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1、什么是金属材料？,金属材料是金属及其合金的总称。具体讲，就是钢、铁、有色金属及它们的合金。它仍是现代产品设计中的一大主流材质。,金属材料,有色金属材料,黑色金属材料,纯铁,钢,轻金属材料,重金属材料,分类,铸铁,C0.02%,C2.11%,4.5g/cm3,4.5g/cm3,一、常用金属材料的分类,铁有哪些种类？,生铁是炼钢原料，碳含量大于2，含硅量不大于1.7% 。故硬而脆，断口呈白色。 铸造生铁是铸造材料，碳含量大于2.11，硅含量为1.25-3.6%.碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。 熟铁降碳至小于0.4就成了纯铁，也叫熟铁。熟铁很软。 工业纯铁 C0.02 主要用作磁铁芯,炼 铁 过
2、程,铁水先在高炉中从矿石中炼出来，这时候的铁水含碳量和杂质都较高，常用来铸成生铁块或直接送到转炉去炼钢，这种铁水也可以进一步冶炼去掉些杂质（包括近一步脱碳）和使铁三碳分解,，石磨状态析出，用作浇铸铸件（铸铁）。,如 何 炼 钢 ？,铁水进一步冶炼降碳，含碳量进一步降低就成了钢。钢中也常加入其他合金元素，通过冶炼调节钢中的合金元素（包括碳）的比例关系，就炼成了各种型号的钢，这种过程就是炼钢。,二、铸 铁,铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一
3、。 铸铁主要用于生产各种铸件。如机床的床身、发动机的汽缸体、缸套、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。,1、铸铁的分类（按石墨化程度分类） （1）灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在，应用广泛。 （2）白口铸铁：碳主要以Fe3C形式存在。（很少应用）,2、灰口铸铁的分类：（以石墨形态分类） （1）灰铸铁：（石墨为片状） 成分： C：2.54.0%，Si：1.02.5%，少量Mn ,S ,P 等。 性能： 抗压不抗拉； 耐磨、消振性好； 牌号： HT + 数字 表示最低抗拉强度。 如： HT150、HT250 应用： 机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机的汽缸、汽缸套等。,（2）球墨铸铁 （石墨为球
4、状） 成分： C： 3.84.0%，Si ：2.02.8%， Re: 0.030.05% 性能：良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、韧性；优异的铸造性。（可热处理或合金化 ）； 应用： 汽车拖拉机底盘零件；阀体、阀盖； 机油泵齿轮；代替中碳钢制造柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。,牌号： QT + 数字-数字,球铁,抗拉强度,延伸率,如：QT400-15、QT600-3、QT800-2 。,（3）可锻铸铁： 成分：C：2.42.8%；Si：1.22.0%；少量 Mn , S , P等元素。,应用：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。（汽车的前后轮壳，减速 器的外壳等）,牌号： KT(Z) +
5、数字-数字,KT铁素体型可锻铸铁， KTZ珠光体型,抗拉强度,延伸率,如 KT350-10、KTZ600-3,性能：介于灰铸铁和球墨铸铁之间。,三、钢材料分类,钢,碳钢,合金钢,按含碳量分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢,按钢的品质分类：普通碳素钢、优质碳素钢,按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢,台金结构钢：低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金 调质钢、合金轴承钢,合金工具钢：刃具钢、量具钢、模具钢,特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等,1、碳 钢 碳钢：以铁、碳为主要成分的合金。,碳钢的分类和牌号,按含碳量分类,低碳钢 （C0.6),按质量分类,普通碳素钢 S0.035 P0.035% 优质碳素钢 S
