第二章常用工程材料

1、常用工程材料金屬加工Part01Part02Part03Contents目錄P01鐵基金屬材料鐵基金屬材料非鐵基金屬材料非鐵基金屬材料P12非金屬材料非金屬材料P25鋼鑄鐵鋼與鑄鐵對(duì)比鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金滑動(dòng)軸承合金硬質(zhì)合金高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料功能材料第第節(jié)節(jié)1鋼2.1 鋼按化學(xué)成分 非合金鋼 低合金鋼 合金鋼雜質(zhì)元素：煉鋼時(shí)難于除盡的雜質(zhì)。有益元素：硅、錳，有害元素：硫（熱脆）、磷（冷脆）、氫（氫脆）。合金元素：為了改善鋼的某些性能或使之具有某些特殊性能，在煉鋼時(shí)有意加入的元素。非合金鋼：種類多、價(jià)格低、工藝性能好、力學(xué)性能一般。低合金鋼：有較高的屈服強(qiáng)度、良好的塑性和韌性，

2、良好的焊接性。合金鋼：高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性及特殊的物理和化學(xué)性能。主要用于制造各種重要的機(jī)器零件和受力工程結(jié)構(gòu)。一、非合金鋼(一) 分類按含碳量 低碳鋼（0.25%） 中碳鋼（0.25%0.6%） 高碳鋼（0.6%）按質(zhì)量 普通鋼 優(yōu)質(zhì)鋼 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按用途 碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造金屬結(jié)構(gòu)、零件 碳素工具鋼：用于制造刃具、量具、模具 (碳含量0.7%，屬于高碳鋼） (二) 牌號(hào)標(biāo)注碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強(qiáng)度值，質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，脫氧方式；例：Q235A表示屈服強(qiáng)度235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的鎮(zhèn)靜鋼。Q235常用于制作型鋼、鋼筋、螺栓、法蘭盤、焊接結(jié)構(gòu)件。(二) 牌號(hào)標(biāo)注優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：兩位阿拉

3、伯?dāng)?shù)字（表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾）例：08鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 08鋼含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件；45鋼，經(jīng)熱處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，主要用制造齒輪、套筒、軸類零件等；60鋼（65Mn），有較高的彈性極限，用于彈性零件、耐磨零件。(二) 牌號(hào)標(biāo)注碳素工具鋼 ：T+數(shù)字（表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)）(屬于高碳鋼）例：T8表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的碳素工具鋼。T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。T9、T10、T11鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸條等。T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高

4、耐磨性的銼刀、拉絲模具等。二、低合金鋼(一) 分類按質(zhì)量 普通質(zhì)量低合金鋼 優(yōu)質(zhì)低合金鋼 特殊質(zhì)量低合金鋼按使用特性 低合金耐候鋼 低合金專業(yè)用鋼 可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 (二) 牌號(hào)標(biāo)注低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)例：Q390A表示屈服強(qiáng)度390MPa，質(zhì)量為A級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q345HP表示焊接氣瓶用鋼，Q345R表示壓力容器用鋼，Q390G表示鍋爐用鋼，Q420Q表示橋梁用鋼。(二) 牌號(hào)標(biāo)注焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼：Q+最低屈服強(qiáng)度數(shù)值+NH+質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（C、D、E） 應(yīng)用：橋梁、建筑高耐候性結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強(qiáng)度數(shù)值+GNH 應(yīng)用：機(jī)車車輛、建筑、塔架三

5、、合金鋼(一) 分類 工程結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金滲碳鋼 機(jī)械制造鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金彈簧鋼 合金刃具鋼 低合金刃具鋼 高速鋼合金鋼 合金工具鋼 合金模具鋼 冷變形模具 熱變形模具 合金量具鋼 不銹耐酸鋼 特殊性能鋼 耐熱鋼 耐磨鋼 滾動(dòng)軸承鋼 (二) 牌號(hào)標(biāo)注（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)）+元素符號(hào)+數(shù)字（合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；例：60Si2Mn：WC=0.6%，Wsi=2%，WMn1.5%.（2）合金工具鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時(shí)，牌號(hào)前以千分之幾（一位數(shù)）表示；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時(shí)，不標(biāo)出碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)例：9Mn2V：WC=0.9%,WMn=2%,WV1%,WCr1.5%,

6、Ww1.5%, WMn1.5%.（3）滾動(dòng)軸承鋼：G+鉻元素符合Cr（以千分之幾表示） +其余合金元素+數(shù)字（合金元素的百分?jǐn)?shù)）； (三) 合金結(jié)構(gòu)鋼特點(diǎn)、應(yīng)用（1）合金滲碳鋼：表面有高硬度、高耐磨性，心部有較高強(qiáng)度和韌性。例：20Cr，20CrMnMo。 應(yīng)用：軸、活塞銷、汽車與拖拉機(jī)用齒輪。（2）合金調(diào)質(zhì)鋼：在中碳鋼（30、35、40、45、50鋼）基礎(chǔ)上加入一種或幾種合金元素，有良好的綜合力學(xué)性能，例：40Cr，40CrMnMo。 應(yīng)用：制造負(fù)荷較大的重要零件，如機(jī)床主軸、發(fā)動(dòng)機(jī)軸、車軸、連桿及傳動(dòng)齒輪。（3）合金彈簧鋼：制造截面積較大、屈服強(qiáng)度要求較高的重要彈簧鋼種。例：60Mn。C

