金属材料的分类与性能
金属材料的分类及性能
金属材料的分类及性能一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。
二、金属材料分类：①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。
②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属三、金属材料性能：①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等1. 工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。
铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。
（2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。
可锻性：塑性和变形抗力（3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。
（4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。
（5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。
2. 机械性能：金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。
1金属材料的种类与力学性能
第一讲金属材料的种类与力学性能于文强讲授各类机电产品，大多是由种类繁多、性能各异的工程材料通过加工制成的零件构成的。
工程材料分金属材料、非金属材料以及复合材料，其中金属材料是工程中应用最广泛的。
一.金属材料的种类金属材料是以过渡族金属为基础的纯金属及其含有金属、半金属或非金属的合金。
由于金属材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能，能采用比较简便和经济的加工方法制成零件，因此金属材料是目前应用最广泛的材料。
工业上通常把金属材料分为两大类：一类是黑色金属，它是指铁、锰、铬及其合金，其中以铁为基的合金——钢和铸铁应用最广，占整个结构和工具材料的80%以上；另一类是有色金属，它是指黑色金属以外的所有金属及其合金。
这两类材料还可进一步细分为图1.1所示的系列。
金属材料黑色金属有色金属白口铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁特殊性能铸铁合金钢铸铁钢碳素钢轻金属（密度小于3.5g/cm2）：如铝、镁、钠、钙重金属（密度大于3.5g/cm2）：如铜、镍、锡、铅、锌贵金属：如金、银、铂、铑、铱稀有金属：如锆、铪、铌、钽、铍、铯、钛稀土金属：如钕、钪、钇放射性金属：如镭、铀、钍图1.1 不同系列的金属材料二. 金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。
工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如：冶炼、铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。
1.力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能。
这些性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。
1）强度材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。
根据外力的作用方式，材料的强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。
金属材料的分类
金属材料的分类金属材料是工程材料中最常用的一类材料，其种类繁多，性能各异。
根据金属材料的化学成分、晶体结构和加工工艺，可以将金属材料分为多种不同的类型。
在工程实践中，对金属材料的分类具有重要的指导意义，可以帮助工程师们选择合适的材料，从而满足不同工程应用的需求。
一、按化学成分分类。
1. 铁基金属材料。
铁基金属材料是指铁作为主要合金元素的金属材料，包括纯铁和各种铁合金。
其中，纯铁主要用于制作磁性材料和电工材料；铁合金包括碳钢、合金钢和铸铁等，具有优良的机械性能和耐磨性，广泛应用于机械制造、建筑工程和汽车制造等领域。
2. 非铁基金属材料。
非铁基金属材料是指除铁以外的金属材料，主要包括有色金属和贵金属。
有色金属包括铜、铝、镁、镍、锌等，具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子工业和航空航天领域；贵金属如金、银、铂等，具有优异的化学稳定性和抗腐蚀性，常用于珠宝制作和化工工业。
二、按晶体结构分类。
1. 非晶金属材料。