6、0.030 % P0.030% 高级优质碳素钢 S0.02% P0.03%,按硫磷杂质含量而定,硫磷杂质含量越少，钢的质量越高！,按用途分类 碳素结构钢：用于制造工程构件和机器零件的钢，如桥梁、船舶以及建筑用钢，齿轮、轴、连杆等，通常是低碳钢、中碳钢。 碳素工具钢：用于制造各种刃具、量具、模具等，如手工锯锯条、游标卡尺、冷作模具等，一般为高碳钢。,2、合金钢 许多工业产品对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求。碳钢已不能完全满足要求。 为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素。所获得的钢种称为合金钢。,合金钢的分类,合金钢的
7、分类,合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢,（1）合金结构钢 合金结构钢的分类： 低合金结构钢、 合金渗碳钢、 合金调质钢、合金弹簧钢、轴承钢等。,（2）合金工具钢 工具钢的服役条件及性能要求（以车刀为例） 服役条件 A：刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦，造成严重的磨损 B: 刀刃部分温度高（高速切削时，温度达600度） C: 冲击与振动 （进刀） 失效形式：磨损，刀刃崩缺，刀具折断 性能要求： 高硬度； 红硬性； 一定强度、塑性、韧性,冷作模具钢: 实际温度不超过200-3000C 工作条件及要求：负荷重、模具形状复杂，要求模具材料变形小、耐磨性高、有一定的韧性。材料中含Cr较高， 常用的有：Cr
8、12MoV（传统）、7Cr7Mo3VSi(新钢种）。 热作模具：型腔表面温度可达6000C。 常用的材料是5CrNiMo （传统）、 35Cr3Mo3W2V (新钢种）等。,（3）特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢,常用不锈钢 不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。, 马氏体型不锈钢 成分：Wc：0.11.0%， WCr:1218% 牌号：1Cr13 , 2Cr13 ，3Cr13 ,4Cr13, 性能和应用：1Cr13 , 2Cr13：钢耐蚀性较好，且有较好的机械性能，用于汽轮机叶片（1Cr13, 2Cr13称为叶片钢），结构架、螺栓、螺帽等。3Cr13 , 4
9、Cr13：强度和耐磨性提高，但耐蚀性降低。用于医疗工具、量具、刃具、滚珠轴承。,不锈钢船用螺旋桨,不锈钢剪刀, 铁素体型不锈钢 成分：Wc0.15%，这类钢的铬质量分数为17%30%， 牌号：1Cr17、1Cr17Ti等 性能：耐蚀性比Cr13型钢更好，强度较低、塑性很好，可用形变强化提高强度。 应用：用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，如化工设备、容器和管道等。, 奥氏体型不锈钢（用量最多，占6570%； ） 典型成分：Wc: 0.12% ；WCr；18%；WNi；8%；(称为18-8不锈钢） 牌号：1Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 性能：耐蚀性很好，强度、硬度低，无磁性, 塑性
10、、韧性和耐蚀性比Cr13型更好。高塑性、高的低温韧性、高的加工硬化能力、焊接性能好、无磁性及高的耐腐蚀性。 应用：化工行业居多，抗磁仪表、医疗器械等。,1Cr18Ni9Ti不锈钢表带,不锈钢容器,3、钢 材 由塑性加工和用冷弯焊接生产的原材料，主要有钢板、钢管、型钢和钢丝。,四、有色金属及其合金,1、有色金属 （1）定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金属。 （2）分类： 重金属(密度3.5); Cu、Ni 等。 轻金属(密度3.5); Al、Mg 等。 贵重金属; Au金、Ag银、Pt铂 等。 稀有金属; W钨、Ti钛、Ra镭、Nb铌 等。 半金属; Si、Te碲 、B硼 等。,
11、2、铝及铝合金 铝及铝合金是工业用量最大有色金属，由于其优良特性，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的应用。,铝及铝合金有以下特点：,密度小、比强度高 纯铝的密度为 2.7g/cm3, 仅为铁的1/3。铝合金的密度与纯铝相近。铝合金（强化后）的强度与低合金高强钢的强度相近，铝合金比强度比一般高强钢高得多。 有优良的物理、化学性能 铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的64%。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，铝及铝合金磁化率极低，接近于 非铁磁性材料。 加工性能良好 铝及铝合金(退火)的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后可
