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鋼鑄鐵鋼與鑄鐵對比鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金滑動軸承合金硬質(zhì)合金高分子材料陶瓷材料復合材料功能材料第第節(jié)節(jié)1鋼2.1 鋼按化學成分 非合金鋼 低合金鋼 合金鋼雜質(zhì)元素：煉鋼時難于除盡的雜質(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，在煉鋼時有意加入的元素。非合金鋼：種類多、價格低、工藝性能好、力學性能一般。低合金鋼：有較高的屈服強度、良好的塑性和韌性，

2、良好的焊接性。合金鋼：高強度、高硬度、高耐磨性及特殊的物理和化學性能。主要用于制造各種重要的機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) 牌號標注碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強度值，質(zhì)量等級符號，脫氧方式；例：Q235A表示屈服強度235MPa，質(zhì)量等級為A級的鎮(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) 牌號標注優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：兩位阿拉

3、伯數(shù)字（表示鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分之幾）例：08鋼表示平均碳的質(zhì)量分數(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) 牌號標注碳素工具鋼 ：T+數(shù)字（表示碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）(屬于高碳鋼）例：T8表示平均碳的質(zhì)量分數(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度結(jié)構(gòu)鋼 (二) 牌號標注低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級例：Q390A表示屈服強度390MPa，質(zhì)量為A級的低合金高強度結(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) 牌號標注焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼：Q+最低屈服強度數(shù)值+NH+質(zhì)量等級代號（C、D、E） 應用：橋梁、建筑高耐候性結(jié)構(gòu)鋼：Q+最低屈服強度數(shù)值+GNH 應用：機車車輛、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 滾動軸承鋼 (二) 牌號標注（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字（碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)）+元素符號+數(shù)字（合金元素的質(zhì)量分數(shù)）；例：60Si2Mn：WC=0.6%，Wsi=2%，WMn1.5%.（2）合金工具鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)1%時，牌號前以千分之幾（一位數(shù)）表示；碳的質(zhì)量分數(shù)1%時，不標出碳的質(zhì)量分數(shù)例：9Mn2V：WC=0.9%,WMn=2%,WV1%,WCr1.5%,

6、Ww1.5%, WMn1.5%.（3）滾動軸承鋼：G+鉻元素符合Cr（以千分之幾表示） +其余合金元素+數(shù)字（合金元素的百分數(shù)）； (三) 合金結(jié)構(gòu)鋼特點、應用（1）合金滲碳鋼：表面有高硬度、高耐磨性，心部有較高強度和韌性。例：20Cr，20CrMnMo。 應用：軸、活塞銷、汽車與拖拉機用齒輪。（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，有良好的綜合力學性能，例：40Cr，40CrMnMo。 應用：制造負荷較大的重要零件，如機床主軸、發(fā)動機軸、車軸、連桿及傳動齒輪。（3）合金彈簧鋼：制造截面積較大、屈服強度要求較高的重要彈簧鋼種。例：60Mn。C

7、(三) 合金工具鋼特點、應用（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。 應用：絲錐、拉刀、鉸刀、圓鋸；量規(guī)、精密絲杠。 常用牌號：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。 應用：風動工具、金屬冷剪刀片、沖孔沖頭。 常用牌號：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si（3）高速工具鋼：平均碳的質(zhì)量分數(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。 應用：中速或高速切削工具。 常 用 牌 號 ： 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、應用（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。 應用：冷沖模、冷拔模、冷擠壓模。常用牌號：Cr12MoV、Cr12、9Mn2V、CrWMn（5）熱作模具：高強度、較好的韌性和耐磨性，較好的抗熱疲勞性能。應用：鍛模、壓鑄模。常用牌號：5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V、8Cr3 (三) 特殊性能鋼特點、應用（1）不銹鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)最大不超過1.2%的鋼，鉻的質(zhì)量分數(shù)高，不銹、耐蝕。 應用：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熱強性。 應用：風動工具、金屬冷剪刀片、沖孔沖頭。 (三) 特殊性能鋼特點、應用（3）耐磨鋼：不易進行切削加工，但鑄造性能好。牌號：ZG(表示鑄鋼)+元素符號Mn+含Mn量百分數(shù)例：ZGMn13-1,WMn=13%,序號為1的高錳耐磨鋼 應用：坦克和拖拉機的履帶板、球磨機襯板、挖掘機鏟齒、破碎機牙板、鐵路道岔。(四) 滾動軸承鋼特點、應用特 點 ： 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、高耐壓強度、高疲勞強度等性能