非晶金属材料是指具有非晶态结构的金属材料，其原子排列呈无序状态。
非晶金属材料具有优异的磁性和耐蚀性，适用于制作磁性材料和特种工艺品。
2. 结晶金属材料。
结晶金属材料是指具有晶体结构的金属材料，根据晶体结构的不同可以分为立方晶体、六方晶体和四方晶体等。
结晶金属材料在加工过程中容易形成晶粒，对材料的力学性能和加工性能有重要影响。
三、按加工工艺分类。
1. 塑性变形金属材料。
塑性变形金属材料是指通过塑性加工工艺改变其形状的金属材料，包括锻造、轧制、拉拔等工艺。
塑性变形金属材料具有良好的塑性和韧性，适用于制作各种形状复杂的零部件。
2. 非塑性变形金属材料。
非塑性变形金属材料是指通过非塑性加工工艺改变其形状的金属材料，包括切削、焊接、涂覆等工艺。
非塑性变形金属材料具有较高的硬度和强度，适用于制作耐磨、耐热的工件。
综上所述，金属材料的分类可以根据化学成分、晶体结构和加工工艺进行划分。
不同类型的金属材料具有各自独特的性能和用途，工程师们在选择材料时需要根据具体的工程需求进行合理的选择，以确保工程的质量和性能。
金属材料分类
金属材料分类金属材料是人类使用最广泛的一类材料，广泛应用于工业制造、建筑结构、电子设备等领域。
根据其组成成分和性质特征，金属材料可以分为以下几类：1. 铁系金属材料：主要包括铁、钢、铸铁等。
铁材料具有良好的可塑性、导热性和导电性，广泛应用于机械制造、建筑结构、电气设备等领域。
钢是铁和碳的合金，具有高强度、耐磨性和耐腐蚀性，在汽车制造、航空航天等高强度要求的领域得到广泛应用。
铸铁是含碳量较高的铁合金，具有良好的铸造性能和耐磨性，广泛用于汽车零部件、机械零件等制造领域。
2. 非铁金属材料：主要包括铝、镁、铜、锌、锡等。
非铁金属材料通常具有较低的密度和良好的导电性、导热性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
铝是密度较低的金属，具有良好的刚性和耐腐蚀性，在飞机制造、汽车制造等领域得到广泛应用。
镁具有良好的强度和轻质性，被广泛应用于航空航天、轻质汽车制造等领域。
3. 合金材料：合金是由两种或更多种金属元素组成的材料。
根据不同的组成成分和性质，合金可以分为多种类型。
常见的合金有不锈钢、铝合金、钛合金等。
不锈钢由铁、铬、镍等元素组成，具有良好的耐腐蚀性和高强度，在船舶、食品加工等领域得到广泛应用。
铝合金是由铝和其他金属元素（如铜、锌、镁等）组成的材料，具有良好的强度和轻质性，在汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。
钛合金具有良好的耐高温、耐腐蚀性能和高强度，被广泛应用于航空航天、医疗器械等高要求领域。
4. 贵金属材料：主要包括金、银、铂等。
贵金属材料具有优良的化学稳定性和导电性能，被广泛应用于电子设备、珠宝饰品、化学催化剂等领域。
金是最常见的贵金属材料，具有高导电性和抗腐蚀性，被广泛应用于电子器件、电镀等领域。
综上所述，金属材料根据其组成成分和性质特征可分为铁系金属材料、非铁金属材料、合金材料和贵金属材料。
每类材料都有其独特的特点和广泛的应用领域，对于促进工业制造和社会发展具有重要作用。
常用金属材料的一般知识
式中 Ak——冲击吸收功，J；
F——试验前试样刻槽处的横截面积，cm2；
ak——冲击值，J／cm2。
4．硬度
金属材料抵抗表面变形的能力。
常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV三种。
(三)金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是指承受各种冷热加工的能力。
第三节 常用金属材料的一般知识
一、金属材料的性能
金属材料的性能通常包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能等。
(一)金属材料的物理化学性能
1．密度
物质单位体积所具有的质量称为密度，用符号P表示。利用密度的概念可以帮助我们解决一系列实际问题，如计算毛坯的重量，鉴别金属材料等。常用金属材料的密度如下：铸钢为7．8g／cm3，灰铸铁为7．2g／cm3，钢为8．9g／cm3，黄铜为8．63g／cm3，铝为2．7g／cm3。
C5
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如“16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰量为<1．5％。
(2)抗拉强度 金属材料在破坏前所承受的最大拉应力，以σb表示。σb值越大金属材料抵抗断裂的能力越大，强度越高。
强度的单位是MPa(兆帕)。
2．塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
金属材料与合金
汽车工业领域对金属材料与合金 的需求量较大，要求具备高强度、
耐腐蚀、轻量化等特性。
高强度钢、铝合金、镁合金等是 汽车工业领域常用的金属材料与 合金，用于制造汽车零部件和车
