金属工艺学：1-4 常用金属材料

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

1.4.2常用非铁合金

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

1．碳钢

碳钢也称碳素钢，是碳的质量分数低于2.11%（一般低于1.35%）的铁碳合金的总称。常含有锰、硅、磷、硫、氢、氧等杂质。按碳的质量分数分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按用途可分为碳素结构钢（包括普通碳素结构钢、碳素渗碳钢、碳素调质钢和碳素弹簧钢）、碳素工具钢和铸钢。按硫、磷等有害杂质的含量可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢；按退火组织可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

碳钢按用途分类：碳素结构钢：碳素结构钢是用作工程结构和机器零件的碳素钢。可分为普通碳素结构钢（也叫碳素结构钢）和优质碳素结构钢。碳素工具钢碳：碳素工具钢碳的质量分数为wC=0.65%～1.35%，是用于制造工具的碳素钢。它的性能特点是：高的硬度、耐磨性；切削工艺性好；淬透性低，易变形；价格便宜。铸钢：用钢水直接浇注成零件毛坯的钢称为铸钢，一般用于制造形状复杂或大型的，难以锻造而又要求具有较高的强度和塑性，并承受冲击载荷的零件。1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

2．合金钢

合金钢是为了得到或改善某些性能，在碳素钢基础上加入一种或多种合金元素所得到的钢。常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、钴、锆、铜、硼、稀土等，磷、硫、氮等在某些情况下也可起合金元素作用。合金钢中由于含有不同数量和种类的合金元素，再采取适当的工艺措施，就可以分别具有较高的强度、韧性、淬透性、耐磨性、耐热性、耐蚀性、耐低温性、红硬性、磁性等特殊性能。

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

合金钢的分类合金钢按用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢；按合金元素总含量可分为低合金钢（wMe＝5%以下）、中合金钢（wMe＝5%～10%）和高合金钢（wMe＝10%以上）；按主要合金元素可分为铬钢、锌钢、锰钢、铬镍钢、铬镍铝钢等；按合金的金相组织可分为铁素体钢、珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢以及亚共析钢、过共析钢等。

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

合金钢按用途分类：（1）合金结构钢：合金结构钢包括低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。（2）合金工具钢：合金工具钢按其用途分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢三类，但各类钢之间实际应用的界限并不严格。例如，某些低合金刃具钢除作刀具外，也可作冷冲模具或量具。（3）特殊性能钢：有些机器零件，如拖拉机和坦克的履带板、挖掘机铲齿、破碎机腭板等，在工作时承受强烈冲击和严重磨损，要求材料应具有很高的韧性和耐磨性。1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

铸铁简介铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。此外它还含有硅、锰、硫、磷、钼、铬、铝等化学元素。铸铁与钢的主要区别：一是碳的质量分数及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在；二是硫、磷杂质多。铸铁作为工程材料历史悠久，并被广泛应用于各个工业部门。由于铸铁制造成本低，又有良好的减振性、耐磨性、加工工艺性，在不少应用中是不能被替代的。3．铸铁1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

铸铁的分类铸铁的种类很多，可以有不同的分类。目前，工业中通常是按照铸铁中碳的存在形式和石墨的形态划分的，有白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。白口铸铁中的碳全部或部分以渗碳体形式存在，断口呈银白色；灰铸铁中的碳除了少量溶于基体外，其余的全部以石墨形式存在于铸铁中。可锻铸铁中的碳全部或大部分以团絮状石墨存在；球墨铸铁中的碳大部分以球状石墨形式存在。蠕墨铸铁中的碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。

1.4常用金属材料1.4.1常用钢铁材料

几种常见的铸铁（1）灰铸铁：常用来制造各种机器的底座、机架、工作台、机身、齿轮箱箱体、阀体及内燃机的气缸盖、气缸体等。（2）可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经高温、长时间的石墨化，使渗碳体在固态下分解，而获得的团絮状石墨的铸铁。（3）球墨铸铁：具有很高的强度、良好的韧性、塑性和切削加工性,焊接性也较好。（4）蠕墨铸铁：其石墨很像蠕虫而命名。它的强度高于灰铸铁，韧性和耐磨性良好；铸造性能与灰铸铁相当。（5）合金铸铁：在铸铁中加入一定量的合金元素，生成的特殊性能铸铁，称为合金铸铁。1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

1．铝合金

铝合金是使用了100多年的传统材料，目前世界原铝产量达1900万t。其中50%用来制取加工材与深加工产品。目前我国的铝合金品种，约为美国的一半，规格不足美国的1/4。传统的铝合金有铸造铝合金和变形铝合金两大类。20世纪70年代以来，铝合金方面的发展有以下几方面：

•Al-Li系合金

•超塑铝合金

•粉末冶金铝合金

•铝合金功能膜

1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

（1）黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金称为黄铜。黄铜具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性。而且色泽美丽，价格较低，是重非铁合金材料中应用最广的金属材料。黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两大类。黄铜按生产方式分压力加工黄铜和铸造黄铜。合金元素加入黄铜后，一般都能提高其强度。2．铜合金

1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

（2）青铜除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金称锡青铜。锡青铜常用牌号或代号有QSn4-3、QSn4-4-4、ZQSn10等。

铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金称铝青铜，一般铝的质量分数为8.5～10.5%。常用牌号或代号有QA15、QA19-4、ZCuAl11Fe3Mn2等。

铍青铜，以铍为主要合金元素的铜基合金称铍青铜。一般铍的质量分数为1.7%～2.5%。常用代号有QBe2、QBe2.5等。1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

（3）钛合金钛及钛合金密度小（4.5g/cm3），强度大大高于钢。比强度和比模量性能突出。钛的耐腐蚀性能优异，是目前耐海水腐蚀的最好的材料。钛是制造工作温度在500℃以下，如火箭低温液氮燃料箱、导弹燃料罐、核潜艇船壳、化工厂反应釜等构件的重要材料。钛合金高温强度差，不宜在高温中使用。为解决钛合金的高温强度，世界各国正积极研究采用中间化合物即金属和金属之间的化合物作为高温材料。1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

（4）镍及镍合金

镍是重要的战略性资源。镍基高温合金(NickelbasesupeRalloy)用以制造喷气发动机涡轮盘及叶片，其使用温度可接近0．757t熔。镍铜系耐蚀合金可制造高压充油电缆、油槽、医疗器材。镍锰系是电真空材料；镍中添加硅、钨或锆和钙或钡可做阴极材料。我国金川镍矿的开发，为镍基合金(Nickelalloy)发展提供了必要的条件。

1.4常用金属材料1.4.2常用非铁合金

（4）镁及镁合金镁在地壳中含量为2.77%，仅次于铝和铁，年产量约40万t。镁及镁合金的主要优点是质量分数小，比强度、比模量高，抗振能力强