10、。應用：制造滾動軸承中的鋼球、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、應用牌號：HT+灰鑄鐵的最低抗拉強度 例：HT100是最低抗拉強度為100MPa的灰鑄鐵。特點：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。應用：機床床身、床頭箱、各類機器底座。(二) 球墨鑄鐵牌號、應用牌號：QT+最低抗拉強度-最低斷后伸長率 例：QT400-15。特點：力學性能優(yōu)于HT，具有較高的強度和良好的塑性與韌性；鑄造性能低于；“

11、以鐵帶鋼”。應用：汽車、拖拉機或柴油機的連桿、曲軸、凸輪軸、齒輪及渦輪。(二) 蠕墨鑄鐵牌號、應用牌號：RuT+最低抗拉強度 例：RuT420。特點：力學性能高于HT，低于QT；鑄造性能、導熱性能優(yōu)于QT。應用：機床立柱，柴油機汽缸蓋、缸套、排氣管。(二) 可鍛鑄鐵牌號、應用牌號：KTH/KTZ+最低抗拉強度-最低斷后伸長率。特點：不能進行鍛壓加工；力學性能高于HT；低溫韌性好；能源消耗大，成本高。應用：制作形狀復雜、承受沖擊載荷的薄壁中、小型零件。(二) 合金鑄鐵牌號、應用（1）耐磨鑄鐵：不易磨損 牌號：KmTB+合金元素符號+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使用要

12、求。 牌號：HTR/QTR+合金元素符號+數(shù)字 應用：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、電化學腐蝕 牌號：HTS+合金元素符號+數(shù)字 應用：化工機械，如管道、閥門、耐酸泵、反應鍋及容器。對比總結(jié)鋼（碳的質(zhì)量分數(shù)2.11%）使用性能：硬而脆，良好的耐磨性、高消振性，抗拉強度較低，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。應用：用做大型支撐部件,床身、箱體、機架、導軌、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)量分數(shù)不低于99%。特點：密度小，熔點低，良好的導電性和導熱性，耐大氣腐蝕，塑性好、強度低。應用：制造電線、電纜、電器元件、換熱器件及制作質(zhì)輕、導熱、導電、耐大氣腐蝕但強度要求不高的機電構(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：抗拉強度大，比強度高，具有良好的耐腐蝕性和可加工性。鑄造鋁合金特點：具有良好的鑄造性能，但塑性與韌性較低，不能進行壓力加工。鑄造鋁合金應用：質(zhì)量輕、導熱性好，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：很高的導電性和導熱性，抗磁性，抗拉強度、硬度較低，塑性好。 牌號：T+數(shù)字

14、。數(shù)字順序越大，純度越低，有T1、T2、T3三種。 應用：電線、電纜、電子器件、導熱器件、冶煉銅合金的原料。 二）銅合金（1）黃銅：銅+鋅1）普通黃銅牌號：H+數(shù)字（銅的質(zhì)量分數(shù)的百分數(shù)）特點：色澤美觀，具有良好的耐腐蝕性，加工性能較好。應用：H90、H80：裝飾材料、鍍層、藝術(shù)品、獎章、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：H+主加合金元素+平均銅的質(zhì)量分數(shù)+主加合金元素平均質(zhì)量分數(shù)應用：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：B+數(shù)字（鎳的質(zhì)量分數(shù)的百分數(shù)）

15、特點：塑性、耐腐蝕性、耐熱性、特殊的電性能。應用：精密機械零件、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：B+主加合金元素+鎳的質(zhì)量分數(shù)+主加合金元素平均質(zhì)量分數(shù)應用：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：Q+第一主加元素的化學符號及數(shù)字+其他元素符號及數(shù)字應用：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：Zcu+主加元素符號及平均質(zhì)量分數(shù)+其他加入元素符號及平均質(zhì)量分數(shù)應用：制作藝術(shù)品常用的鑄造合金。鈦及鈦合金一）鈦特點：塑性好，比強度高，容易加工成形，耐腐蝕性、抗海水腐蝕性。牌號：TA+順序號，數(shù)字順序越大，純度越低，有TA1、TA2、TA3、TA4三種。應用：飛機骨架、發(fā)動機部件；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：室溫時的強度和高溫下的耐熱性高。牌號：T+合金類別代號+順序號，合金代號分別用A、B、C表示、（+）型鈦合金。應用：型鈦合金