身。
金属材料与合金的应用有助于提 高汽车的安全性、燃油经济性和
环保性能。
建筑领域
建筑领域对金属材料与合金的 需求量较大，要求具备强度高、 耐久性好、成本低等特性。
铸造法
总结词
铸造法是一种通过将熔融态的金属倒入模具中，冷却凝 固后获得所需形状和性能的方法。
详细描述
铸造法是最古老的金属加工方法之一，也是生产各种金 属铸件的主要方法。铸造法可以生产各种复杂形状的零 件，如铸钢件、铸铁件、铸铝件等。铸造过程中，可以 通过控制温度、浇注速度、模具温度等工艺参数来控制 金属的结晶和组织结构，从而获得所需性能的铸件。铸 造法广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、船舶等领 域。
02
金属材料的性能
力学性能
强度
金属材料在受力时抵抗断裂的 能力。
塑性
金属材料在受力时发生屈服而 不发生断裂的能力。
韧性
金属材料在冲击载荷下抵抗断 裂的能力。
硬度
金属材料抵抗表面变形或被刻 入的能力。
物理性能
热膨胀系数
金属材料受热时膨胀的程度。
热导率
金属材料传导热量的能力。
电导率
金属材料传导电流的能力。
合金的特性
物理特性
合金的物理特性如熔点、导热性、导电性和磁性等，往往不同于其 组成元素的物理特性，这取决于合金的组成和结构。
机械性能
合金的机械性能如硬度、强度、塑性和韧性等，也优于其组成元素。 例如，不锈钢就是通过添加铬元素来提高耐腐蚀性。
金属材料和其特性
金属材料和其特性金属是指具有金属性质的元素、化合物和合金等的总称，具有良好的导电、导热、延展性、塑性和强度等优异的物理性质。
金属材料作为一种重要的工程材料，广泛应用于各个领域。
本文将从金属材料的特性、分类以及应用领域等方面进行探讨。
一、金属材料的特性1.导电性和导热性：金属材料具有良好的导电性和导热性，是传递电能和热能的理想材料。
2.机械性能：金属材料的机械性能表现在塑性、延展性和强度等方面。
其中塑性和延展性是金属材料的重要特点，可以使金属材料形成各种形状、大小和结构；强度是指金属材料抗拉、抗压、抗剪的能力，强度越高，材料的使用寿命就越长。
3.耐腐蚀性：金属材料的耐腐蚀性表现在不易氧化、不受酸碱腐蚀等方面，是金属材料能够长期保存和应用的重要保证。
4.可塑性：金属材料具有强大的可塑性，可以通过锻造、拉拔、挤压等加工工艺制备出各种形式的零件。
二、金属材料的分类从元素化学性质上看，金属材料可以分为铁类金属和非铁类金属。
1.铁类金属：铁类金属包括纯铁、钢、铸铁等。
其中，纯铁是指纯度高于99.5%的铁，一般用于电磁材料、热交换器等领域；钢是指含碳量小于2%的铁合金，在建筑、机械、船舶等领域被广泛应用；铸铁是指含碳量大于2%的铁合金，常用于汽车制造、机床制造等领域。
2.非铁类金属：非铁类金属包括黄铜、铝、铬、镍、锡等。
其中，黄铜是一种铜合金，具有良好的机械性能和加工性能，广泛应用于管道、水表等领域；铝是一种轻质强度高、可再生的金属，广泛应用于飞机、汽车、建筑等领域；铬主要用于制造不锈钢等领域；镍是一种强度高的合金材料，被广泛应用于航空航天等领域；锡主要用于焊接、电子器件等领域。
三、金属材料的应用领域1.建筑领域：金属材料在建筑领域应用广泛，例如用于制造结构件、铁门窗、屋面大棚等。
2.机械制造领域：金属材料在机械制造领域中起着重要的作用，包括制造机床、汽车、船舶、飞机等各类机械设备。
3.电子器件领域：金属材料作为电子器件中的重要材料，广泛应用于集成电路、电容器、变压器等电子器件的制造中。
金属材料包括
金属材料包括
金属材料是一种广泛应用于工业生产和日常生活中的材料，具有良好的导电性、导热性和机械性能。
金属材料的种类繁多，包括铁、铜、铝、锌、镁等多种金属元素及其合金。
在工程领域，金属材料被广泛用于制造机械零部件、建筑结构、航空航天器件等，其重要性不言而喻。
首先，铁是最常见的金属材料之一。
铁具有良好的强度和可塑性，因此被广泛
用于制造建筑结构、汽车零部件、机械设备等。
此外，铁还是制造钢铁的原料之一，钢铁在工业生产中有着不可替代的地位，被广泛用于制造各种工业产品。
其次，铜是一种重要的导电材料。
铜具有良好的导电性和导热性，因此被广泛
用于制造电线、电缆、电器零部件等。
此外，铜还常用于制造工艺品和装饰品，其金黄色的外观具有一定的装饰效果。
另外，铝是一种轻质金属材料，具有良好的耐腐蚀性和可塑性。
铝被广泛用于
制造飞机、汽车、船舶等轻型交通工具的结构材料，同时也用于制造各种家用电器和包装材料。
此外，锌是一种重要的防腐蚀材料。
锌具有良好的耐腐蚀性，因此被广泛用于
制造防腐蚀涂料、镀锌钢材等，以保护其他金属材料不受腐蚀的侵害。
最后，镁是一种轻质金属材料，具有良好的机械性能和耐高温性能。
镁被广泛
用于制造航空航天器件、汽车零部件、运动器材等，其轻质高强的特点受到了广泛的青睐。
综上所述，金属材料是工程领域中不可或缺的材料之一，其种类繁多，各具特点，被广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断进步，金属材料的性能和加工工艺也在不断提升，相信金属材料在未来会有更加广阔的应用前景。