7、(三) 合金工具鋼特點(diǎn)、應(yīng)用（1）制作刃具和量具：熱處理后變形小，具有高硬度和高耐磨性。 應(yīng)用：絲錐、拉刀、鉸刀、圓鋸；量規(guī)、精密絲杠。 常用牌號(hào)：9SiCr、9Cr2、CrWMn、Cr2、9Mn2V（2）耐沖擊工具：高硬度和高耐磨性，良好的沖擊韌性。 應(yīng)用：風(fēng)動(dòng)工具、金屬冷剪刀片、沖孔沖頭。 常用牌號(hào)：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si（3）高速工具鋼：平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%1.65%，含有W、Mo、Cr、V、Co等貴重元素，具有高硬度和高耐磨性，較高的熱硬性。 應(yīng)用：中速或高速切削工具。 常 用 牌 號(hào) ： W 1 8 C r 4 V 、 W 6 M o 5 C r 4 V

8、 2 、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V2Co8 (三) 合金工具鋼特點(diǎn)、應(yīng)用（4）冷作模具：高硬度和高耐磨性，一定的沖擊韌性和抗疲勞性。 應(yīng)用：冷沖模、冷拔模、冷擠壓模。常用牌號(hào)：Cr12MoV、Cr12、9Mn2V、CrWMn（5）熱作模具：高強(qiáng)度、較好的韌性和耐磨性，較好的抗熱疲勞性能。應(yīng)用：鍛模、壓鑄模。常用牌號(hào)：5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、8Cr3 (三) 特殊性能鋼特點(diǎn)、應(yīng)用（1）不銹鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大不超過1.2%的鋼，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，不銹、耐蝕。 應(yīng)用：10Cr17鋼用于制作建筑裝飾品、家用電器部件、食品用設(shè)備；12Cr18Ni9鋼用于制作裝飾品、耐腐蝕

9、部件；68Cr17用于制作刃具、量具、軸承、醫(yī)用手術(shù)刀片。（2）耐熱鋼：在高溫下具有抗氧化性和高溫?zé)釓?qiáng)性。 應(yīng)用：風(fēng)動(dòng)工具、金屬冷剪刀片、沖孔沖頭。 (三) 特殊性能鋼特點(diǎn)、應(yīng)用（3）耐磨鋼：不易進(jìn)行切削加工，但鑄造性能好。牌號(hào)：ZG(表示鑄鋼)+元素符號(hào)Mn+含Mn量百分?jǐn)?shù)例：ZGMn13-1,WMn=13%,序號(hào)為1的高錳耐磨鋼 應(yīng)用：坦克和拖拉機(jī)的履帶板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟齒、破碎機(jī)牙板、鐵路道岔。(四) 滾動(dòng)軸承鋼特點(diǎn)、應(yīng)用特 點(diǎn) ： 平 均 碳 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 較 高（0.95%1.15%），鋼中鉻的加入量為0.4%1.65%，具有高硬度、高耐磨性、高耐壓強(qiáng)度、高疲勞強(qiáng)度等性能

10、。應(yīng)用：制造滾動(dòng)軸承中的鋼球、鋼柱、鋼針及套圈，也可用來制造高耐磨性的量具、模具、低合金刃具。第第節(jié)節(jié)2鑄鐵鑄鐵（一）分類按碳在鑄鐵中存在的形式 白口鑄鐵 灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵 合金鑄鐵(二) 灰鑄鐵牌號(hào)、應(yīng)用牌號(hào)：HT+灰鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度 例：HT100是最低抗拉強(qiáng)度為100MPa的灰鑄鐵。特點(diǎn)：斷口呈灰色，優(yōu)良的鑄造性能，良好的減摩性和切削加工性，消振性，較低的缺口敏感性。應(yīng)用：機(jī)床床身、床頭箱、各類機(jī)器底座。(二) 球墨鑄鐵牌號(hào)、應(yīng)用牌號(hào)：QT+最低抗拉強(qiáng)度-最低斷后伸長率 例：QT400-15。特點(diǎn)：力學(xué)性能優(yōu)于HT，具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性與韌性；鑄造性能低于；“

11、以鐵帶鋼”。應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)或柴油機(jī)的連桿、曲軸、凸輪軸、齒輪及渦輪。(二) 蠕墨鑄鐵牌號(hào)、應(yīng)用牌號(hào)：RuT+最低抗拉強(qiáng)度 例：RuT420。特點(diǎn)：力學(xué)性能高于HT，低于QT；鑄造性能、導(dǎo)熱性能優(yōu)于QT。應(yīng)用：機(jī)床立柱，柴油機(jī)汽缸蓋、缸套、排氣管。(二) 可鍛鑄鐵牌號(hào)、應(yīng)用牌號(hào)：KTH/KTZ+最低抗拉強(qiáng)度-最低斷后伸長率。特點(diǎn)：不能進(jìn)行鍛壓加工；力學(xué)性能高于HT；低溫韌性好；能源消耗大，成本高。應(yīng)用：制作形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁中、小型零件。(二) 合金鑄鐵牌號(hào)、應(yīng)用（1）耐磨鑄鐵：不易磨損 牌號(hào)：KmTB+合金元素符號(hào)+數(shù)字（2）耐熱鑄鐵：在高溫下使用，抗氧化性和抗生長性能符號(hào)使用要

