万分含量（常用：08∼85）如45（表示ωC≤0.45%的优质碳素结构钢）当ωMn=0.7∼1.2%时，在数字后加Mn如65Mn（表示ωc=0.65%,ωMn=0.7∼1.2%的优质碳钢）。第一章机械工程材料成份：ωC=0.08∼0.85%,S、P含量较低，通常经热处理后使用，以发挥其性能潜力。特点与应用：10—25钢：有较好的塑性、韧度、焊接性和冷成型性，主要用于各种冲压件和焊接件。30—55钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。65—85钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和韧性较低，常用于弹簧和耐磨零件。第一章机械工程材料2、合金结构钢牌号：数字+元素符号+数字表示碳的平均万分含量元素平均百分含量：1.5%不标记，表示所含合金元素的名称如：20Cr（表示ωc=0.2%,ωCr1.5%的合金结构钢)如：38CrMnAl（表示ωc=0.38%,ωCr、ωMnωAl的含量均1.5%的合金结构钢)如：60Si2Mn（表示ωc=0.6%,ωSi=1.5∼2.49%，的ωMn1.5%的合金结构钢)第一章机械工程材料成份：ωC=0.1∼0.7%,加入了Cr、Mn、Si、Ni、Ti、V等合金元素，热处理后使用。特点与应用：20Cr、20MnTi、20Cr2Ni4：有较高的韧度，经热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷的重要零件。40Cr、40CrMn、38CrMnAl：有较高的综合力学性能，用于受力复杂的重要零件。55Si2Mn、60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。第一章机械工程材料*滚动轴承钢是合金结构钢中的一类专门用钢。牌号：字母G+合金元素+数字表示滚动轴承用钢表示所含主要合金元素的名称如：GCr9（表示ωCr=0.9%的滚动轴承钢)只标出铬元素平均千分含量，其它不标记，如：GCr15SiMn（表示ωCr=1.5%的滚动轴承钢)成份：ωC=1∼1.15%,加入了Mn、Si等合金元素，热处理后使用。第一章机械工程材料（二）工具钢1、碳素工具钢牌号：字母T+数字+质量级别表示工具钢表示碳的平均千分含量（7∼13）末尾标，表示是高级优质如T7（表示含碳量为ωC≈0.7%的碳素工具钢）；如T10（表示含碳量为ωC≈1.0%的碳素工具钢）；第一章机械工程材料成份：ωC=0.65∼1.35%,有少量的Si和Mn，热处理后使用。特点与应用：T7——T13:有一定的硬度和耐磨性，但热硬性和韧度较差，用于低速工具（如凿子、木工具、剪刀、冲头、丝锥、锉刀、刮刀、冷冲模具等）。2、合金工具钢牌号：数字+元素符号+数字表示碳的平均千分含量,1%不标记表示所含合金的名称元素平均百分含量：1.5%不标记，第一章机械工程材料成份：ωC=0.3∼1.7%,加入了Cr、Mn、Si、Mn、W、V等合金元素，热处理后使用。如：9CrSi（表示含碳量为ωC≈0.9%，ωCr1.5%的ωSi1.5%合金工具钢）；如：CrWMn（表示含碳量为ωC1%，ωW1.5%的ωMn1.5%合金工具钢）；如：3Cr2W8V（表示含碳量为ωC≈0.3%，ωCr≈2%的ωW≈8%，ωV1.5%合金工具钢）；第一章机械工程材料特点与应用：9CrSi、9Cr2：量具刃具钢（丝锥、钻头、铣刀、手术刀、量规、冷冲模等）；Cr12MoV、CrWMn：冷模具钢；5CrNiMo、4Cr5W2VSi：热模具钢;W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：高热硬性，用于刀具等。*高速工具钢（锋钢）是合金工具钢中的一类专门用钢。（表达特殊）ωC1.0%ωw=18%ωCr=4%ωV1.5%第一章机械工程材料（三）特殊性能钢1、不锈钢（主要合金元素为Cr和Ni）牌号：数字+元素符号+数字表示碳的平均千分含量，0.08%时用0表示表示所含合金的名称元素平均百分含量如：1Cr13（表示ωc≈0.1%,ωCr≈13%的不锈钢)；如：1Cr18Ni9（表示ωc≈0.1%,ωCr≈18%，ωNi≈9%的不锈钢)；如：2Cr13（表示ωc≈0.2%,ωCr≈13%的不锈钢)；第一章机械工程材料成份：ωC0.45%,有较高含量的Cr和Ni。特点与应用：铬不锈钢（如1Cr13、3Cr13）：随含碳量增加，强度、硬度上升，韧度、耐腐蚀性下降。用于水、蒸汽、硝酸等弱腐蚀性场合，如汽轮机、水压机的零件，医疗器械，食品设备。铬镍不锈钢（如1Cr18Ni9）：耐腐蚀性、塑性、韧性、焊接性优良。用于腐蚀性较大的酸碱、有机酸等化工设备、管道以及医疗器械。第一章机械工程材料2、耐热钢牌号：数字+元素符号+数字表示碳的平均千分含量，0.08%时用0表示表示所含合金的名称元素平均百分含量1.5%不标记，如：4Cr10Si2Mo（表示ωc≈0.4%,ωCr≈10%，ωSi≈2%，ωMo1.5%的耐热钢)；如：5Cr2Mn9Ni4N（表示ωc≈0.5%,ωCr≈2%，ωMn≈9%，ωNi≈4,ωN1.5%的耐热钢)；如：0Cr13Al（表示ωc0.08%,ωCr≈13%，ωAl1.5%的耐热钢)；第一章机械工程材料特点与应用：抗氧化钢（如3Cr18Mn12Si2N）：Cr、Si、Al等合金元素，容易在钢表面形成稳定的氧化物保护膜。