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4、铁生铁、熟铁和钢的主要区别在于含碳量上，一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。
1）生铁：一般指含碳量在2~6.69%的铁的合金。
又称铸铁。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。
1.1）生铁性能：生铁含碳很多，生铁坚硬、耐磨、铸造性好，但生铁硬而脆，几乎没有塑性，不能锻压。
1.2）分类：又可分为炼钢生铁、铸造生铁、球墨铸铁、合金生铁等几种。
1.2.1）炼钢生铁（白口铁）：习惯上把炼钢生铁叫做生铁。
炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。
这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。
1.2.2）铸造生铁（灰口铁）：简称为铸铁。
铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。
由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。
但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。
1.2.3）球墨铸铁：球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。
1.2.4）合金生铁：合金生铁含硅、锰、镍或其它元素量特别高，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。
在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。
2）熟铁：是用生铁精炼而成的比较纯的铁。
含碳量在0.02%以下，又叫锻铁、纯铁。
纯铁要求碳、磷、硫等杂质元素含量很低，其冶炼难度较大，制造成本远大于生铁和钢。
2.1）熟铁性能：熟铁质地很软，塑性好，延展性好，容易变形，可以拉成丝，强度和硬度均较低，容易锻造和焊接，用途不广。
2.2）熟铁的用途：主要是作为电工材料，具有高的磁导率，可用于各种铁芯。
还用作高级合金钢的原料，纯铁很少用作结构材料，这是由于它质地柔软，强度不高。
常用金属材料
不受剧烈冲击、高硬度、 耐磨的工具。如冲头、
手锯条等。
不受冲击、要求高硬度、 高耐磨的工具。如锉刀、
量具等。
(2)低合金高强度结构钢
牌号：例如 Q390A
“Q”表示屈服点， “390”表示屈服点值为390MPa， “A”表示质量等级为A 级。
用途： 低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理， 综合力学性能良好，
用途：铸铁件占铸件总产量的 80%左右。
如机床床身、箱体等。
w(S) ≤0.15%
w(P) ≤0.3%
1.铁碳合金双重相图
铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体（Fe3C） 和游离状态的石墨（G）两种。
铁碳合金实际上存在两种 相图： （1）Fe－Fe3C相图， （2）Fe－G相图。
图1-19 铁碳双重相图
（3）变质处理（孕育处理）
• 变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如 Si－Fe、Si－Ca合金，以增加石墨的结晶核心，促进石 墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。
用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。
(3) 合金钢
1）合金结构钢 牌号： 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%， “ Si2 ”表示平均w(Si)=2%， “ Mn ”表示平均w(Mn)<1.5%。
用途：合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢， 常用来制造重要的零件，如齿轮、轴类、弹簧等。 例：渗碳钢，20CrMnTi；
化学成分（质量分 数，%）
力学性能（最小值）
牌号
C
Si
Mn
σs (σ0.2)
Σb
δ
/MPa (%)
/MPa
主要特点及应用
ZG200 －400 0.20 0.50 0.80 200
金属材料基础知识
G、按冶炼方法分类 ：
平炉钢 、转炉钢 、电炉钢
金属材料基础知识
H、综合分类: 在实际中按其化学成分、质量、用途
进行综合分类。
(1)普通钢 a.碳素结构钢，b.低合金结构钢 ，c.特定用 途的普通结构钢 。
(2)优质钢（包括高级优质钢）
