常用結(jié)構(gòu)材料介紹

第五章

常用結(jié)構(gòu)材料簡介鋼鐵碳素鋼合金鋼金屬材料黑色金屬材料有色金屬材料灰口鑄鐵球墨鑄鐵……白口鑄鐵Cu、Al、Ti、Mg合金碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼碳素鋼成分(GB/T13304-91)合金元素CrMnMoNiSiTiWV最大含量／wt.％0.301.000.050.300.500.050.100.04按成分分類低碳鋼中碳鋼高碳鋼普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼wc0.25%wc＝0.25-0.60%wc>0.60%wS0.050%wP0.045%wS0.035%wP0.035%wS0.020%wP0.030%按用途分類碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：Ｑ２３５-Ｂ·b脫氧方法：Ｆ—沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量等級：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ屈屈服點s主要牌號及應(yīng)用牌號Q195Q215Q235Q255Q275主要應(yīng)用舉例受載荷較小的鋼絲、開口銷、釘子、拉桿、焊接件鉚釘、短軸、拉桿、墊圈、滲碳件、焊接件連桿、螺栓、螺母、軸類支架、角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼、焊接件軸類、吊鉤、型鋼軸、齒輪wc＝0.06-0.38%常用熱處理：一般不熱處理，直接使用碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼鋼合金鋼Q235-AFA級沸騰鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：45平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。數(shù)字后加F表示沸騰鋼加Mn表示含Mn量較高。牌號08F、1015、20、25（碳素滲碳鋼）30、35、40、45、50（碳素調(diào)質(zhì)鋼）55、60、65、65Mn（碳素彈簧鋼）性能特點強(qiáng)度低、塑性好強(qiáng)度較低、塑性韌性較好滲碳后獲得表面硬度高、心部韌性好的零件強(qiáng)度、塑性、韌性配合較好經(jīng)調(diào)質(zhì)后可獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能強(qiáng)度高、塑性低淬火中溫回火處理后有較好的彈性應(yīng)用舉例冷沖壓件、焊接件負(fù)載不大的軸、銷、齒輪、墊片及滲碳件軸類、齒輪、緊固件、要求不高的表面淬火件簡單的耐磨件、簡單的彈簧、鋼絲繩等wc＝0.05-0.75%常用熱處理：正火、調(diào)質(zhì)、淬火、回火、滲碳碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼隨含C量提高，強(qiáng)度增大，塑性降低性能調(diào)節(jié)方法：滲碳、回火鋼合金鋼碳素工具鋼牌號：T10A碳平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。數(shù)字后加A表示高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼wc＝0.65-1.35%常用熱處理：球化退火、淬火、低溫回火主要牌號：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13性能特點：熱處理后，硬度、耐磨性高；塑性、韌性低；淬透性差主要應(yīng)用：小截面刃具、模具碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼鋼合金鋼T8MnA，含C%=0.8%、含Mn、高級P、S含量低于一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼鑄造碳鋼牌號：ZG200-400鑄鋼sbwc＝0.15-0.60%主要牌號：ZG200-400,ZG230-450,ZG270-500,ZG310-570,ZG340-640主要應(yīng)用：形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求高、鑄鐵難以滿足的零件碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼鋼合金鋼合金鋼主要合金元素Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn合金元素的主要作用細(xì)化晶粒固溶強(qiáng)化（形成合金滲碳體或特殊碳化物）提高淬透性提高回火穩(wěn)定性獲得室溫奧氏體（奧氏體不銹鋼）合金鋼調(diào)質(zhì)鋼機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼鍋爐用鋼造船用鋼刃具鋼彈簧鋼軸承鋼易切削鋼耐候鋼模具鋼量具鋼高強(qiáng)度鋼耐蝕鋼耐熱鋼特殊性能鋼耐磨鋼碳素鋼鋼合金鋼工程結(jié)構(gòu)鋼成分特點低含碳量（wc<0.2%）

