金屬材料的性能

機械工程材料金屬材料鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素工具鋼：優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼合金鋼碳素鋼合金結(jié)構(gòu)鋼：低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼

合金工具鋼：量具用鋼、刃具用鋼、模具鋼

特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼非鐵材料（有色金屬）鋼鐵材料（黑色金屬）鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵、合金鑄鐵銅及銅合金：純銅、黃銅、青銅鋁及鋁合金：純鋁、變形鋁合金、鑄造鋁合金非金屬材料：塑料、橡膠、陶瓷復(fù)合材料：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料常用機械工程材料分類鑄鐵的五大元素鑄鐵類別CSiMnPS碳硅錳磷硫注：表中使用“紅色”字體書寫的元素符號為鑄鐵中有害

元素。灰鑄鐵普通灰鑄鐵：粗片狀石墨孕育鑄鐵：細(xì)片狀石墨可鍛鑄鐵：團絮狀石墨球墨鑄鐵：球狀石墨蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀石墨按石墨形狀分按基體組織分鐵素體基體灰鑄鐵珠光體基體灰鑄鐵鐵素體+珠光體基體灰鑄鐵金屬材料的性能力學(xué)性能物理性能工藝性能使用性能鑄鐵材料的性能灰鑄鐵力學(xué)性能抗拉強度抗壓強度抗彎強度斷后伸長率硬度抗剪強度抗扭強度拉伸彈性模量泊松比斷裂韌度高低溫力學(xué)性能沖擊性能疲勞極限灰鑄鐵物理性能密度比熱容線脹系數(shù)熱導(dǎo)率磁性能電阻率粘度灰鑄鐵工藝性能鑄造性能1.流動性

2.收縮性

3.鑄造應(yīng)力

4.斷面敏感性切削性能焊補性能灰鑄鐵使用性能耐磨性2.減振性3.耐熱疲勞性能4.抗氧化、抗生長性5.致密性球墨鑄鐵力學(xué)性能常溫性能高溫性能低溫性能1.硬度

2.強度和塑性

3.彈性模量

4.沖擊韌度

5.小能量多次沖擊韌度

6.疲勞強度

7.斷裂韌度

8.疲勞裂紋擴展門坎值和疲勞

裂紋擴展速度1.硬度

2.高溫短時力學(xué)性能

3.蠕變和持久強度

4.調(diào)溫疲勞強度球墨鑄鐵物理性能線脹系數(shù)熱導(dǎo)率比熱容熔化潛熱電阻率磁性減振性及聲學(xué)性能表面張力粘度密度球墨鑄鐵工藝性能1.流動性

2.收縮傾向

3.裂紋傾向鑄造性能壓力加工性能切削性能焊補性能1.普通球墨鑄鐵

焊條及工藝

2.重稀土鎂球墨鑄鐵焊條

3.低碳鋼芯球墨鑄鐵用焊條

4.含釩焊條(1)氣焊(2)電焊球墨鑄鐵使用性能潤滑磨損磨料磨損干磨損耐蝕性耐磨性耐熱性蠕墨鑄鐵性能力學(xué)性能

(常溫)物理性能工藝性能使用性能

1.抗拉強度

2.斷后伸長率

3.硬度

4.疲勞性能

5.彈性模量

6.沖擊韌度ak密度

線脹系數(shù)鑄造性能切削性能焊補性能1.流動性能

2.收縮性

3.鑄造應(yīng)力

4.白口傾向

5.斷面敏感性1.致密性

2.耐磨性

3.耐熱疲勞性能

4.抗氧化、抗生長性能

5.減振性

6.耐腐蝕性可鍛鑄鐵性能使用性能工藝性能物理性能力學(xué)性能1.常溫性能

2.高、低溫性能1.耐磨性

2.耐蝕性

3.耐熱性

4.減振性1.鑄造性能

2.切削加工性能

3.焊接性能1.密度

2.比熱容

3.熱導(dǎo)率

4.線脹系數(shù)

5.電阻率

6.最大磁導(dǎo)率

7.飽和磁感強度

8.磁滯損失

9.剩余磁感應(yīng)強度

10.矯頑力1.流動性

2.線收縮3.縮孔和縮松傾向性

4.應(yīng)力和裂紋傾向性常用鑄鐵的牌號、抗拉強度、伸長率及應(yīng)用舉例鑄鐵名稱代號牌號表示方法實例灰鑄鐵HTHT100蠕墨鑄鐵RuTRuT400球墨鑄鐵QTQT400-17黑心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵KHTKBTKZTKHT300-06KBT350-04KZT450-06耐磨鑄鐵MTMTCu1PTi-150抗磨白口鑄鐵抗磨球墨鑄鐵KmBTKmQTKmBTMn5Mo2CuKmQTMn6冷硬鑄鐵LTLTCrMoR耐蝕鑄鐵耐蝕球墨鑄鐵STSQTSTSi15RSQTAl15Si5耐熱鑄鐵耐熱球墨鑄鐵RTRQTRTCr2RQTA16奧氏體鑄鐵AT—鑄鐵名稱、代號及牌號表示方法類別組織特征斷口特征成分特征性能特征工程結(jié)構(gòu)件用鑄鐵1.灰鑄鐵(普通灰鑄鐵、高強度灰鑄鐵、低合金減磨鑄鐵）

