常用金属材料及性能

1、 退出退出(1) 我国现行钢分类与牌号的特点我国现行钢分类与牌号的特点有统一国标，钢号直观、实用，并靠近国际标准。有统一国标，钢号直观、实用，并靠近国际标准。按按Wc：低碳钢（低碳钢（0.25%）；）； 中碳钢（中碳钢（0.250.60%）; 高碳钢（高碳钢（0.60%）。）。按冶金质量：按冶金质量：普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质 钢。钢。按脱氧程度：按脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。按用途、成分、性能和热处理特点（最实用）。按用途、成分、性能和热处理特点（最实用）。表表5-15-1图图5-15-1

2、要要 求：求：会识别、（图纸上）一看就明白。会识别、（图纸上）一看就明白。基本类型：基本类型：两类两类如如Q235AF（常简写成（常简写成 Q235，不保证化学成分）。，不保证化学成分）。碳与合金元素含量。碳与合金元素含量。 例例1. 45 Wc=0.45%的优质钢。的优质钢。 例例2. 08F Wc=0.08%的沸腾钢。的沸腾钢。 例例3. 40Cr Wc=0.40%及及Wcr=1%。记忆方式与技巧介绍。记忆方式与技巧介绍。表表5-25-2 保证力学性能：保证力学性能：一般用途；以型材（棒、板、型钢）供一般用途；以型材（棒、板、型钢）供应。应。组组 织织 状状 态：态：轧后空冷、轧后空冷、F

3、+P；不再热处理。设计时；不再热处理。设计时注意尺寸效应。注意尺寸效应。典典 型型 牌牌 号：号：Q235。表表5-35-3添加少量合金元素（添加少量合金元素（Nb、V等）起各种强化作用。等）起各种强化作用。用于重要工程结构（桥梁、压力容器等），能减轻自用于重要工程结构（桥梁、压力容器等），能减轻自 重、降低成本等。重、降低成本等。典型牌号：典型牌号：Q295、Q420等。等。表表5-45-4 Ws、 Wp 0.035 %性能特点：性能特点：随随Wc升高，强度和硬度提高，塑、韧性有所下降。升高，强度和硬度提高，塑、韧性有所下降。零件制造中若经过热处理，可大幅度提高性能零件制造中若经过热处理，可

4、大幅度提高性能(强度强度)。 应用应用: 0825(15Mn)：低碳钢，塑性好，可焊性好，直接冲压低碳钢，塑性好，可焊性好，直接冲压成形或作焊接件。成形或作焊接件。 1525：低碳钢，可作渗碳用钢。低碳钢，可作渗碳用钢。 3055：中碳钢，经调质处理做较重要的机器零件。中碳钢，经调质处理做较重要的机器零件。 60： 中高碳钢，淬火中高温回火，一般弹簧及较中高碳钢，淬火中高温回火，一般弹簧及较 高强度零件。高强度零件。表表5-55-5用途及性能特点：用途及性能特点：用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零件件(如换档齿轮等如换档齿轮等)

5、。经渗碳及淬、回火后，表硬内韧。经渗碳及淬、回火后，表硬内韧。合金化原则：合金化原则：低碳低碳(0.25%)，保证渗碳及热处理后表、里的良好配合，保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。加提高淬透性元素，加提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、B等，保证心部良等，保证心部良好强韧性。好强韧性。加加V、Ti、W等，阻止渗碳时晶粒长大。等，阻止渗碳时晶粒长大。热处理特点：热处理特点：一般渗碳后预冷、直接淬火低温回火一般渗碳后预冷、直接淬火低温回火 (55HRC)。常常 用用 钢钢 种：种：低淬透性低淬透性15(20)、20Cr； 中淬透性中淬透性20CrMnMo、20MnTiB； 高淬透性高淬透性18Cr

6、2Ni4W、20Cr2Ni4。表表5-65-6用途及性能特点：用途及性能特点： 高强度（承受较大负荷）及高韧性（防止断裂事故）的高强度（承受较大负荷）及高韧性（防止断裂事故）的 重要零件（如机床主轴）具有良好的综合力学性能。重要零件（如机床主轴）具有良好的综合力学性能。合金化原则：合金化原则：中碳（中碳（0.300.5%），保证热处理后足够强度，又不致），保证热处理后足够强度，又不致太脆。太脆。加淬透性元素（加淬透性元素（Cr、Ni、Mn、Si、B），保证大截面），保证大截面均一的性能。均一的性能。 细化晶粒元素（细化晶粒元素（V、W、Mo等）。等）。加加Mo，消除回火脆性。，消除回火脆性。热