根據(jù)不同要求添加合金元素，總量<3%用途建筑、船舶、橋梁、運(yùn)輸工具、高壓容器、軍工性能要求一定的綜合力學(xué)性能和屈強(qiáng)比良好的壓力加工和焊接性能耐侯性和耐冷脆性級別300MPa350MPa400MPa450MPa500MPa650MPa牌號12Mn09MnNb16Mn12MnPRe16MnNb10MnNbRe14MnVTiRe15MnVN14MnMoVBRe18MnMoNb14CrMnMoVB用途船舶、低壓鍋爐、容器、油罐橋梁、車輛船舶、橋梁、車輛、大型容器、大型鋼結(jié)構(gòu)、起重機(jī)械建筑結(jié)構(gòu)、船舶、化工容器橋梁、起重機(jī)港口工程結(jié)構(gòu)、造船、石油井架橋梁、高壓容器、電站設(shè)備、大型船舶大型焊接結(jié)構(gòu)、大橋、造船、車輛中溫高壓容器(<500C)鍋爐、化工、石油的高壓厚壁容器(<500C)中溫高壓容器(400~560C)我國幾種低合金高強(qiáng)度鋼的用途機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼調(diào)質(zhì)鋼成分特點中含碳量（wc=0.30~0.50%）

添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性，固溶強(qiáng)化添加少量Mo、W、V等細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性用途軸、桿類零件、齒輪、鏈條等性能要求優(yōu)良的綜合力學(xué)性能良好的淬透性牌號40Cr40MnB35CrMo40CrNi40CrNiMoA40CrMnMo45CrNiMoVA用途軸類、連桿螺栓、進(jìn)氣閥、重要齒輪中小截面調(diào)質(zhì)件大截面齒輪、重型傳動軸、大電機(jī)主軸強(qiáng)度高、韌性好的零件，如軸、齒輪、鏈條大截面受沖擊零件，如偏心軸、曲軸大截面重負(fù)荷齒輪、軸高強(qiáng)度高彈性零件，如車輛扭力軸常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號及其用途(軸)主要熱處理：淬火+高溫回火機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼彈簧鋼軸承鋼滲碳鋼成分特點低含碳量(wc=0.10~0.25%)

添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性，固溶強(qiáng)化添加少量Mo、W、V、Ti等形成穩(wěn)定碳化物，細(xì)化晶粒用途軸、齒輪、蝸桿、活塞銷等性能要求

表面良好的耐磨性高強(qiáng)度、高硬度

心部良好的韌性牌號20CrMnTi20MnTiB20Cr2Ni418Cr2Ni4WA20CrMn20Mn220Cr用途廣泛用于汽車、拖拉機(jī)工業(yè)30mm直徑以下的高速、中重載沖擊磨損件，如變速箱齒輪汽車拖拉機(jī)上小截面、中等負(fù)荷齒輪傳動齒輪、軸、萬向叉大齒輪、花鍵軸、曲軸齒輪、軸、蝸桿、活塞銷、摩擦輪小齒輪、小活塞銷小齒輪、小軸、活塞銷常用合金滲碳鋼的牌號及其用途（齒輪）主要熱處理：滲碳+淬火+低溫回火機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼彈簧鋼軸承鋼彈簧鋼成分特點中含碳量（wc=0.50~0.70%）

添加Cr、V、Mn、Si增加淬透性，固溶強(qiáng)化，提高回火穩(wěn)定性用途彈簧性能要求

高彈性極限和屈強(qiáng)比

高疲勞強(qiáng)度良好的綜合力學(xué)性能牌號65Mn60Si2Mn55CrMnA60Si2CrVA50CrVA30W4Cr2VA用途大尺寸的各種彈簧車輛板簧、螺旋彈簧、安全閥用彈簧，低于250C耐熱彈簧大尺寸板簧、螺旋彈簧高載荷耐沖擊彈簧、工作溫度低于250C耐熱彈簧大截面高應(yīng)力螺旋彈簧，低于300C耐熱彈簧500C下工作彈簧、鍋爐安全閥用彈簧常用合金彈簧鋼的牌號及其用途主要熱處理：淬火+中溫回火，獲得回火索氏體組織。表面噴丸強(qiáng)化機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼彈簧鋼軸承鋼軸承鋼成分特點高含碳量（wc=0.90~1.10%）