基體+片狀

石墨灰口僅含C、Si

、Mo、P、S五大元素或外加少量合金元素σb=150-400MPa

基本上無塑性2.球墨鑄鐵基體+球狀石墨灰口（銀白色斷口）1.

普通五元素成外加不同的合金元素2.?（Mg殘≥0.03%、?（RE殘）≥0.02%σ

b：400~900MPa

δ：2%~20%ak:15~120J/Cm3.蠕墨鑄鐵基體+蠕蟲狀石墨（往往伴有球狀石墨）灰口（斑點狀斷口同球墨鑄鐵，但Mg殘及RE殘量可稍低σ

b、δ比球墨鑄鐵低，但高于灰鑄鐵4.可鍛鑄鐵生坯：珠光體+萊氏體

退火后：基體+團絮狀石墨生坯：白口

退火后：灰口（黑色絨狀斷口）低碳、低硅、

?

（Cr)＜0.06%σ

b：

300~700MPa

δ：2%~210%灰鑄鐵的分類（GB/T9439—1988）灰鑄鐵的分類（GB/T9439—1988）類別組織特征斷口特征成分特征性能特征特種性能鑄鐵5.

抗磨鑄鐵基體+不同類型

的滲碳體白口（抗磨球墨鑄鐵例外）除五大元素外，可加入低、中、高量合金元素有高的抗磨性能，但韌度較低6.冷硬鑄鐵表層：基體+滲碳體

內(nèi)層：基體+各類石墨表層白口內(nèi)層灰口除五大元素外，可加入不同的合金元素外層耐磨、內(nèi)層強度較高7.耐熱鑄鐵基體+片狀或球狀石墨灰口有Si

、Al、Cr系（中硅、高鋁、中硅、高鉻等鑄鐵）有高的耐熱性及抗氧化性能，但強度較低、較脆8

.耐磨鑄鐵基體+片狀或球狀石墨灰口主要合金元素Si、Ni含量高有高的耐腐蝕性能(續(xù))灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（GB/T9439—1988）

牌號鑄件壁厚

/mm抗拉強度

σb/MPa硬度HBS顯微組織

用途舉例

基體石墨HT1002.5～10

10～20

20～30

30～50

130

100

9080最大不超過170

F+P（少）

粗片

低載荷和不重要的零件，如蓋、外罩、手輪、支架、重錘等HT1502.5～10

10～20

20～30

30～50

175

145

130

120

150～

200F+P較粗片

承受中等應(yīng)力（抗彎應(yīng)力＜100MPa）的零件，如支柱、底座、齒輪箱、工作臺、刀架、端蓋、閥體、管路附件及一般無工作條件要求的零件灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（GB/T9439—1988）續(xù)

牌號鑄件壁厚

/mm抗拉強度

σb/MPa硬度HBS顯微組織

用途舉例

基體石墨HT2002.5～10

10～20

20～30

30～50

220

195

170

160

170～

200P中等片狀

承受較大應(yīng)力（抗彎應(yīng)力＜300MPa）

和較重要零件，如汽缸體、齒輪、機座、飛輪、床身、缸套、活塞、剎車輪、聯(lián)軸器、齒輪箱、軸承座、液壓缸等

HT2504.0～10

10～20

20～30

30～50

270

240

220

200

190～

240細(xì)珠光體較細(xì)片狀灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（GB/T9439—1988）續(xù)

牌號鑄件壁厚

/mm抗拉強度

σb/MPa硬度HBS顯微組織

用途舉例

基體石墨HT30010～20

20～30

30～50

290

250

230210～

260索氏體或托氏體細(xì)小片狀

承受高彎曲應(yīng)力（小于500MPa）及抗拉應(yīng)力的重要零件，如齒輪、凸輪、車床卡盤、剪床和壓力機的機身、床身、高壓液壓缸、滑閥殼體等HT35010～20

20～30

30～50

340

290

260

230～

280名稱牌號試樣直徑d/mm抗拉強度σb/MPa斷后伸長率δ

(%)可

鍛鑄鐵KTH300—06/A12或153006KTH300—08/B3308KTH350—10/A35010KTH370—12/B37012黑心可鍛鑄鐵的牌號及力學(xué)性能（GB/T9440—1988）名稱牌號試樣直徑d/mm抗拉強度σb/MPa斷后伸長率δ