7、处理：热处理：调质即调质即淬火淬火+高温回火高温回火（500650） 。常用典型钢种：常用典型钢种：低淬透性低淬透性:45、40Cr、40MnB； 中淬透性中淬透性:35CrMo、30CrMnSi； 高淬透性高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。表表5-75-7用途、性能：用途、性能： 承受较大负荷的弹簧；高的承受较大负荷的弹簧；高的e、-1及及s/b。合金化：合金化： 中、高碳（中、高碳（0.450.9%）；）； 加加Sie及（及（s/b）； 加加Mn、Si、或、或Cr淬透性淬透性； 加加Mo、W、V细化晶粒（重要弹簧）。细化晶粒（重要弹簧）。热处理：热处理： 淬火中温回火，回火屈氏

8、体淬火中温回火，回火屈氏体 4248HRC。常用钢种：常用钢种： 65；65Mn；60Si2Mn；50CrV。表表5-85-8 加加S、Pb、Ca、P等（减摩、易断屑等），提高切削加等（减摩、易断屑等），提高切削加工性，强度次要。工性，强度次要。 特特 点：点：直接铸造成零件的结构钢，用于形状复杂、直接铸造成零件的结构钢，用于形状复杂、 性能要求较高的场合。重型机械，矿山、工性能要求较高的场合。重型机械，矿山、工 程机械等。程机械等。 成成 分：分：低、中碳。低、中碳。 热处理：热处理：进行正火、退火，重要件进行淬火、回火。进行正火、退火，重要件进行淬火、回火。表表5-95-9用途、性能：用途

9、、性能： 轴承零件；高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。轴承零件；高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。合合 金金 化：化： 高碳（高碳（0.951.15%），），0.41.65%Cr，以及特殊要，以及特殊要求的成分。求的成分。 S、P要求严，冶金质量高。要求严，冶金质量高。热热 处处 理：理：球化退火（预先热处理）及淬火、低温回球化退火（预先热处理）及淬火、低温回 火，火，6064HRC。典典 型型 钢钢 种：种：GCr15（中小型轴承）（中小型轴承）; G20Cr2Ni4（大型渗碳轴承）（大型渗碳轴承）; 9Cr18（不锈轴承）。（不锈轴承）。表表5-105-10 用途、性能：用途、性能

10、： 较高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高热硬性。较高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高热硬性。 合金化（高速钢）：合金化（高速钢）： 高碳（高碳（c c0.8%0.8%）, ,以形成大量碳化物，保证高硬度、以形成大量碳化物，保证高硬度、高耐磨性。高耐磨性。 较多较多W W与与MoMo（10%10%）, ,产生产生W W2 2C C、MoMo2 2C C等细小弥散硬化，等细小弥散硬化，保证热硬性。保证热硬性。 4%Cr4%Cr，淬透性。，淬透性。 加加V V，提高硬度、耐磨性。，提高硬度、耐磨性。 热热 处处 理：理：预先热处理；预先热处理；1200-1300 1200-1300 高温淬火高温淬火

11、+3+3次次 560560回火回火, ,回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物,62,6266HRC66HRC。 典型钢种：典型钢种：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V、W18Cr4VW18Cr4V。 图图5-25-2图图5-35-3 表表5-135-13 表表5-115-11 表表5-125-121)1)冷作模具钢：高碳（合金）钢。冷作模具钢：高碳（合金）钢。 用途、性能：用途、性能：各种冷冲压、冷成型模具；高硬度高耐各种冷冲压、冷成型模具；高硬度高耐 磨性、足够整体强度与韧性。磨性、足够整体强度与韧性。 合金化：合金化：高碳高碳WcWc0.60.

12、60.7%0.7%； 淬透性元素：主加淬透性元素：主加CrCr，另，另MnMn、SiSi； MoMo、V V细化晶粒细化晶粒;Cr;Cr、MoMo、W W、V V提高耐磨性。提高耐磨性。 热处理：热处理： 淬火淬火+ +低温回火，低温回火，58HRC58HRC，细小马氏体，细小马氏体+ +碳化物碳化物+ +少少 量残余奥氏体。量残余奥氏体。 典典 型型 钢钢 种：种： T8T8、T10T10、T12T12；9Mn2V9Mn2V、9SiCr9SiCr、GCr15GCr15、 Cr12MoVCr12MoV、65Nb65Nb、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。2)2)热作模具钢：中碳合金钢热