添加Cr（wCr=0.50～1.65%）提高淬透性，細(xì)化碳化物用途軸承的滾珠、滾針、套圈，某些工具、量具、模具性能要求

高硬度、高耐磨性高接觸疲勞強(qiáng)度和彈性極限良好的綜合力學(xué)性能牌號GCr9GCr15GSiMnVGSiMnMoVGCr6GCr15SiMn用途較小尺寸軸承件大型機(jī)械軸承，高耐磨、高疲勞軸承汽車、拖拉機(jī)、軋鋼機(jī)用軸承汽車、拖拉機(jī)、軋鋼機(jī)用軸承小尺寸軸承件大型機(jī)械軸承，高耐磨、高疲勞軸承常用滾動軸承鋼的牌號及其用途主要熱處理：正火、球化退火、不完全淬火+低溫回火、冷處理機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼彈簧鋼軸承鋼合金工具鋼分類合金刃具鋼合金模具鋼合金量具鋼低速刃具鋼高速鋼冷作模具鋼熱作模具鋼性能要求

高硬度高耐磨性高紅硬性適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、韌性

高強(qiáng)度、高硬度高耐磨性足夠的韌性

高強(qiáng)度、高硬度高耐磨性足夠的韌性

抗熱疲勞性、抗氧化性、導(dǎo)熱性

高強(qiáng)度、高硬度高耐磨性；

組織穩(wěn)定性最終熱處理及組織淬火+低溫回火M’+合金碳化物+’淬火＋560C三次回火M’+合金碳化物+’淬火+低溫回火M’+合金碳化物+’淬火+高溫回火S’或T’淬火+低溫回火+深冷處理M’主要鋼種舉例9SiCr,8MnSi,Cr06,Cr2,W,9Cr2W18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12MoV,Cr12,CrWMn,9Mn2V,Cr4W2MoV,6W6Mo5Cr4V5CrNiMo,5CrMnMo,3Cr2W8V,4Cr5MoSiV,5Cr4W5Mo2V9SiCr,CrWMn,GCr15,T10A,T12A說明：含碳量用千分?jǐn)?shù)表示，wc>1.0%時不標(biāo)注。高速鋼不標(biāo)注含碳量合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼碳素鋼鋼合金鋼刃具鋼模具鋼量具鋼特殊性能鋼超高強(qiáng)度鋼耐磨鋼易削鋼耐熱鋼耐蝕鋼性能要求高強(qiáng)度合適的塑性高疲勞強(qiáng)度一定的沖擊韌性和斷裂韌性承受嚴(yán)重沖擊和摩擦良好切削性熱強(qiáng)性抗氧化性耐腐蝕主要種類或成分特點低合金中碳馬氏體型中合金低碳馬氏體型中合金中碳二次硬化型高合金超低碳馬氏體時效鋼高錳鑄鋼(受沖擊后表面產(chǎn)生加工硬化)提高S、P含量加S、Se、Te等改變非金屬夾雜物的組成加Pb形成金屬夾雜奧氏體耐熱鋼鐵素體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼珠光體耐熱鋼奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼馬氏體不銹鋼主要鋼種舉例30CrMnSiNi2A40Cr5MoSiV1(H13)25Si2Mn2CrNiMoVANi25Ti2AlNbZGMn8ZGMn13Y12、Y20、Y40Mn、YP40、Y35S、Y40CrS、YP12CrNi,YP30CrMo1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr131Cr11MoV1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr13,2Cr133Cr13,4Cr13合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼高強(qiáng)度鋼耐蝕鋼耐熱鋼特殊性能鋼耐磨鋼碳素鋼鋼合金鋼易切削鋼鑄鐵分類、特點及應(yīng)用分類成分/wt.%組織性能應(yīng)用牌號灰口鑄鐵C:2.5-4.0Si:1.0-3.0Mn:0.5-1.2S:<0.15P:<0.12抗拉強(qiáng)度低、壓縮強(qiáng)度高塑性、韌性低減摩、減震性好缺口敏感性好機(jī)床床身，發(fā)動機(jī)缸體，箱體，閥體，泵體等HT100HT150HT200HT250HT300HT350球墨鑄鐵C:3.6-3.9Si:2.0-2.8Mn:0.3-0.6S:<0.07P:<0.10具有灰鐵基本性能