12、求。 牌號(hào)：HTR/QTR+合金元素符號(hào)+數(shù)字 應(yīng)用：加入的硅、鋁、鉻等元素可形成氧化膜，阻止氣體滲入鑄鐵內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)氧化和生長，工業(yè)加熱爐附件（3）耐蝕鑄鐵：耐化學(xué)、電化學(xué)腐蝕 牌號(hào)：HTS+合金元素符號(hào)+數(shù)字 應(yīng)用：化工機(jī)械，如管道、閥門、耐酸泵、反應(yīng)鍋及容器。對(duì)比總結(jié)鋼（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.11%）使用性能：硬而脆，良好的耐磨性、高消振性，抗拉強(qiáng)度較低，塑性較差?？箟翰豢估?。工藝性能：切削加工性優(yōu)于鋼，具有優(yōu)良的鑄造性能和切削加工性能，低缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能，加工成本低，但不能鍛造，可焊性很差。應(yīng)用：用做大型支撐部件,床身、箱體、機(jī)架、導(dǎo)軌、液壓件。第第節(jié)節(jié)3非鐵基金屬材料鋁及鋁合

13、金(一）鋁組成：平均鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99%。特點(diǎn)：密度小，熔點(diǎn)低，良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，耐大氣腐蝕，塑性好、強(qiáng)度低。應(yīng)用：制造電線、電纜、電器元件、換熱器件及制作質(zhì)輕、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的機(jī)電構(gòu)件。鋁及鋁合金二）鋁合金組成：純鋁+一種或多種其他元素。特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度大，比強(qiáng)度高，具有良好的耐腐蝕性和可加工性。鑄造鋁合金特點(diǎn)：具有良好的鑄造性能，但塑性與韌性較低，不能進(jìn)行壓力加工。鑄造鋁合金應(yīng)用：質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好，耐腐蝕的汽缸體、箱體、活塞、框架、殼體。銅及銅合金一）工業(yè)純銅/加工銅/紫銅/電解銅 特點(diǎn)：很高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，抗磁性，抗拉強(qiáng)度、硬度較低，塑性好。 牌號(hào)：T+數(shù)字

14、。數(shù)字順序越大，純度越低，有T1、T2、T3三種。 應(yīng)用：電線、電纜、電子器件、導(dǎo)熱器件、冶煉銅合金的原料。 二）銅合金（1）黃銅：銅+鋅1）普通黃銅牌號(hào)：H+數(shù)字（銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)）特點(diǎn)：色澤美觀，具有良好的耐腐蝕性，加工性能較好。應(yīng)用：H90、H80：裝飾材料、鍍層、藝術(shù)品、獎(jiǎng)?wù)?、散熱器；H70彈殼、墊片、雷管；H62散熱器、油管、螺母、彈簧2）特殊黃銅牌號(hào)：H+主加合金元素+平均銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用：HSn 90-1制作彈性件、套管、耐腐蝕零件、HSi80-3制作船用零件、水管零件。 二）銅合金（2）白銅：銅+鎳1）普通白銅牌號(hào)：B+數(shù)字（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)）

15、特點(diǎn)：塑性、耐腐蝕性、耐熱性、特殊的電性能。應(yīng)用：精密機(jī)械零件、儀表零件、冷凝器、蒸餾器、熱交換器、電器元件。2）特殊白銅牌號(hào)：B+主加合金元素+鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用：熱電偶、變阻器、加熱器。 二）銅合金（3）青銅：除了黃銅和白銅以外的銅合金牌號(hào)：Q+第一主加元素的化學(xué)符號(hào)及數(shù)字+其他元素符號(hào)及數(shù)字應(yīng)用：QSi3-1制作彈簧、齒輪、蝸桿、蝸輪、電話線、輸電線。（4）鑄造銅合金牌號(hào)：Zcu+主加元素符號(hào)及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他加入元素符號(hào)及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用：制作藝術(shù)品常用的鑄造合金。鈦及鈦合金一）鈦特點(diǎn)：塑性好，比強(qiáng)度高，容易加工成形，耐腐蝕性、抗海水腐蝕性。牌號(hào)：TA+順序號(hào)，數(shù)字順序越大，純度越低，有TA1、TA2、TA3、TA4三種。應(yīng)用：飛機(jī)骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)部件；海水凈化裝置及艦船零部件；熱交換器、泵體、攪拌器。鈦及鈦合金二）鈦合金特點(diǎn)：室溫時(shí)的強(qiáng)度和高溫下的耐熱性高。牌號(hào)：T+合金類別代號(hào)+順序號(hào)，合金代號(hào)分別用A、B、C表示、（+）型鈦合金。應(yīng)用：型鈦合金