13、作模具钢：中碳合金钢用途、性能：用途、性能： 锻模、热挤压模、热弯模等；耐热性、高温强度，锻模、热挤压模、热弯模等；耐热性、高温强度，耐热耐热 疲劳，高淬透性。疲劳，高淬透性。合金化：合金化： 中碳（中碳（0.30.30.6%0.6%）, ,保证强度、韧性等。保证强度、韧性等。 CrCr、W W、SiSi（抗热疲劳）；（抗热疲劳）；MoMo、W W、V V（高温强度）；（高温强度）； CrCr、MoMo、W W等多元（淬透性）。等多元（淬透性）。热处理：热处理： 淬火、中温回火（高于工作温度），淬火、中温回火（高于工作温度），353550HRC50HRC，回，回火屈氏体、回火马氏体。火屈氏体、

14、回火马氏体。典型钢种：典型钢种： 4545、40Cr(40Cr(很少用很少用) )；5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo； 3Cr2W8V3Cr2W8V；H11(4Cr5MoSiV)H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)H13(Cr5MoSiV1)。 用途、性能：用途、性能： 各种量具（卡尺、块规等）；高硬度、高耐磨性，各种量具（卡尺、块规等）；高硬度、高耐磨性，高尺寸稳定性。高尺寸稳定性。 合金化：合金化： 高碳（高碳（0.8%）；）；Cr、Mn、Si 等（淬透性）；等（淬透性）；Cr、W等（耐磨性）。等（耐磨性）。 热处理：热处理： 淬火淬火+（冷

15、处理）（冷处理）+多次回火，使残余奥氏体转变及多次回火，使残余奥氏体转变及稳定尺寸。稳定尺寸。 典型钢种：典型钢种： 9SiCr、CrWMn、GCr15 或渗碳钢，硬质合金。或渗碳钢，硬质合金。用途、性能：用途、性能： 腐蚀环境中的工作零件；耐蚀性及附加力学性能（强腐蚀环境中的工作零件；耐蚀性及附加力学性能（强 度、硬度）等。度、硬度）等。合金化：合金化：加加CrCr（121213%13%）提高电极电位、钝化能力，使耐蚀）提高电极电位、钝化能力，使耐蚀性性。加足够加足够NiNi或或Cr Cr ，呈单相奥氏体或单相铁素体状态。，呈单相奥氏体或单相铁素体状态。加加TiTi、NbNb等与碳形成稳定晶

16、内碳化物，使晶间腐蚀等与碳形成稳定晶内碳化物，使晶间腐蚀。可加可加MnMn、N N代代NiNi奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢。热热 处处 理：理：A 不锈钢：不锈钢：固溶处理固溶处理(高温快冷高温快冷)； F 不锈钢：不锈钢：退火处理；退火处理； M不锈钢：不锈钢：淬火、回火。淬火、回火。典型钢种：典型钢种：A 不锈钢：不锈钢：1Cr18Ni9Ti； F 不锈钢：不锈钢：1Cr17； M不锈钢：不锈钢：3Cr13，9Cr18。表表5-145-14上上表表5-145-14下下用途、性能：用途、性能： 高温下工作零件（如锅炉管道）；高温强度、抗氧高温下工作零件（如锅炉管道）；高温强度、抗氧化性等。化性

17、等。合金化：合金化： 低、中碳；低、中碳； Cr Cr、NiNi、SiSi、MoMo等固溶强化；等固溶强化； CrCr、SiSi、AlAl等抗氧化；等抗氧化； V V、W W、MoMo形成稳定碳化物弥散强化。形成稳定碳化物弥散强化。热处理（视用途而定）和典型钢种。热处理（视用途而定）和典型钢种。表表5-155-15一定条件下：一定条件下：Fe3C（亚稳态）（亚稳态） 3Fe+G（稳定态）（稳定态） 碳呈化合态的碳呈化合态的Fe3C和共晶莱氏体；极脆，称白口铸铁和共晶莱氏体；极脆，称白口铸铁（断口白壳），应用很有限。（断口白壳），应用很有限。碳呈游离态的石墨，（碳呈游离态的石墨，（G）具有多种形

18、态，铸造性能优）具有多种形态，铸造性能优 良，应用广泛。良，应用广泛。图图5-45-41) 共性：共性： 成成 分：高碳、高硅（易形成分：高碳、高硅（易形成G）及杂质）及杂质S、P较宽较宽 （成本低廉、易浇注）。（成本低廉、易浇注）。 组组 织：钢基（织：钢基（F、F+P、P等）等）+G。 性性 能：能：G的存在，具有多重性影响。的存在，具有多重性影响。 分析基点：分析基点：G作为空洞或裂纹看待。作为空洞或裂纹看待。割裂基体，承载面积割裂基体，承载面积 b，k。 G 本身应力集中本身应力集中铸铁易脆断。铸铁易脆断。 G是裂纹萌生及扩展通道是裂纹萌生及扩展通道抗压不抗拉，宜作承压件。抗压不抗拉，

