金属材料的性能

机械工程材料金属材料钢碳素结构钢：碳素结构钢、优质碳素结构钢

碳素工具钢：优质碳素工具钢、高级优质碳素工具钢合金钢碳素钢合金结构钢：低合金高强度结构钢、合金结构钢

合金工具钢：量具用钢、刃具用钢、模具钢

特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢非铁材料（有色金属）钢铁材料（黑色金属）铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁铜及铜合金：纯铜、黄铜、青铜铝及铝合金：纯铝、变形铝合金、铸造铝合金非金属材料：塑料、橡胶、陶瓷复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料常用机械工程材料分类铸铁的五大元素铸铁类别CSiMnPS碳硅锰磷硫注：表中使用“红色”字体书写的元素符号为铸铁中有害

元素。灰铸铁普通灰铸铁：粗片状石墨孕育铸铁：细片状石墨可锻铸铁：团絮状石墨球墨铸铁：球状石墨蠕墨铸铁：蠕虫状石墨按石墨形状分按基体组织分铁素体基体灰铸铁珠光体基体灰铸铁铁素体+珠光体基体灰铸铁金属材料的性能力学性能物理性能工艺性能使用性能铸铁材料的性能灰铸铁力学性能抗拉强度抗压强度抗弯强度断后伸长率硬度抗剪强度抗扭强度拉伸弹性模量泊松比断裂韧度高低温力学性能冲击性能疲劳极限灰铸铁物理性能密度比热容线胀系数热导率磁性能电阻率粘度灰铸铁工艺性能铸造性能1.流动性

