金屬工藝學(xué)：1-4 常用金屬材料

1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

1.4.2常用非鐵合金

1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

1．碳鋼

碳鋼也稱碳素鋼，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2.11%（一般低于1.35%）的鐵碳合金的總稱。常含有錳、硅、磷、硫、氫、氧等雜質(zhì)。按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。按用途可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼（包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素滲碳鋼、碳素調(diào)質(zhì)鋼和碳素彈簧鋼）、碳素工具鋼和鑄鋼。按硫、磷等有害雜質(zhì)的含量可分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼；按退火組織可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。

1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

碳鋼按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼是用作工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的碳素鋼。可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（也叫碳素結(jié)構(gòu)鋼）和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素工具鋼碳：碳素工具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wC=0.65%～1.35%，是用于制造工具的碳素鋼。它的性能特點(diǎn)是：高的硬度、耐磨性；切削工藝性好；淬透性低，易變形；價(jià)格便宜。鑄鋼：用鋼水直接澆注成零件毛坯的鋼稱為鑄鋼，一般用于制造形狀復(fù)雜或大型的，難以鍛造而又要求具有較高的強(qiáng)度和塑性，并承受沖擊載荷的零件。1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

2．合金鋼

合金鋼是為了得到或改善某些性能，在碳素鋼基礎(chǔ)上加入一種或多種合金元素所得到的鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鈷、鋯、銅、硼、稀土等，磷、硫、氮等在某些情況下也可起合金元素作用。合金鋼中由于含有不同數(shù)量和種類的合金元素，再采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧涂梢苑謩e具有較高的強(qiáng)度、韌性、淬透性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性、耐低溫性、紅硬性、磁性等特殊性能。

1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

合金鋼的分類合金鋼按用途可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼；按合金元素總含量可分為低合金鋼（wMe＝5%以下）、中合金鋼（wMe＝5%～10%）和高合金鋼（wMe＝10%以上）；按主要合金元素可分為鉻鋼、鋅鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鋁鋼等；按合金的金相組織可分為鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼以及亞共析鋼、過共析鋼等。

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合金鋼按用途分類：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：合金結(jié)構(gòu)鋼包括低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼。（2）合金工具鋼：合金工具鋼按其用途分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼三類，但各類鋼之間實(shí)際應(yīng)用的界限并不嚴(yán)格。例如，某些低合金刃具鋼除作刀具外，也可作冷沖模具或量具。（3）特殊性能鋼：有些機(jī)器零件，如拖拉機(jī)和坦克的履帶板、挖掘機(jī)鏟齒、破碎機(jī)腭板等，在工作時(shí)承受強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損，要求材料應(yīng)具有很高的韌性和耐磨性。1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

鑄鐵簡(jiǎn)介鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。此外它還含有硅、錳、硫、磷、鉬、鉻、鋁等化學(xué)元素。鑄鐵與鋼的主要區(qū)別：一是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在；二是硫、磷雜質(zhì)多。鑄鐵作為工程材料歷史悠久，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門。由于鑄鐵制造成本低，又有良好的減振性、耐磨性、加工工藝性，在不少應(yīng)用中是不能被替代的。3．鑄鐵1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

鑄鐵的分類鑄鐵的種類很多，可以有不同的分類。目前，工業(yè)中通常是按照鑄鐵中碳的存在形式和石墨的形態(tài)劃分的，有白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。白口鑄鐵中的碳全部或部分以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色；灰鑄鐵中的碳除了少量溶于基體外，其余的全部以石墨形式存在于鑄鐵中?？慑戣T鐵中的碳全部或大部分以團(tuán)絮狀石墨存在；球墨鑄鐵中的碳大部分以球狀石墨形式存在。蠕墨鑄鐵中的碳大部分以蠕蟲狀石墨形式存在。

