机械制造基础课件：常用金属材料

机械制造基础常用金属材料常用金属材料【能力目标】掌握常用金属材料的选用方法。【知识目标】了解工程材料的应用及供应情况，熟悉机械制造常用工程材料的性能和用途。常用金属材料碳素钢碳素工具钢优质碳素工具钢高级碳素工具钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢常用金属材料（一）普通碳素结构钢

普通碳素结构钢内部所含杂质较多，所以质量差些，价格低廉。这种钢可分为以下三类。甲类钢乙类钢特类钢常用金属材料1.甲类钢

国家标准规定，出厂材料只保证机械性能，而不保证化学成分的钢，代号以A表示，其牌号有：A0、A1、A2、⋯、A7，数字表示强度增长的顺序。钢的牌号顺序数字越大，表示强度越大，而塑性则越低。甲类钢的力学性能及应用，见表1-3。常用金属材料常用金属材料2.乙类钢

国家标准规定，出厂材料只保证化学成分，而不保证力学性能的钢，代号以B表示，其牌号有：B0、B1、B2、⋯、B7，数字表示含碳量增长的顺序。这类钢是按化学成分供应的，可以进行热处理。乙类钢的化学成分见表1-4。常用金属材料3.特类钢

国家标准规定，既保证化学成分，又保证力学性能的钢，代号以C表示，其牌号有：C2、C3、⋯、C5，它可以作为优质碳素钢的代用材料，用以制造比较重要的机器零件。常用金属材料（二）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢既保证化学成分又保证力学性能。钢中的有害杂质（如S和P）及其他非金属夹杂物的含量均受到严格的控制，表面质量和内部组织的均匀性都比较好，所以力学性能优良。

优质碳素结构钢根据含锰量的多少，可分为普通含锰量钢（Mn<0.7%）和较高含锰量钢（Mn＝0.7%~1.2%）两类。优质碳素结构钢（普锰或高锰）又按含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。优质碳素结构钢牌号、性能及用途见表1-5、表1-6（课本31、32页）。常用金属材料

常用金属材料

常用金属材料

常用金属材料

常用金属材料二、合金钢

在碳素钢中加入一些合金元素而获得特定性能的钢，称为合金钢。在碳素钢中加入合金元素的目的是：（1）提高钢的力学性能，如强度、硬度和韧性；（2）提高钢的热处理性能；（3）使钢获得某种特殊性能，如耐热、耐蚀性等。

加入钢中的合金元素有：锰、硅、铬、镍、钨、钒、铝、钛、硼等，它们一般都是在熔炼过程中加入的。常用金属材料合金钢按加入合金的总含量不大于5%的称为低合金钢；合金元素总量在5%~10%的称为中合金钢；合金元素总含量大于或等于10%的称为高合金钢。合金钢按用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能合金钢等。常用金属材料（一）合金结构钢

合金结构钢是在碳素结构钢中加入一些合金元素的钢。根据不同的用途，常见的合金钢有以下几种：普通低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢常用金属材料（二）合金工具钢

合金工具钢具有较高的硬度和耐磨性、足够的韧性，热处理变形小和具有耐高温性能。按用途的不同，合金工具钢可分为以下几种：刃具钢量具钢模具钢常用金属材料

常用金属材料

常用金属材料（3）硬质合金。

它是由难熔金属碳化物（碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC）与粘结剂（钴）混合、加压成型后烧结而成的一种合金。硬质合金的耐热温度可达850~1000℃，硬度HRA87~93，耐磨性好，作切削刀具切削速度可达200m/min。硬质合金有三类：钨钴类硬质合金、钨钴钛类硬质合金、钨钴钽钛类硬质合金常用金属材料

常用金属材料3.模具钢

模具钢是用来制造锻模、冲模和压模的。根据模具工作条件之不同，模具钢又分为冷压模具钢和热压模具钢两种。（1）冷压模具钢具有高的硬度和耐磨性，足够的韧性和热处理变形小的特点，尺寸大的模具热处理后也有足够的硬度层。（2）热压模具钢具有高的高温强度（400~500℃），足够的韧性、耐磨性、抗疲劳和抗氧化等特性。常用金属材料（三）特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢。1.不锈钢