2.收缩性

3.铸造应力

4.断面敏感性切削性能焊补性能灰铸铁使用性能耐磨性2.减振性3.耐热疲劳性能4.抗氧化、抗生长性5.致密性球墨铸铁力学性能常温性能高温性能低温性能1.硬度

2.强度和塑性

3.弹性模量

4.冲击韧度

5.小能量多次冲击韧度

6.疲劳强度

7.断裂韧度

8.疲劳裂纹扩展门坎值和疲劳

裂纹扩展速度1.硬度

2.高温短时力学性能

3.蠕变和持久强度

4.调温疲劳强度球墨铸铁物理性能线胀系数热导率比热容熔化潜热电阻率磁性减振性及声学性能表面张力粘度密度球墨铸铁工艺性能1.流动性

2.收缩倾向

3.裂纹倾向铸造性能压力加工性能切削性能焊补性能1.普通球墨铸铁

焊条及工艺

2.重稀土镁球墨铸铁焊条

3.低碳钢芯球墨铸铁用焊条

4.含钒焊条(1)气焊(2)电焊球墨铸铁使用性能润滑磨损磨料磨损干磨损耐蚀性耐磨性耐热性蠕墨铸铁性能力学性能

(常温)物理性能工艺性能使用性能

1.抗拉强度

2.断后伸长率

3.硬度

4.疲劳性能

5.弹性模量

6.冲击韧度ak密度

线胀系数铸造性能切削性能焊补性能1.流动性能

2.收缩性

3.铸造应力

4.白口倾向

5.断面敏感性1.致密性

2.耐磨性

3.耐热疲劳性能

4.抗氧化、抗生长性能

5.减振性

6.耐腐蚀性可锻铸铁性能使用性能工艺性能物理性能力学性能1.常温性能

2.高、低温性能1.耐磨性

2.耐蚀性

3.耐热性

4.减振性1.铸造性能

2.切削加工性能

3.焊接性能1.密度

2.比热容

3.热导率

4.线胀系数

5.电阻率

6.最大磁导率

7.饱和磁感强度

8.磁滞损失

9.剩余磁感应强度

10.矫顽力1.流动性

2.线收缩3.缩孔和缩松倾向性

4.应力和裂纹倾向性常用铸铁的牌号、抗拉强度、伸长率及应用举例铸铁名称代号牌号表示方法实例灰铸铁HTHT100蠕墨铸铁RuTRuT400球墨铸铁QTQT400-17黑心可锻铸铁白心可锻铸铁珠光体可锻铸铁KHTKBTKZTKHT300-06KBT350-04KZT450-06耐磨铸铁MTMTCu1PTi-150抗磨白口铸铁抗磨球墨铸铁KmBTKmQTKmBTMn5Mo2CuKmQTMn6冷硬铸铁LTLTCrMoR耐蚀铸铁耐蚀球墨铸铁STSQTSTSi15RSQTAl15Si5耐热铸铁耐热球墨铸铁RTRQTRTCr2RQTA16奥氏体铸铁AT—铸铁名称、代号及牌号表示方法类别组织特征断口特征成分特征性能特征工程结构件用铸铁1.灰铸铁(普通灰铸铁、高强度灰铸铁、低合金减磨铸铁）

基体+片状

石墨灰口仅含C、Si

、Mo、P、S五大元素或外加少量合金元素σb=150-400MPa

基本上无塑性2.球墨铸铁基体+球状石墨灰口（银白色断口）1.

普通五元素成外加不同的合金元素2.ѡ（Mg残≥0.03%、ѡ（RE残）≥0.02%σ

b：400~900MPa

δ：2%~20%ak:15~120J/Cm3.蠕墨铸铁基体+蠕虫状石墨（往往伴有球状石墨）灰口（斑点状断口同球墨铸铁，但Mg残及RE残量可稍低σ

b、δ比球墨铸铁低，但高于灰铸铁4.可锻铸铁生坯：珠光体+莱氏体

退火后：基体+团絮状石墨生坯：白口

退火后：灰口（黑色绒状断口）低碳、低硅、

ѡ

（Cr)＜0.06%σ

b：

300~700MPa

δ：2%~210%灰铸铁的分类（GB/T9439—1988）灰铸铁的分类（GB/T9439—1988）类别组织特征断口特征成分特征性能特征特种性能铸铁5.

抗磨铸铁基体+不同类型

的渗碳体白口（抗磨球墨铸铁例外）除五大元素外，可加入低、中、高量合金元素有高的抗磨性能，但韧度较低6.冷硬铸铁表层：基体+渗碳体

内层：基体+各类石墨表层白口内层灰口除五大元素外，可加入不同的合金元素外层耐磨、内层强度较高7.耐热铸铁基体+片状或球状石墨灰口有Si

、Al、Cr系（中硅、高铝、中硅、高铬等铸铁）有高的耐热性及抗氧化性能，但强度较低、较脆8

.耐磨铸铁基体+片状或球状石墨灰口主要合金元素Si、Ni含量高有高的耐腐蚀性能(续)灰铸铁的牌号、力学性能及用途（GB/T9439—1988）

牌号铸件壁厚

/mm抗拉强度

σb/MPa硬度HBS显微组织

用途举例

基体石墨HT1002.5～10

10～20

20～30

30～50

130

100

9080最大不超过170

F+P（少）

粗片

低载荷和不重要的零件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等HT1502.5～10

10～20

20～30

30～50

175

145

130

120

150～

200F+P较粗片

承受中等应力（抗弯应力＜100MPa）的零件，如支柱、底座、齿轮箱、工作台、刀架、端盖、阀体、管路附件及一般无工作条件要求的零件灰铸铁的牌号、力学性能及用途（GB/T9439—1988）续

牌号铸件壁厚

/mm抗拉强度

σb/MPa硬度HBS显微组织

用途举例

基体石墨HT2002.5～10

10～20

20～30

30～50

220

195

170

160

170～

200P中等片状

承受较大应力（抗弯应力＜300MPa）

和较重要零件，如汽缸体、齿轮、机座、飞轮、床身、缸套、活塞、刹车轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压缸等

HT2504.0～10

10～20

20～30

30～50

270

240

220

200

190～

240细珠光体较细片状灰铸铁的牌号、力学性能及用途（GB/T9439—1988）续

牌号铸件壁厚

/mm抗拉强度

σb/MPa硬度HBS显微组织

用途举例

基体石墨HT30010～20

20～30

30～50

290

250

230210～

260索氏体或托氏体细小片状

承受高弯曲应力（小于500MPa）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身、高压液压缸、滑阀壳体等HT35010～20