主要用于800∼1000℃的锅炉加热、内燃机等设备零件。热强钢（如4Cr10Si2Mo）：Ti、Nb、V、W、Mo、Ni等合金元素，可提高钢的高温强度。主要用于高温高载荷的汽车发动机、气轮机等机器中的零件。ωC0.45%,加入Cr、Si、Al或Ti、Nb、V、W、Mo、Ni等合金元素。成份：第一章机械工程材料牌号：字母+数字—数字表示钢片的轧制方法表示钢片“铁热损值”×10后的值表示钢片的磁化频率比如：JDR540—5050Hz的磁化频率铁损值为5.4热轧DQ133—30冷轧有取向DW133—30冷轧无取向3、软磁钢（硅钢片）第一章机械工程材料成份：钢中ωSi=1∼4.5%,含杂质较少。特点与应用：有较高的磁通性能，主要用于变压器中的硅钢片。（四）铸钢牌号：字母ZG+数字—数字表示铸钢表示抗拉强度σb（Mpa）表示屈服点σs（Mpa）第一章机械工程材料成份：可分为铸造碳钢、铸造低合金钢、铸造高合金钢。一般ωC=0.2∼0.6%,铸造合金钢中加入了Cr、Mo、Si、V等合金元素.如ZG230—450（表示含碳量屈服点为σs=230MPa,抗拉强度为的σb=450Mpa的碳素铸钢）；特点与应用：由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件，如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。第一章机械工程材料二、铸铁（含碳量大于2.11%的铁碳合金）1、白口铸铁牌号：无牌号标记成份：ωC=2.11∼6.69%,碳以Fe3C（化合物）的形式存在，并含有Si、Mn、P、S等杂质特点与应用：断面呈白色，性能硬而脆，不能切削加工，一般不用来制造机械零件，主要用作炼钢的原料。第一章机械工程材料2、灰口铸铁牌号：字母HT+数字表示灰口铸铁表示最低抗拉强度σb（Mpa）如：HT150(表示最低抗拉强度为σb=150MPa的灰口铸铁）；成份：ωC=2.8∼4.0%,有一定含量的Si、Mn及杂质。在钢的基体上分布着片层状石墨（碳）组织，断面呈灰色。第一章机械工程材料特点与应用：强度、塑性、韧性不如钢，软而脆；片层状石墨上的微裂纹尖端会产生应力集中，故抗压强度高，抗拉强度低。有良好的耐磨性、减震性和切削性；石墨有自润滑作用。常用于床身、机架、底座、箱体、壳体、导轨、缸体、活塞环、带轮等零件。3、可锻铸铁牌号：字母KTH(KTZ)+数字—数字KTH表示“黑心”可锻铸铁KTZ表示“珠光体”可锻铸铁表示最低抗拉强度σb（Mpa）表示最低伸长率δ（%）第一章机械工程材料如：KTH300—06(表示最低抗拉强度为σb=300MPa，δ=6%的黑心可锻铸铁）；如：KTZ450—04(表示最低抗拉强度为σb=450MPa，δ=4%的珠光体可锻铸铁）；成分：ωC=3.8∼4.0%,有一定含量的Si、Mn及杂质。在白口铸铁基础上经“可锻化处理”（长时高温退火），在钢的基体上分布着团絮状石墨（碳）组织。第一章机械工程材料特点与应用：黑心可铁：塑性、韧性高、强度低。珠光体可铁：强度、硬度和耐磨性较高；团絮状石墨对基体割裂作用小，宜制造形状复杂，要求一定塑性、韧性，承受冲击和震动的薄壁铸件。如汽车、拖拉机零件、管道、阀门等。4、球墨铸铁牌号：字母QT+数字—数字表示球墨铸铁表示最低抗拉强度σb（Mpa）表示最低伸长率δ（%）第一章机械工程材料如：QT400—18(表示最低抗拉强度为σb=400MPa，δ=18%的球墨铸铁）；成分：ωC=3.8∼4.0%,有一定含量的Si、Mn、Mg及杂质。在浇注前加入球化剂，在钢的基体上产生球状石墨（碳）组织。特点与应用：球状石墨对基体的割裂作用小，综合力学性能较高，并具有良好的减震性和耐磨性，有些性能指标接近.第一章机械工程材料于钢。可代替部分钢和合金钢制造一些受力复杂、强度韧性和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗杆、伐门、机座、汽车后桥等。三、有色金属——除钢铁（黑色金属）以外的其它金属材料。1、铝及铝合金（1）纯铝第一章机械工程材料旧牌号：L1、L2、L3、L4、----序号越大，纯度越低新牌号：1070、1060、1050、1040、----纯度依次降低特点及应用：轻，密度低→配置铝合金导电导热性好→导线、电容抗大气腐蚀→包覆材料加工性能好→包装材料强度低→不能作为承受载荷的结构材料应用第一章机械工程材料（2）铝合金牌号：LF2（防锈）、LY11（硬铝）、LC3（超硬铝）LD5（锻铝）----（旧）变形铝合金（新）变形铝合金5A02（防锈）、2A11（硬铝）、7A03（超硬铝）2A50（锻铝）----铸造铝合金（代号）ZL╳╳╳铝合金组别（表示除铝以外的主要合金）A表示原始合金,其它字母为改型合金区分同组的不同合金表示所含合金成分第一章机械工程材料特点及应用：铝锰合金（防锈铝合金）：抗蚀性高，塑性好。应用于油箱、油管（罐）、铆钉等。铝铜合金（又称硬铝）：强度较高，塑性好。主要用于飞机构件，如飞机蒙皮、螺旋桨、叶片等重要零件。铝锌合金（超硬铝）：强度很高，耐热性、抗蚀性