抗拉強(qiáng)度高、屈服強(qiáng)度高

有一定塑性、韌性

疲勞強(qiáng)度較高曲軸，連桿，凸輪軸，飛輪，機(jī)器底座，汽缸等QT400-18QT450-10QT500-7QT700-2QT900-2蠕墨鑄鐵C:3.5-3.9Si:2.2-2.8Mn:0.4-0.8S:<0.10P:<0.10介于灰鐵和球鐵之間

導(dǎo)熱性，鑄造性能，切削加工性能好制動盤，排氣管，汽缸蓋，活塞環(huán)等RuT200RuT300RuT340RuT380RuT420其它鑄鐵：可鍛鑄鐵，冷硬鑄鐵，耐磨鑄鐵，耐熱鑄鐵，耐蝕鑄鐵紫銅純銅(紫銅)FCC=8.94g/cm3Tm=1083C性能特點塑性好，可進(jìn)行各種冷熱加工導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕無磁性強(qiáng)度低，b=230-240MPa牌號應(yīng)用舉例純銅T1T2導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕器件，如電線、雷管等。T3電器開關(guān)、鉚釘?shù)葻o氧銅TU1TU2電真空器件脫氧銅TP1TP2汽油、氣體冷凝管等焊接用銅材黃銅

Cu-Zn基合金，wZn=0~50wt%

易加工成形良好的機(jī)械性能耐大氣、海水腐蝕色澤美麗，價格低廉普通黃銅特殊黃銅鑄造黃銅牌號H96、H90、H80、H68、H65、H62、H59HSn90-1、HSn62-1HAl60-1-1、HMn58-2、HPb63-3ZCuZn38、ZCuZn40Mn2、ZCuZn38Al2、ZCuZn33Pb2應(yīng)用舉例散熱器、冷凝器管道、電器、機(jī)器零件、墊圈、彈簧、螺釘?shù)却傲慵⒑Ｋ泄ぷ鞯母邚?qiáng)度零件、弱電工業(yè)用零件等一般結(jié)構(gòu)耐腐蝕零件、海水中工作的管配件、電機(jī)儀表用壓鑄件、機(jī)械、電子、儀器配件等青銅

以Zn、Ni外的其他元素作為主要合金元素的Cu合金錫青銅：QSn4-3,QSn7-0.2

具有高強(qiáng)度、耐磨性和彈性

適用于制造彈性元件、滑動軸承、齒輪及藝術(shù)品鋁青銅：QAl9-4,QAl10-4-4

價格低，是重要的結(jié)構(gòu)材料適用于制造齒輪、軸套等零件鈹青銅：QBe2,QBe1.7

高強(qiáng)度、高彈性、高疲勞強(qiáng)度；良好的耐磨性、抗腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱無沖擊火花可以時效強(qiáng)化，是優(yōu)良的彈性材料可制造高級精密彈簧、膜片、軸承、齒輪等鋁合金純鋁銀白色，2.7g/cm3，F(xiàn)CC，Tm=660.24C