a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c) 弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途 优质结构钢。
金属材料基础知识
3、金属晶格的类型 1）体心立方晶格 它的晶胞是一个立方体，
原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中 心，属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、 钒（V）、钨（W）、钼（Mo）、及a-铁（aFe）等金属。
金属材料基础知识
2）面心立方晶格 它的晶胞也是一个立方体 ，原子位于立方体的八个顶角和立方体六个 面的中心，属于这种晶格类型的金属有铝（ Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及r铁（r-Fe）等金属。
另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功 时，常采用10mm×l0mm×10mm的无缺口冲击试样。
金属材料基础知识
4.金属的工艺性能
工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的 适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊 接性和切削加工性能等。
金属材料基础知识
三、金属的结构与结晶
不同的金属材料具有不同的力学性能，即使是 同一种金属材料，在不同的条件下其力学性 能也是不同的。金属力学的这些差异，从本 质上来说，是由其内部结构所决定的。
机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金 组成物，虽然是两种晶体，却是一种组成成 分，具有独立的机械性能。
⑴．固溶体
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且 结构与组元之一相同的固相。
钢铁材料详细知识
钢铁材料详细知识概述钢铁是一种常见的金属材料，广泛应用于建筑、工程、汽车、能源等各个领域。
本文将详细介绍钢铁材料的特性、分类和应用。
特性- 高强度：钢铁具有很高的强度，能够承受较大的力和压力。
- 耐腐蚀：钢铁可以通过镀层等方式进行防腐蚀处理，增强其耐用性。
- 可塑性：钢铁易于加工成各种形状和尺寸，适合各类工艺要求。
- 导电性：钢铁具有良好的导电性能，适用于电子设备和电气系统。
- 可焊接性：钢铁易于焊接，方便在生产过程中进行连接和组装。
分类碳钢碳钢是最常见的钢铁类型，含有较低的合金成分。
根据碳含量的不同，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
合金钢合金钢是在碳钢基础上加入其他合金元素的钢材。
不同的合金成分可以赋予钢铁不同的性能，如耐温性、耐磨性、耐腐蚀性等。
不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的钢铁。
添加铬等合金元素可以形成一层致密的氧化物膜，保护钢铁不受腐蚀和锈蚀。
铸铁铸铁是一种含有大量碳和硅的铁合金，具有良好的铸造性能和低成本。
根据碳含量和石墨形态的差异，可分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等。
应用钢铁广泛应用于各个领域，如：- 建筑和结构工程：用于梁、柱、桥梁等结构元件的制造；- 汽车工业：用于车身、发动机零部件等的制造；- 能源行业：用于石油管道、天然气管道等的制造；- 机械制造业：用于制造机床、工具、轴承等的零部件。
结论钢铁作为一种重要的金属材料，具有高强度、耐腐蚀等特性。
通过不同的合金成分和处理方式，可产生不同类型的钢铁，满足各种工业需求。
在各个领域中，钢铁都有着广泛的应用。
金属材料分类
金属材料分类金属是指具有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性、并具有特殊金属光泽的物质。
如铁、铝和铜等。
金属材料是由金属元素或以金属元素为主，其他金属或非金属元素为辅构成的，并具有金属特性的工程材料。
它包括纯金属和合金。
金属材料，尤其是钢铁材料在国民经济及其他方面都有再要作用，这是由于它具有比其他材料优越的性能，如物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能。
金属材料最常见的分类方法是按照其最高价氧化物的颜色分为有色金届和黑色金属两大类：1．黑色金属包括铁、铬、锰三种。
但后两种在实际生产中很少单独使用，故黑色金属就泛指铁或以铁为主而形成的物质，如钢和铁。
2．有色金属除黑色金属以外的其他金属称为有色会属，如铜、铝和镁等。
第一节碳素钢一、碳钢的分类碳素钢简称碳钢。
是碳的质量分数(ωc)大于0.0218％小于2.1l％，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