20～30

30～50

340

290

260

230～

280名称牌号试样直径d/mm抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ

(%)可

锻铸铁KTH300—06/A12或153006KTH300—08/B3308KTH350—10/A35010KTH370—12/B37012黑心可锻铸铁的牌号及力学性能（GB/T9440—1988）名称牌号试样直径d/mm抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ

(%)珠光体可

锻铸铁KTZ450—0612或154506KTZ550—045504KTZ650—026502KTZ700—027002黑心可锻铸铁的牌号、抗拉强度伸长率名称牌号应用举例黑心可锻铸铁KTH300—06管路连接件：弯头、三通、管堵中压阀门：阀体纺织机械：盘头、龙筋、平衡锤、轧头手工具：板手、推把KTH300—08KTH350—10线路金具：楔子、卡子、线夹体、铁帽建筑脚手架：扣件农机：犁刀、犁柱、车轮壳车辆：转向节壳、板簧支座、支架KTH370—12可锻铸铁的应用摘自铸造工艺手册（铸铁）可锻铸铁的应用摘自铸造工艺手册（铸铁）名称牌号应用举例珠光体可锻铸铁KTZ450—06游艇工具用具高吨位铁帽KTZ550—04KTZ650—02发动机连杆、小曲轴、摇臂耙片、棘轮、传动链KTZ700—02白心可锻铸铁各牌号需施焊的管路连接件（续）白心可锻铸铁的牌号、抗拉强度、伸长率名称牌号试样直径

d/mm抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ

(%)

可锻铸铁KTB350-04123504KTB380-121238012KTB400-05124005KTB450-07124507球墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T1348—1988）

牌号基体组织力学性能

用途举例

σ

b/MPa

σr0.2/

MPa

δ(%)

硬度HBS

QT400-18铁素体

不小于承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉，农机具零件，中低压阀门，上、下水及输气管道，压缩机上高低压汽缸，电机机壳，齿轮箱，飞轮壳等

400250

18130~180QT400-15400250

15130~180QT450-1045031010160~

210QT500-7铁素体+珠光体

5003207170~

230机器座架、传动轴、飞轮，内燃机的机油泵齿轮、铁路机车车辆轴瓦等

球墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T1348—1988）

续牌号基体组织力学性能

用途举例σ

b/MPa

σr0.2/

MPa

δ(%)

硬度HBS

QT600-3铁素体不小于载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套，部分磨床、铣床、车床的主轴，机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体，桥式超重机大小滚轮等600370

3190~270QT700-2700420

2225~305QT800-28004802245~

335QT900-2铁素体+珠光体

9006002280~

360高强度齿轮，如

汽车后桥螺旋锥

齿轮，大减速器

齿轮，内燃机曲

轴、凸轮轴等蠕墨铸铁牌号、抗拉强度和伸长率名称牌号抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ

(%)主要基体组织

蠕墨铸铁RuT4203350.75珠光体RuT3803000.75珠光体RuT3402701.0珠光体+铁素体RuT3002401.5铁素体+珠光体RuT2601953铁素体各种牌号蠕墨铸铁的性能特点和应用举例牌号性能特点应用举例RuT420RuT380强度高，硬度高，具有高耐磨性，铸件材质中需加入合金元素或经正火热处理，适用于制造强度和耐磨性高的铸件活塞环，气缸套，制动盘，玻璃模具，刹车鼓，钢珠研磨盘，吸淤泵体等RuT340强度、硬度较高，具有较高的耐磨性和热导率，适用于制造要求较高强度、刚度及要求耐磨的零件带导轨面的重型机床件、大型龙门铣横梁，大型齿轮箱体、盖、座、刹车鼓、飞轮、玻璃模具，超重机卷筒、烧结机磨板、液压阀体RuT300强度和硬度适中，有一定的塑韧性，热导率较高，致密性较好，适用于制造要求较高强度及承受疲劳的零件排气管、变速箱体、气缸盖、纺织机零件、液压件、钢锭模，某些小型烧结机蓖条等RuT260强度一般、硬度较低、有较高的塑韧性和热导率，铸件一般需退火处理，适用于制造承受冲击负荷及热疲劳的零件增压器废气壳体、汽车、拖拉机的某些底盘零件铸钢的牌号、抗拉强度和伸长率（GB/11352—1989）名称铸钢牌号抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ

(%)断面收缩率ψ(%)铸造碳钢ZG200—4002002540ZG230—4502302232ZG270—5002701825ZG310—5703101521ZG340—6403401018碳素铸钢的成分、机械性能及应用铸钢牌号

化学成分%机械性能应用举例

CMn

Si

σ

sMPa

σ

bMPa

δ

5%ψ%

akkJ/㎡

ZG150.12—0.220.35—0.650.20—0.452004002540600机座、变速箱壳ZG25

0.22—0.320.50—0.800.20—0.452404502032450机座、锤轮、箱体ZG350.32—0.42

0.50—0.800.20—0.452805001625350飞轮、机架、蒸汽锤、水压机、工作缸、横梁碳素铸钢的成分、机械性能及应用钢号

化学成分%机械性能应用举例CMn

Si

σ

sMPa

σ

bMPa

δ

5%ψ%

akkJ/㎡

ZG450.42—0.520.50—0.800.20—0.453205801220300联轴器、气缸、齿轮、齿轮圈ZG55

0.52—0.620.50—0.800.20—0.453506501018200起重运输机中齿轮、联轴器及重要的机件

常用铸造铝合金的牌号（代号）成分、力学性能及用途类别牌号代号化学成分

W（%）

力学性能

用途举例

Si

CuMg

Mn

其它Alσb

/MPaδ

(%)铝硅合金ZAlSi12

ZL102

10.0～13.0

余量形状复杂、低载的薄壁零件，如仪表、水泵壳体，船舶零件等

ZAlSi5Cu1Mg

ZL1054.5～5.5

1.0～1.5

0.4～0.6

余量工作温度225℃以下的发动机曲轴箱、汽缸体、盖等、常用铸造铝合金的牌号（代号）成分、力学性能及用途类别牌号代号化学成分

W（%）

力学性能

用途举例

Si

Cu

Mg

Mn

其它Al

σb

/MPaδ

(%)铝铜合金ZAlSi12

ZL2014.5～5.3

0.6～1.0

Ti0.15～0.35余量工作温度<300℃的零件，如内燃机气缸头、活塞

(续)常用铸造铝合金的牌号（代号）成分、力学性能及用途类别牌号代号化学成分

W（%）

力学性能

用途举例

Si

CuMg

Mn

其它Alσb

/MPaδ

(%)铝镁合金ZAlMg10

ZL3019.5～11.5

余量920形状复杂、低载的薄壁零件，如仪表、水泵壳体，船舶零件等

ZAlMg5

Si1

ZL303

0.8～1.3

4.5～5.5

余量155工作温度225℃以下的发动机曲轴箱、汽缸体、盖等、(续)部分铸造铝合金的牌号、代号、主要特点及用途举例（GB/T1173-1995、GB/T15115-94）类别牌号代号主要特点

用途举例

铝硅合金ZAlSi12ZL102熔点低，密度小，流动性好，收缩和热倾向小，耐蚀性、焊接性好，可切削性差，不能热处理强化，有足够的强度，但耐热性低。

适合铸造形状复杂，耐蚀性和气密性高，强度不高的薄壁零件，如飞机仪器零件船舶零件等。

YZAlSi12YL102ZAlSi5Cu1Mg

ZL105铸造工艺性能好，不需变质处理，可热处理强化，焊接性、切削性好，强度高，塑韧性低

形状复杂工作温度≤250℃的零件如气缸体、汽缸盖、发动机箱体等。

ZAlSi12Cu2Mg

YZAlSi12Cu2

ZL108YL108铸造工艺性能优良，线收缩小，可铸造尺寸精确的铸件，强度高、耐磨性好，需要变质处理。

汽车、拖拉机的活塞，工作温度≤250℃的零件。

部分铸造铝合金的牌号、代号、主要特点及用途举例（GB/T1173-1995、GB/T15115-94）类别牌号代号主要特点

用途举例

铝铜合金

ZAlCu5Mn

ZL201

铸造性能差，耐蚀性能差，可热处理强化，室温强度高，韧性好，焊接性能、切削性能好，耐热性好

承受中等载荷，工作温