19、宜作承压件。 G存在存在加工性能好（铸造、切削加工）；减震减摩；加工性能好（铸造、切削加工）；减震减摩； 较小缺口敏感性。较小缺口敏感性。2)各类铸铁的特点各类铸铁的特点灰铸铁灰铸铁 : 直接结晶获得、成分亚共晶。直接结晶获得、成分亚共晶。 特点：特点：片片G应力集中、割裂基体严重；铸造性能最好。应力集中、割裂基体严重；铸造性能最好。 应用：应用：承压或受力不大的形状复杂件或薄壁件（如箱体承压或受力不大的形状复杂件或薄壁件（如箱体等）。等）。 典型牌号：典型牌号：HT200。可锻铸铁可锻铸铁: 铁水铁水白口铁白口铁石墨化退火石墨化退火 Fe3C分解为团絮状分解为团絮状G。 特点：特点：性能优于

20、灰铸铁（但并不可锻），工艺复杂。性能优于灰铸铁（但并不可锻），工艺复杂。 应用：应用：一定承载能力的结构件。一定承载能力的结构件。 典型牌号：典型牌号：KTH35010。图图5-55-5图图5-65-6图图5-75-7图图5-85-8表表5-165-16图图5-95-9表表5-175-17球墨铸铁（球铁）：球墨铸铁（球铁）： 直接结晶、球化处理（加稀土镁球化剂）。直接结晶、球化处理（加稀土镁球化剂）。特点：特点：高碳高硅（接近共晶成分）、杂质少；强度和塑高碳高硅（接近共晶成分）、杂质少；强度和塑性改善，基体作用加强，性能在铸铁中最好。性改善，基体作用加强，性能在铸铁中最好。应用：应用：冲击负荷

21、不大时可代钢（如柴油机曲轴）。冲击负荷不大时可代钢（如柴油机曲轴）。典型牌号：典型牌号：QT45010。蠕墨铸铁蠕墨铸铁 ： 直接结晶获得（直接结晶获得（G形态介于片状与球状之间），力学性形态介于片状与球状之间），力学性 能明显优于灰铸铁、劣于球铁，加工性能等优于球铁。能明显优于灰铸铁、劣于球铁，加工性能等优于球铁。 RuT300等。等。 表表5-185-18石墨化退火：石墨化退火：生产可锻铸铁，消除铸件薄壁处白口。生产可锻铸铁，消除铸件薄壁处白口。去应力退火：去应力退火：用于各种铸件。用于各种铸件。正火、淬火回火：正火、淬火回火：主要用于球铁（提高基体强度）。主要用于球铁（提高基体强度）。纯

22、铝：导电导热、抗大气腐蚀；太软。纯铝：导电导热、抗大气腐蚀；太软。 比强度高（比强度高（高强钢）。可用于轻结构件，尤其航高强钢）。可用于轻结构件，尤其航空。空。 突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。 良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金铸造性良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金铸造性能好，宜作压铸件。能好，宜作压铸件。 变形铝合金：变形铝合金： 不可时效强化的铝合金：不可时效强化的铝合金： 防锈铝（防锈铝（F F以左），单相固溶体，强度低、压力加工性以左），单相固溶体，强度低、压力加工性能好；用其优良的耐蚀性能。牌号标记能好；用其优良的耐蚀性能。牌号标记LFLF

23、。 可时效强化的变形铝合金：可时效强化的变形铝合金： 硬铝（硬铝（LYLY）、超硬铝（）、超硬铝（LCLC）和锻铝（）和锻铝（LDLD）。固溶时效）。固溶时效提高性能。提高性能。表表5-195-19图图5-105-10 铸造铝合金：铸造铝合金： 具有共晶转变的合金，铸造性能良好。具有共晶转变的合金，铸造性能良好。 提高性能方法：提高性能方法：变质细化粗铸态组织；时效硬化。变质细化粗铸态组织；时效硬化。 牌号牌号 ：ZALZAL或或ZLZL退火：退火：消除应力退火（消除应力退火（200200300300）；再结晶退火（）；再结晶退火（350350415415）。）。固溶时效硬化：固溶时效硬化：500500水冷水冷 + + 人工时效（人工时效（200200）或）或自然时效（自然时效（44天）。天）。表表5-205-20 较好的理化性能较好的理化性能 导电材料，导热（纯铜，汽车散热器）；抗大气、导电材料，导热（纯铜，汽车散热器）；抗大气、海水腐蚀（黄铜）。海水腐蚀（黄铜）。 良好