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1、金 属 材 料 的 分类及其应用,金属材料性能指标,1.常温下机械性能 （1）强度和塑性 （2）硬度【布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度】 （3）冲击韧性和断裂韧性 （4）疲劳强度 2.高温机械性能 （1）高温下金属的强度和温度及时间有关。 （2） 金属长时间在恒温、恒应力作用下，即使应力小于材料的屈服强度，也会产生塑性变形-蠕变。（3） 在一定温度下，在规定时间内材料断裂所能承受的最大应力持久强度 （4） 持久塑性 （5）抗松弛性 3.工艺性能 铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能。 4.物理性能： 是金属的固有属性。 主要有：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等,材 料 的 性 能,使
2、用性能,工艺性能,力学性能,物理性能,化学性能,铸造性能,锻压性能,热处理性能,焊接性能,力学性能,定义 : 是指金属材料在外力的作用下所表现出来的抵抗能力。,力伸长曲线,O,屈服,弹性变形,缩颈,断裂,塑性变形,塑性变形:外力去除后不能消失的变形,硬度( hardness ),1.定义： 是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。,2.硬度试验方法： （1）压入法 （2）划痕法 （3）回跳法,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV,压入法,试验原理：,用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。,硬度的标注：,符号HBS或
3、HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,二、按照实用来分类： 黑色金属：指铁及铁的合金。如生铁、铸铁、铁合金、钢等。 有色金属：除黑色金属以外的金属及合金。,金属材料的分类,一、按照组成成分来分类： 纯金属 ：（简单金属）由1种金属元素组成的物质。工业上应用较少。 合 金 ：（复杂金属）由1种元素为主的与另外1种或几种金属元素或非金属元素组成的物质。种类繁多，应用广泛。,金属材料在应用上通常分为以下两大类：
4、铁合金（钢、铸铁和铁合金） 非铁合金除铁合金外的所有金属及合金,按照以下顺序进行介绍： 1、碳素钢 2、铸铁 3、合金钢 4、有色金属及其合金,金属材料的分类,碳 钢 分类及其应用,碳钢的定义,碳钢：含碳量为0.022.11%的铁碳合金,碳钢的分类,碳素结构钢：机械零件及金属构件 碳素工具钢：各种工具,2、按用途分：,低碳钢（C0.25%） 中碳钢（C=0.25%0.55%） 高碳钢（C0.55%）,1、按含碳量分：,3、按质量分：碳素结构钢： S0.035%0.05% P0.035%0.045% 优质碳素结构钢: S 0.035% P 0.035% 高级优质碳素结构钢：S 0.02% P 0
5、.03%,碳钢的分类,4、按脱氧程度分：沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b）,碳钢的分类,按冶炼方法分类 可分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、特殊冶炼炉钢等。 按用途分类 可分为工具钢、弹簧钢、低温钢、锅炉用钢、压力容器用钢等,碳钢内含元素,硫-有害的杂质元素 “热脆”现象;降低焊接性。,一、杂质元素对钢性能的影响,锰-有益的杂质元素 消除硫在钢中的有害影响,氢-有害元素 塑性、韧性降低，引起“氢脆”及白点）,硅-有益元素 钢的强度、弹性提高。,磷-有害元素 “冷脆”。含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏,氮和氧-有害元素 氮使钢的塑性、韧性降低而脆性增大 氧使钢的强度和塑性降低，增加钢的热脆性,