在钢铁生产中，碳钢占有的比例相当大，碳钢具有良好的力学性能和工艺性能，且冶炼方便，价格便宜，在一般情况下都能满足使用要求，所以应用十分广泛。
1、碳钢的分类碳钢的分类方法很多，常用的方法有以下几种：(1)按钢的含碳量分类按钢的含碳量可分为：1) 低碳钢ωc<0.25%。
2) 中碳钢ωc=0.25%~0.60%。
3)高碳钢ωc>0.60%。
(2) 按钢的质量分类碳钢质最的高低，主要根据钢中含有杂质硫、磷的多少来划分，可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢三类。
1) 普通碳素钢ωs≤0.050%，ωp≤0.045%。
2) 优质碳素钢ωs≤0.035%，ωp≤0.035%。
3) 高级优质碳素钢ωs≤0.030%，ωp≤0.035%。
(3) 按用途分类1) 碳素结构钢用于制造机械零件盒工程结构件的碳钢，碳含量大都在0.70%以下。
2) 碳素工具钢用于制造各种工具用钢，如刃具、量具和磨具等，一般碳含量都在0.70%以上。
二、碳素结构钢碳素结构钢根据钢的质量，可分为碳素结构钢和优质碳素结构钢两种。
常用金属材料知识介绍
常用金属材料知识介绍
一、金属材料的分类
金属材料通常按组成成分和色泽分类。
二、金属材料的机械性能
金属材料的机械性能包括强度、弹性、屈服极限、延伸率和断面收缩率以及硬度等。
注：材料强度是指材料对外力破坏的抵抗能力，具体的表现形式由材料的性质（塑性或脆性）及其所处的应力状态共同决定。
注：延伸率δ、断面收缩率φ都是塑性指标。
一般将δ≥5％的材料称为塑性材料；δ<595％的为脆性材料。
三、钢、铁和钢材
1、工业用铁
3、钢按化学成分分类（GB／T 13304-1991）
钢按化学成分分成三大类：非合金钢、低合金钢和合金钢。
四、有色金属及其合金
3、有色金属及其合金牌号表示法（1）铝及铝合金牌号表示法
（2）铜及铜合金牌号表示法
（3）镍及镍合金牌号表示法
（4）铅、锌、锡、钛及其合金牌号表示法。
金属材料的结构性能与应用
金属材料的结构性能与应用金属材料是人类生产和生活中最常用的材料之一，其性能和应用广泛。
金属材料一般具有高强度、高韧性、耐磨损、导电性能好等特点，同时也存在着许多问题，比如强度的不均匀性、可塑性差、容易腐蚀等。
这里介绍几种常见的金属材料的结构性能和应用。
一、钢材钢材是一种非常广泛使用的金属材料，其主要成分为铁和碳，还包含其他元素。
钢可以通过控制其组成和热处理来调整其性能。
一般来说，含碳量越高的钢，强度越大。
钢的应用非常广泛，例如建筑、船舶、汽车、机械、电力、军工等领域，其应用范围还在不断扩大。
二、铝合金铝合金是以铝为基础，添加其他金属元素（主要是铜、镁、锌等），经过加工而制成的一种特殊的合金。
铝合金重量轻、密度小、强度高、导电性良好、耐腐蚀性强，同时具有良好的可塑性和可加工性。
铝合金广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
三、镍合金镍合金是以镍为主要成分，加入不同数量和种类的其他金属元素而组成的一类特殊的合金，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、高温强度、疲劳强度和可塑性等特点。
镍合金被广泛应用于航空航天、船舶、核电站、化工等领域。
四、钛合金钛合金是以钛为主要成分，加入其他金属元素而组成的一种合金材料。
钛具有强度高、密度小、耐高温、良好的耐腐蚀性等优点，钛合金可以通过改变其组成和热处理来调整其性能。
钛合金被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车等领域。
总之，金属材料是我们生产和生活中必不可少的材料之一，其性能和应用广泛而多样。
我们需要根据具体的使用要求来选择合适的金属材料，同时也需要对其结构性能有一定的了解，以便更好地应用和开发。
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金属材料的力学性能
韧性
材料断裂前吸收的变形能量称作韧性。 韧性的重用指标为冲击韧度。
冲击韧度通常采用摆锤冲击试验 机测定。
金属材料的力学性能
试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J)
k
Ak ( J / cm 2 ) A
冲击韧度ak
就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。 A— 试样缺口处的横截面积（cm2）
按主要用途分
工具钢 特殊性能钢 专业用钢
金属材料的力学性能
定义 : 金属材料的力学性能是指金属材料 在不同环境（温度、介质）下，承受各种 外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲 击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、 冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。