不锈钢又称耐酸钢。它在空气、酸、碱、溶液或其他介质中，具有高的化学稳定性，并因生锈量少、生锈速度慢而得名。

常用不锈钢主要有铬钢和铬镍钢，在此基础上根据性能的要求，加入适当的其他合金元素，如锰、钼、硅、钛、钴、铜等。常用金属材料2.耐热钢

耐热钢是指在具有高温条件下不被氧化并保持高强度性能的钢。

这类钢中加入铬、硅、铝等合金元素，可以提高钢的抗氧化能力；

加入钨、钼、钒等合金元素，可以提高钢的高温强度。常用金属材料3.耐磨钢

耐磨钢主要用来制造拖拉机履带、挖掘机的铲斗、破碎机的牙搓板、球磨机的衬板、铁道道岔等，要求能承受强烈的冲击，并有很高的耐磨性。

这种钢含碳量一般在0.9%~1.3%，含锰量在11%~14%。由于具有加工硬化的特点，所以很难对其进行加工，一般采用铸造成型。

水韧处理也是一种热处理（淬火）操作，其方法是把钢加热至1000~1100℃，保温一段时间，然后迅速地把钢浸淬于水中冷却的方法。常用金属材料

常用金属材料四、铝及铝合金

铝的储藏量丰富，是地壳中储量最多的一种元素，约占地壳总质量的8.2%。铝的冶炼相对简单，成本较低，故铝及其合金成为一种应优先发展的有色金属。铝的发展非常迅速，应用非常广泛，用铝及其合金制作的产品已渗入到工业和日常生活中的很多方面。常用金属材料（一）纯铝

纯铝是一种有银白色金属光泽的金属。它的相对密度小（2.72），仅为铁的1/3左右；熔点低（660℃）；导电、导热性优良。纯铝呈面心立方晶格，无同素异构转变。在大气和淡水中具有良好抗蚀性。但在碱和盐的水溶液中表面的氧化膜易破坏，使铝很快被腐蚀。纯铝在低温甚至超低温下具有良好塑性和韧性，在0~253℃塑性和冲击韧性不降低。纯铝具有一系列优良的工艺性能，易于铸造、切削，也易于通过压力加工制成各种规格的半成品。

工业纯铝的强度很低，抗拉强度仅为50MPa，故不宜直接用于结构材料。常用金属材料（二）铝合金

铝与硅、铜、镁、锌、锰等合金元素所组成的铝合金，比工业纯铝具有较高的强度。铝合金不仅可以通过冷变形加工硬化的方法提高其强度，还可以通过“时效硬化”方法进一步提高其强度。

用于制作铝合金的合金元素大致可分为主加元素（硅、铜、镁、锌、锰等）和辅加元素（铬、钛等）两类。主加元素一般具有高溶解度和显著的强化作用，辅加元素的作用是改善铝合金的某些工艺性能，如细化晶粒、改善热处理性能等。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。常用金属材料五、铜及铜合金

铜是应用最广的非铁金属材料，主要用于制造具有导电、导热、耐磨、抗磁、防爆等性能并兼有耐蚀性的器件。

纯铜外观呈紫红色，故又称紫铜。密度为8.98×103kg/m3，熔点为1083℃。纯铜的导电性、导热性、抗磁性好，为面心立方晶格，无同素异构转变。

纯铜抗氧化和水的腐蚀能力强，但在含有二氧化碳的湿空气中表面将产生碱性碳酸盐的绿色铜膜，俗称铜绿。

铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜和白铜3大类。常用金属材料（一）黄铜

黄铜具有良好的机械性能，易加工成型，对大气、海水有相当好的抗蚀能力，是应用最广的重要有色金属材料。

黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类；按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。普通黄铜：Cu-Zn二元合金，为工业用黄铜，Zn含量一般不超过47%。特殊黄铜：在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜，比普通黄铜具