6、锰硅有益元素 硫磷氢氧氮有害元素,碳钢的编号、性质和用途,1、碳素结构钢,编号：Q质量等级脱氧程度,用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通 小零件,2、优质碳素结构钢,编号：平均含碳量的万分数,Q 235A F,20、45,60Mn 、65Mn,低碳钢（10、15、20、25） 性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，焊接性好 用途：金属构件、型钢、钢板、钢管等,中碳钢（35、40、45、50） 性能：良好的综合机械性能 用途：重要机械零件，如轴、齿轮、螺栓,高碳钢（60、65、65Mn） 性能：高强度、高弹性 用途：弹簧、高强度零件,碳素工具钢,编号：T 或T ,用途：各种量具、刃具、磨具,含碳
7、量为0.651.3%,T8、T10、T10A,性能：硬度高、耐磨性好,碳素铸钢,编号： 铸造碳钢：ZG 工程用铸钢：ZG ,铸钢件：将钢水直接铸成零件毛坯后，不再进 行锻压加工的钢件,铸钢：制造铸钢件的钢,ZG25（ ZG 230-450） 性能:一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性 用途：400-450C以下铸件，用于隔板、蒸汽 室、喷嘴室、轴承盖,含碳量为0.150.55%,铸 铁 分类及其应用,成分：2.5-4%C Si,S,P,Mn 组织：碳以Fe3C及C形式存在 性能：1）强度、塑性、韧性低 2）良好的减振性、减摩性、切削加工性 铸造性，低的缺口敏感性,铸 铁,工业铸铁,铸铁：含碳
8、量大于2.11%的铁碳合金,铸铁的分类,1、白口铸铁（碳以Fe3C存在）,2、灰口铸铁： （片状石墨）,4、球墨铸铁： （球状石墨）,3、可锻铸铁： （团絮状石墨）,灰口铸铁,性能：抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性低，硬 度、抗压强度取决于基体组织,牌号：HT,用途：不受冲击、承压、减振零件， 如机身、机座、泵体、阀门 汽缸套,HT200,可锻铸铁,性能：强度、塑性、韧性高于灰口铸铁,牌号：KTB (白心可锻铸铁） KTH（黑心铁素体可锻铸铁） KTZ （黑心珠光体可锻铸铁）,用途：形状复杂、受动载荷作用， 要求强度、塑韧性较高铸 件，如连杆、低中压阀门、 管接头,组织：F+G,P+G,F+P+
9、G,B下+G,球墨铸铁,性能：强度高于其他铸铁，塑性、 韧性高于灰口铸铁，屈强比高,牌号：QT ,用途：用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的重 要零件，如后汽缸、后几级隔板、磨煤机 衬板,合金铸铁,耐热铸铁的编号：RT+元素符号+数字 RQT+元素符号+数字,用途：锅炉受热面吊架、喷嘴、烟道挡板,1、耐热铸铁-铬、硅、铝,铸铁的耐热性：在高温下抗氧化、抗生长并保持较 高的强度、硬度及抗蠕变的能力,铸铁的生长：铸铁在400C以上，特别是经反复 加热，体积逐渐增大的现象,RTCr16(900C),RQTAL22(1100 C),3）中锰球墨铸铁： 用于球磨机的衬板、钢球、煤粉机锤头,1）冷硬铸铁：
10、用于：低速球磨机衬板、磨球,2）合金白口铸铁（猛、硅、铬、钼、钨） 用于球磨机衬板、灰浆泵泵体、叶轮、护板,耐磨铸铁,合金钢 分类及其应用,合金钢定义及常用元素,合金钢：在碳钢的基础上有意加入一些其它元素的钢 常用合金元素：铬 、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等,1、溶入铁素体合金铁素体（合金元素溶入铁素 体中形成的固溶体 ） 固溶强化，使强度、硬度升高，塑性、韧性有下 降趋势，有些元素若加入量适当，韧性可以提高,2、形成碳化物,一、合金元素对钢的影响,（一）合金元素在钢中的存在形式,含有碳化物的钢的性能,钢中所有碳化物和Fe3C一样硬而脆,碳化物的数量、大小、形态和分布,碳化物
11、呈细小颗粒状弥散分布时，钢的强度、 硬度、 耐磨性，又不降低塑性和韧性； 随碳化物数量增加，钢的强度、硬度、耐磨性， 塑性、韧性,除Ni 、Co元素外，大多数合金元素使奥氏体 化过程减慢 奥氏体化温度提高 奥氏体化的保温时间也较碳钢长,合金元素对钢的热处理的影响,1、合金元素对奥氏体化的影响,合金元素除锰、磷外，几乎都能不同程度地阻 止奥氏体晶粒的长大，即在奥氏体化的过程中 能细化晶粒,合金钢的奥氏体化温度高一些，时间长一些,3、合金元素对回火转变的影响,提高回火稳定性（淬火钢在回火过程中抵抗强度、硬度下降的能力）,合金钢的回火稳定性比碳钢高,合金钢的分类,按照用途分类（3类） 合金结构钢：