1.4常用金屬材料1.4.1常用鋼鐵材料

幾種常見的鑄鐵（1）灰鑄鐵：常用來制造各種機(jī)器的底座、機(jī)架、工作臺(tái)、機(jī)身、齒輪箱箱體、閥體及內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋、氣缸體等。（2）可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)高溫、長(zhǎng)時(shí)間的石墨化，使?jié)B碳體在固態(tài)下分解，而獲得的團(tuán)絮狀石墨的鑄鐵。（3）球墨鑄鐵：具有很高的強(qiáng)度、良好的韌性、塑性和切削加工性,焊接性也較好。（4）蠕墨鑄鐵：其石墨很像蠕蟲而命名。它的強(qiáng)度高于灰鑄鐵，韌性和耐磨性良好；鑄造性能與灰鑄鐵相當(dāng)。（5）合金鑄鐵：在鑄鐵中加入一定量的合金元素，生成的特殊性能鑄鐵，稱為合金鑄鐵。1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

1．鋁合金

鋁合金是使用了100多年的傳統(tǒng)材料，目前世界原鋁產(chǎn)量達(dá)1900萬t。其中50%用來制取加工材與深加工產(chǎn)品。目前我國(guó)的鋁合金品種，約為美國(guó)的一半，規(guī)格不足美國(guó)的1/4。傳統(tǒng)的鋁合金有鑄造鋁合金和變形鋁合金兩大類。20世紀(jì)70年代以來，鋁合金方面的發(fā)展有以下幾方面：

?Al-Li系合金

?超塑鋁合金

?粉末冶金鋁合金

?鋁合金功能膜

1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

（1）黃銅以鋅為主要合金元素的銅基合金稱為黃銅。黃銅具有良好的力學(xué)性能、加工成形性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。而且色澤美麗，價(jià)格較低，是重非鐵合金材料中應(yīng)用最廣的金屬材料。黃銅分普通黃銅和特殊黃銅兩大類。黃銅按生產(chǎn)方式分壓力加工黃銅和鑄造黃銅。合金元素加入黃銅后，一般都能提高其強(qiáng)度。2．銅合金

1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

（2）青銅除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅。工業(yè)上常用的青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。錫青銅：以錫為主要添加元素的銅基合金稱錫青銅。錫青銅常用牌號(hào)或代號(hào)有QSn4-3、QSn4-4-4、ZQSn10等。

鋁青銅：以鋁為主要合金元素的銅基合金稱鋁青銅，一般鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5～10.5%。常用牌號(hào)或代號(hào)有QA15、QA19-4、ZCuAl11Fe3Mn2等。

鈹青銅，以鈹為主要合金元素的銅基合金稱鈹青銅。一般鈹?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7%～2.5%。常用代號(hào)有QBe2、QBe2.5等。1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

（3）鈦合金鈦及鈦合金密度?。?.5g/cm3），強(qiáng)度大大高于鋼。比強(qiáng)度和比模量性能突出。鈦的耐腐蝕性能優(yōu)異，是目前耐海水腐蝕的最好的材料。鈦是制造工作溫度在500℃以下，如火箭低溫液氮燃料箱、導(dǎo)彈燃料罐、核潛艇船殼、化工廠反應(yīng)釜等構(gòu)件的重要材料。鈦合金高溫強(qiáng)度差，不宜在高溫中使用。為解決鈦合金的高溫強(qiáng)度，世界各國(guó)正積極研究采用中間化合物即金屬和金屬之間的化合物作為高溫材料。1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

（4）鎳及鎳合金

鎳是重要的戰(zhàn)略性資源。鎳基高溫合金(NickelbasesupeRalloy)用以制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤及葉片，其使用溫度可接近0．757t熔。鎳銅系耐蝕合金可制造高壓充油電纜、油槽、醫(yī)療器材。鎳錳系是電真空材料；鎳中添加硅、鎢或鋯和鈣或鋇可做陰極材料。我國(guó)金川鎳礦的開發(fā)，為鎳基合金(Nickelalloy)發(fā)展提供了必要的條件。

1.4常用金屬材料1.4.2常用非鐵合金

（4）鎂及鎂合金鎂在地殼中含量為2.77%，僅次于鋁和鐵，年產(chǎn)量約40萬t。鎂及鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，比強(qiáng)度、比模量高，抗振能力強(qiáng)