12、通过热处理获得很高的强度。铸铝合金的铸造性能极好。,铝合金的分类,铝合金,变形铝合金,铸造铝合金,不能热处理强化铝合金 （防锈铝合金）,能热处理强化铝合金,铝,纯 铝,硬铝合金,锻铝合金,超硬铝合金,飞机用座椅轨道及航空零件,铝合金型材料,铝合金散热器,铜及铜合金具有下列性能：,3、铜合金,优异的物理、化学性能 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。 铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。 良好的加工性能。 塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。 具有某些特殊机械性能 例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极 限和疲劳极限(如铍青铜等
13、)。 色泽美观,铜及铜合金的分类,铜合金,轴承合金,黄铜,锡青铜,铜,纯 铜(紫铜),铝青铜,白铜,铍青铜,普通黄铜,特殊黄铜,青铜,特殊青铜,纯 铜,纯铜呈紫红色，常称紫铜，铜的含量在99.9%以上。工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。纯铜用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低, 不宜作结构材料。,黄 铜（铜锌合金）,以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分，黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两种。,普通黄铜：铜和锌二元合金。用字母H表示，如H62,表示含铜量约为62%，含锌量约为38%。 型号有：H96 H90 H85 H70 H68 H65 H63 H62 H59
14、 特殊黄铜：在铜锌合金中加入其他元素（如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等）的合金，表示方法是在H后面加除锌外的主要加入元素的符号及含量。如：HNi65-5表示铜含量约为：65%，镍含量约为5%，其余量为锌含量。,白 铜（铜镍合金）,以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜（在固态下，铜与镍无限固溶）。也分为普通白铜和特殊白铜。 普通白铜：铜和镍的二元合金（即二元白铜）表示方法是用字母B加镍的含量表示，如：B5表示镍含量为约5%，其余约为铜含量。型号有：B0.6 B19 B25 B30 特殊白铜：即三元上的白铜加入的元素主要有铁、锰锌铝。表示方法是加第二个主要元素符号及铜含量以外的成分数字组表示。如BMn
15、3-12表示镍含量约为3%，锰含量约为12%。,性能：有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。冷变形 能提高强度和硬度； 抗蚀性很好； 电阻率较高。 用途：制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械、乐器、饰品 等。,青 铜（铜锡合金）,青铜原指铜锡合金，常用的锡青铜中含锡在10以下铸造和机械性能好，曾用作制造大炮，故称炮铜。压力加工锡青铜，其牌号 “Q”加锡元素和数字表示。铸造锡青铜是以铸锭供应，同样在牌号前加“Z”字。如锡青铜，QSn1.5-0.2（0.2其它合金元素含量为0.2% ） 由于锡的价格较高，现在已经出现了多种无锡青铜，如硅青铜、 铝青铜等，可作为锡青铜的代替品。现在的青铜定
16、义是除以锌（黄铜）和镍（白铜） 铜合金以外的 其他铜基合金。这些主要合金有铝、硅、铅、铍、锰等。,青铜品种多，应用广。,铜在工业设计中的应用,电子、电工器材 雕塑与工艺品 日用品 水管 乐器 电镀材料与装饰材料 器皿、容器,4、镁,镁是一种对于产品设计非常重要的金属，因为它是日常应用中最轻的结构金属。典型的压力铸造铸件有飞机发动机部件、赛车车轮以及运动器械。,镁合金外壳笔记本电脑,铝镁合金：铝镁合金一般主要元素是铝，再掺入少量的镁或是其它的金属材料来加强其硬度。其导热性能和强度尤为突出。铝镁合金质坚量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。其硬度是传统塑料机壳的数倍，但重量仅为后者的三分之一. 而且，银白色的镁铝合金外壳可使产品更豪华、美观，而且