12、用作工程构件（管道及支架等）；各种机械零件（轴类、齿轮、弹簧、叶轮等） 合金工具钢： 用作测量工具、模具、刀具等 特殊性能钢： 如不锈钢、耐热钢等，具有特殊的物理性能或化学性能。,合金钢的分类,按照金相组织分类： 珠光体、贝氏体、马氏体、奥氏体、铁素体等。 按照合金元素含量分类： 低合金钢：合金元素含量不大于5% 中合金钢：合金元素含量在5%-10%之间 高合金钢： ：合金元素含量大于10%,合金钢的编号,编号方法原则采用 “数字+化学元素符号+数字” 的方法。,（1）合金结构钢编号,前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，用化学符号表示，后面的数字表示合金元素
13、平均含量的百分数。合金元素的平均含量四舍五入。 如含S、P量低的高级优质钢，则在钢号的末尾加以符号“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳质量分数为0.20、Cr=2.0、Ni=4.0的高级优质合金钢,（2）滚动轴承钢与易切钢,滚动承钢牌号为“G+平均铬质量分数的千分数”组成，碳质量分数不标出。 如GCr15（滚铬15）表示平均含铬量为1.5的滚动轴承钢。 易切钢为“Y”+碳质量分数的万分数。 如Y12、Y20分别表示平均碳质量分数为0.12、0.20的易切钢。,（3）合金工具钢 及高速钢,合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别的是平均碳质量分数1.0时不标出，1.0时以千分数表
14、示如9SiCr表示平均碳质量数为0.9，Si、Cr的平均含量1.5；CrMn表示平均碳质量分数1.0，Cr、Mn平均含量1.5。 对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。如W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.70.8、含钨量为18、含铬量为4、含钒量1.5,特殊性能钢,牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。 如9Cr18表示碳质量分数为0.9，含铬量为18 当平均碳质量分数0.03及0.08时，在钢号前分别标以“00”及“0”。 如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数0.03、含铬量为18、含镍量为10；又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数0.08、平均含铬量为19、平均含镍量为9。
15、,工程结构钢,（1）低合金结构钢 低碳、低合金，C0.2，合金元素总量3.0。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。 Mn是基本强化元素，提高强度、改善塑性。 Ti、Nb、V提高钢的强度和韧性。 Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。 （2）锅炉钢 专用于锅炉制造的低合金结构钢，有专用牌号。后边带有G 字母 锅炉钢Si含量不能太低，以保证Si氧化膜覆盖于钢的表面，提高钢的强度、韧性和抗氧化性，碳质量分数不能太高，便于焊接。,合金调质钢,是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。按淬透性大小可分三类 1）低淬透性合金调质钢 主要40Cr、40MnB等。合金元素总量2.5，淬透性低，综合力学性能及
16、工艺性能好，可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连杆、齿轮。 2）中淬透性合金调质钢 主要牌号35CrMo、40CrNi。合金元素总量不大于3.5，可用于制作大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。 3）高淬透性合金调质钢 主要牌号40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素总量达4.0以上，淬透性高，可用于制作汽轮机的主轴、叶轮等。,常用耐热钢,1）奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600750使用。用于汽轮机、锅炉等的高温装置的重要构件。 2）铁素体耐热钢：可在低于650工作。如15CrMo、1Cr17等可长期在580650使用。 3）马氏体耐热钢：一般