(%)珠光體可

鍛鑄鐵KTZ450—0612或154506KTZ550—045504KTZ650—026502KTZ700—027002黑心可鍛鑄鐵的牌號、抗拉強度伸長率名稱牌號應(yīng)用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300—06管路連接件：彎頭、三通、管堵中壓閥門：閥體紡織機械：盤頭、龍筋、平衡錘、軋頭手工具：板手、推把KTH300—08KTH350—10線路金具：楔子、卡子、線夾體、鐵帽建筑腳手架：扣件農(nóng)機：犁刀、犁柱、車輪殼車輛：轉(zhuǎn)向節(jié)殼、板簧支座、支架KTH370—12可鍛鑄鐵的應(yīng)用摘自鑄造工藝手冊（鑄鐵）可鍛鑄鐵的應(yīng)用摘自鑄造工藝手冊（鑄鐵）名稱牌號應(yīng)用舉例珠光體可鍛鑄鐵KTZ450—06游艇工具用具高噸位鐵帽KTZ550—04KTZ650—02發(fā)動機連桿、小曲軸、搖臂耙片、棘輪、傳動鏈KTZ700—02白心可鍛鑄鐵各牌號需施焊的管路連接件（續(xù)）白心可鍛鑄鐵的牌號、抗拉強度、伸長率名稱牌號試樣直徑

d/mm抗拉強度σb/MPa斷后伸長率δ

(%)

可鍛鑄鐵KTB350-04123504KTB380-121238012KTB400-05124005KTB450-07124507球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1348—1988）

牌號基體組織力學(xué)性能

用途舉例

σ

b/MPa

σr0.2/

MPa

δ(%)

硬度HBS

QT400-18鐵素體

不小于承受沖擊、振動的零件，如汽車、拖拉機的輪轂、驅(qū)動橋殼、差速器殼、撥叉，農(nóng)機具零件，中低壓閥門，上、下水及輸氣管道，壓縮機上高低壓汽缸，電機機殼，齒輪箱，飛輪殼等

400250

18130~180QT400-15400250

15130~180QT450-1045031010160~

210QT500-7鐵素體+珠光體

5003207170~

230機器座架、傳動軸、飛輪，內(nèi)燃機的機油泵齒輪、鐵路機車車輛軸瓦等

球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1348—1988）

續(xù)牌號基體組織力學(xué)性能

用途舉例σ

b/MPa

σr0.2/

MPa

δ(%)

硬度HBS

QT600-3鐵素體不小于載荷大、受力復(fù)雜的零件，如汽車、拖拉機的曲軸、連桿、凸輪軸、氣缸套，部分磨床、銑床、車床的主軸，機床蝸桿、蝸輪，軋鋼機軋輥、大齒輪，小型水輪機主軸，氣缸體，橋式超重機大小滾輪等600370

3190~270QT700-2700420

2225~305QT800-28004802245~

335QT900-2鐵素體+珠光體

9006002280~

360高強度齒輪，如

汽車后橋螺旋錐

齒輪，大減速器

齒輪，內(nèi)燃機曲

軸、凸輪軸等蠕墨鑄鐵牌號、抗拉強度和伸長率名稱牌號抗拉強度σb/MPa斷后伸長率δ

(%)主要基體組織

蠕墨鑄鐵RuT4203350.75珠光體RuT3803000.75珠光體RuT3402701.0珠光體+鐵素體RuT3002401.5鐵素體+珠光體RuT2601953鐵素體各種牌號蠕墨鑄鐵的性能特點和應(yīng)用舉例牌號性能特點應(yīng)用舉例RuT420RuT380強度高，硬度高，具有高耐磨性，鑄件材質(zhì)中需加入合金元素或經(jīng)正火熱處理，適用于制造強度和耐磨性高的鑄件活塞環(huán)，氣缸套，制動盤，玻璃模具，剎車鼓，鋼珠研磨盤，吸淤泵體等RuT340強度、硬度較高，具有較高的耐磨性和熱導(dǎo)率，適用于制造要求較高強度、剛度及要求耐磨的零件帶導(dǎo)軌面的重型機床件、大型龍門銑橫梁，大型齒輪箱體、蓋、座、剎車鼓、飛輪、玻璃模具，超重機卷筒、燒結(jié)機磨板、液壓閥體RuT300強度和硬度適中，有一定的塑韌性，熱導(dǎo)率較高，致密性較好，適用于制造要求較高強度及承受疲勞的零件排氣管、變速箱體、氣缸蓋、紡織機零件、液壓件、鋼錠模，某些小型燒結(jié)機蓖條等RuT260強度一般、硬度較低、有較高的塑韌性和熱導(dǎo)率，鑄件一般需退火處理，適用于制造承受沖擊負(fù)荷及熱疲勞的零件增壓器廢氣殼體、汽車、拖拉機的某些底盤零件鑄鋼的牌號、抗拉強度和伸長率（GB/11352—1989）名稱鑄鋼牌號抗拉強度σb/MPa斷后伸長率δ