強(qiáng)度低，導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)良，僅次于Ag、Cu

主要用于制造電線、電纜鋁合金主要合金元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn

一般用作結(jié)構(gòu)材料平衡相Al2Cu正方結(jié)構(gòu)，完全脫離母相，喪失了與基體的共格關(guān)系，合金硬度、強(qiáng)度下降A(chǔ)l-Cu合金的時效序列固溶處理后：Al(Cu)過飽和固溶體時效序列：Al(Cu)G.P.區(qū)’’’欠時效時效峰值過時效G.P.區(qū)’經(jīng)淬火后的鋁合金強(qiáng)度、硬度隨時間延長而發(fā)生顯著提高，稱之為時效，或時效硬化實質(zhì)是第二相Al2Cu從過飽和固溶體中沉淀的過程富銅區(qū)。銅原子在(100)晶面上偏聚，呈圓片狀正方結(jié)構(gòu)，’在(001)面上與基體鋁共格鋁合金應(yīng)用鋁合金功放面板鋁合金發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉輪鋁合金散熱器鋁合金支架鋁鉸鏈鋁合金型材鋁鋰合金模鍛件鈦及鈦合金純鈦

4.54g/cm3，Tm=1668C

室溫~882.5C:HCP(-Ti)

882.5C~熔點:BCC(-Ti)

強(qiáng)度低，韌性、塑性好鈦合金主要應(yīng)用航空、航天、機(jī)械、醫(yī)療、化工以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等為代表的高強(qiáng)鈦合金減輕了結(jié)構(gòu)重量，提高了戰(zhàn)機(jī)作戰(zhàn)性能飛機(jī)鈦合金接頭飛機(jī)活動腹鰭前接頭飛機(jī)承力框異型筒狀零件超高強(qiáng)鈦合金鈦合金機(jī)翼接頭鈦合金應(yīng)用水泥、混凝土水泥(Cement)——可通過化學(xué)反應(yīng)將顆粒黏結(jié)成整體的物質(zhì)混凝土(Concrete)—由水泥將顆粒(石子、沙子)黏結(jié)成的一個整體混凝土力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度、比強(qiáng)度、塑性低價廉、加工性好、節(jié)能……燒結(jié)產(chǎn)物為磚鋁酸鈣鐵鋁酸鈣成分石灰石C粘土S2AH2氧化鐵F石灰石/粘土=3/1加氧化鐵可降低熔點，降低窯爐溫度石灰石+粘土+氧化鐵燒結(jié)1500CC3A+C2S+C3S+C4AF+CO2硅酸三鈣石,A-水泥石斜硅鈣石,B-水泥石水化反應(yīng)層水泥水泥凝膠層混合水化反應(yīng)相互銜接的脊柱硬化反應(yīng)實際強(qiáng)度來自于硬化反應(yīng)及其所形成的相互銜接的脊柱水泥強(qiáng)度水化反應(yīng)硬化反應(yīng)陶瓷——廣義定義為無機(jī)非金屬材料，一般認(rèn)為必須含晶相氧化鋁Al2O3高強(qiáng)度、高硬度、高剛度、高熱穩(wěn)定性氧化鎂MgO高熱穩(wěn)定性多鋁紅柱石Al6Si2O13低熱膨脹系數(shù)、高熱穩(wěn)定性石英SiO2低密度、透明氧化鋯ZrO2高韌性金剛石C極高強(qiáng)度、極高硬度、極高剛度、低熱膨脹系數(shù)、透明石墨C極高強(qiáng)度、極高剛度、低熱膨脹系數(shù)金剛砂SiC高強(qiáng)度、高硬度、高剛度碳化鎢WC高強(qiáng)度、高硬度氮化硼B(yǎng)N極高強(qiáng)度、極高硬度、極高剛度氮化硅Si3N4高強(qiáng)度、高硬度、高剛度、高熱穩(wěn)定性氧化物碳化物氮化物玻璃玻璃的三種主要用途示例窗玻璃、液晶顯示器、光纖應(yīng)用民用——建筑玻璃、汽車擋風(fēng)玻璃、裝飾玻璃等光學(xué)——透鏡、濾光片等高科技——光纖、光存、