金属工艺学8(第6章1)

第六章金属材料(1)药械教研室

人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。

金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金

不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

§6.1概述

一、金属材料的分类1、黑色金属以铁和碳为主形成的金属叫黑色金属

碳素钢（碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢）合金钢（合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢）铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁）金属通常分为黑色金属和有色金属

2、有色金属铜及铜合金（黄铜、青铜、白铜、纯铜）铝及铝合金（纯铝、变形铝合金、铸造铝合金）钛金钛合金轴承合金（锡基轴承合金、铅基轴承合金、铝基轴承合金）

二、碳钢中的杂质元素和合金元素的作用1、杂质元素对钢的影响

（1）硅和锰——有益元素作用：脱氧剂，形成MnS，固溶强化，减少FeO的影响。（2）硫和磷——有害元素危害：形成低熔点的FeS，使钢产生热脆；使钢产生冷脆。

2、合金元素在钢中的作用（1）对基本相的影响形成和金铁素体(强化/固溶强化)形成碳化物(细化晶粒)（2）对热处理和力学性能的影响减缓奥氏体化过程细化晶粒提高钢的淬透性提高钢的回火稳定性提高抗氧化和耐蚀能力经常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb、Zr等。

§6.2碳素钢

一、碳钢的分类

1.按碳的含量分类

2.按质量分类

3.按用途分类（1）碳素结构钢主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、螺柱、弹簧等）。（2）碳素工具钢主要用于种类刀具、量具和模具。如丝锥、板牙、刮刀、锯条、冲模等。（3）专用钢包括锅炉钢、船用钢、易切削钢等。

4.按钢液脱氧程度分类

（1）沸腾钢（F）脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差。（2）镇静钢（Z）脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。（3）半镇静钢（b）脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。

1.普通碳素结构钢(GB/T700—1988)

表示方法：用Q、屈服数值、质量等级和脱氧方法组成。牌号Q235—D示例说明：

Q—钢的屈服点“屈”字汉语拼音字头；

235—最低屈服点值235MPa;

D—表示质量等级为D级。

有时牌号后面还要分别附加下列符号：

F—沸腾钢；b—半镇静钢；

Z—镇静钢；TZ—特殊镇静钢。

由于D级质量钢均为特殊镇静钢，故“TZ”符号可以省略。如Q235—D—TZ可写为Q235-D。符号“Z”有时亦可省略。二、碳素结构钢

常用碳素结构钢：

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。

这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理。但对某些零件，也可以进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。

常用碳素结构钢

钢板钢筋建筑构件螺钉铆钉钢桥梁

三、优质碳素结构钢

表示方法：用两位数字表示平均含碳量的万分数，较高含锰量再加Mn。如：45钢，碳的平均含量为万分之四十五，即0.45%。含锰较高的优质碳素结构钢要标出Mn，例如：45Mn。

优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。

常用优质碳素结构钢：

螺栓齿轮

曲轴弹簧

常用优质碳素结构钢

08F

塑性好，可制造冷冲压零件；

10、20钢

冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；

35、40、45、50钢

经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件；

60、65钢

主要用来制造弹簧。

优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。

四、碳素工具钢

碳素工具钢的碳质量分数在0.65%～1.35%之间。表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分数的数字，较高质量再加“A”。特级的加“E”如T8，表示平均碳含量为0.80%的碳素工具钢。碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，在钢号后标注“A”字。例如，T12A表示碳质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。

碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等。

常用碳素工具钢：

T7、T8硬度较高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。

T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。

T12、T13硬度很高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢使用前都要进行热处理。

常用碳素工具钢：锉刀量规钻头

五、铸钢表

表示方法：ZG（1）力学性能—用最小屈服数值、最小抗拉强度表示

ZG200－400表示最小屈服强度200MPa、最小抗拉强度400MPa的铸钢。（2）化学成分—用两位数字表示平均含碳量的万分数和化学元素符号及含量百分数表示。

ZG45表示平均含碳量为0.45％的铸钢。

铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴，以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。