(%)斷面收縮率ψ(%)鑄造碳鋼ZG200—4002002540ZG230—4502302232ZG270—5002701825ZG310—5703101521ZG340—6403401018碳素鑄鋼的成分、機械性能及應(yīng)用鑄鋼牌號

化學(xué)成分%機械性能應(yīng)用舉例

CMn

Si

σ

sMPa

σ

bMPa

δ

5%ψ%

akkJ/㎡

ZG150.12—0.220.35—0.650.20—0.452004002540600機座、變速箱殼ZG25

0.22—0.320.50—0.800.20—0.452404502032450機座、錘輪、箱體ZG350.32—0.42

0.50—0.800.20—0.452805001625350飛輪、機架、蒸汽錘、水壓機、工作缸、橫梁碳素鑄鋼的成分、機械性能及應(yīng)用鋼號

化學(xué)成分%機械性能應(yīng)用舉例CMn

Si

σ

sMPa

σ

bMPa

δ

5%ψ%

akkJ/㎡

ZG450.42—0.520.50—0.800.20—0.453205801220300聯(lián)軸器、氣缸、齒輪、齒輪圈ZG55

0.52—0.620.50—0.800.20—0.453506501018200起重運輸機中齒輪、聯(lián)軸器及重要的機件

常用鑄造鋁合金的牌號（代號）成分、力學(xué)性能及用途類別牌號代號化學(xué)成分

W（%）

力學(xué)性能

用途舉例

Si

CuMg

Mn

其它Alσb

/MPaδ

(%)鋁硅合金ZAlSi12

ZL102

10.0～13.0

余量形狀復(fù)雜、低載的薄壁零件，如儀表、水泵殼體，船舶零件等

ZAlSi5Cu1Mg

ZL1054.5～5.5

1.0～1.5

0.4～0.6

余量工作溫度225℃以下的發(fā)動機曲軸箱、汽缸體、蓋等、常用鑄造鋁合金的牌號（代號）成分、力學(xué)性能及用途類別牌號代號化學(xué)成分

W（%）

力學(xué)性能

用途舉例

Si

Cu

Mg

Mn

其它Al

σb

/MPaδ

(%)鋁銅合金ZAlSi12

ZL2014.5～5.3

0.6～1.0

Ti0.15～0.35余量工作溫度<300℃的零件，如內(nèi)燃機氣缸頭、活塞

(續(xù))常用鑄造鋁合金的牌號（代號）成分、力學(xué)性能及用途類別牌號代號化學(xué)成分

W（%）

力學(xué)性能

用途舉例

Si

CuMg

Mn

其它Alσb

/MPaδ

(%)鋁鎂合金ZAlMg10

ZL3019.5～11.5

余量920形狀復(fù)雜、低載的薄壁零件，如儀表、水泵殼體，船舶零件等

ZAlMg5

Si1

ZL303

0.8～1.3

4.5～5.5

余量155工作溫度225℃以下的發(fā)動機曲軸箱、汽缸體、蓋等、(續(xù))部分鑄造鋁合金的牌號、代號、主要特點及用途舉例（GB/T1173-1995、GB/T15115-94）類別牌號代號主要特點

用途舉例

鋁硅合金ZAlSi12ZL102熔點低，密度小，流動性好，收縮和熱傾向小，耐蝕性、焊接性好，可切削性差，不能熱處理強化，有足夠的強度，但耐熱性低。

適合鑄造形狀復(fù)雜，耐蝕性和氣密性高，強度不高的薄壁零件，如飛機儀器零件船舶零件等。

YZAlSi12YL102ZAlSi5Cu1Mg

ZL105鑄造工藝性能好，不需變質(zhì)處理，可熱處理強化，焊接性、切削性好，強度高，塑韌性低

形狀復(fù)雜工作溫度≤250℃的零件如氣缸體、汽缸蓋、發(fā)動機箱體等。

ZAlSi12Cu2Mg

YZAlSi12Cu2

ZL108YL108鑄造工藝性能優(yōu)良，線收縮小，可鑄造尺寸精確的鑄件，強度高、耐磨性好，需要變質(zhì)處理。

汽車、拖拉機的活塞，工作溫度≤250℃的零件。

部分鑄造鋁合金的牌號、代號、主要特點及用途舉例（GB/T1173-1995、GB/T15115-94）類別牌號代號主要特點

用途舉例

鋁銅合金

ZAlCu5Mn

ZL201

鑄造性能差，耐蝕性能差，可熱處理強化，室溫強度高，韌性好，焊接性能、切削性能好，耐熱性好

承受中等載荷，工作溫