金属材料的力学性能
2.拉伸过程
金属材料的力学性能
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
金属材料的力学性能 F
b e p s k
Fb Fe Fs
Fp
o
Δl Δl
g
b
u
f
op段：比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； 平台或锯齿（s段）：屈服阶段； sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到 k点断裂。 Δl 断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试
1 2 n -1
钢材 N=107 有色金属 N=108 σ-1 = (0.45～0.55)σ b
N1 N2 Nn
Nc
N
疲劳强度（力。
1.2 金属材料的物理和化学性能
1.物理性能 材料固有的一些属性称为物理性能 轻金属 ＜ 5×103 kg/m3 密度 单位体积的质量 kg/m3。 重金属 ＞ 5×103 kg/m3 熔点 金属由固态转变为液态的温度。 导电性 传动电流的能力。Ag＞Cu＞Al 导热性 传动热量的能力。Ag＞Cu＞Al
式中：HBS(HBW) ——淬火钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值 Ｆ —— 试验力（N）； d —— 压痕平均直径（mm）； Ｄ —— 淬火钢球（硬质合金球）直径（mm）。 布氏硬度的单位为N/mm2，但习惯上只写明硬度值而不标出单位
金属材料的力学性能
（2）硬度表示方法及应用 符号HBS或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1000kgf （9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为 120。 布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品及性能不均 匀材料（如铸铁）的硬度。 淬火钢球用于测定HBS<450的金属材料，如灰铸铁 、有色金属以及退火、正火和调质处理的钢材。硬质 合金钢球用于测定HBW<650的金属材料。 布氏硬度值与抗拉强度之间有近似的正比关系： σb=K· HBS(或HBW） （低碳钢K=0.36，合金调质钢K=0.325；灰铸铁K=0.1）
S1—试样拉断后的横截面积（mm2）
δ < 2 ~ 5% δ ≈ 5 ~ 10% δ > 10% 属脆性材科 属韧性材料 属塑性材料
塑性指标不直接用于计算，但任何 零件都需要一定塑性。防止过载断 裂；塑性变形可以缓解应力集中、 削减应力峰值。
金属材料的力学性能
硬度
硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的 能力，是衡量材料软硬的判据。
金属材料的力学性能
2.洛氏硬度
（1）实验原理
用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直径 1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后卸除 主试验力，以测量的残余压痕深度增量 来计算出硬度值。 洛 氏 硬 度 计
c-h HR= 0.002 获得的洛氏硬度HR为无量纲 数值，试验时由试验机指示器 上直接读出。
金属材料的力学性能
塑形 ：材料在载荷作用下，产生塑形变形而不被破坏的能力。 1.断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原标距长度的百 分比，用符号δ表示。 L0—试样的原始标距（mm） L1-L0 δ= L0 L1—试样拉断后的标距（mm） 2.断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与 原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。 ψ= S1-S0 S0 S0—试样的原始横截面积（mm2）
二、退火与正火
1．退火 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却 （一般随炉冷却）的热处理工艺。 2．正火 正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温， 使其完全奥氏体化，在空气中冷却的热处理工艺。
三、淬火与回火
1．淬火
淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上，保温 一定时间，以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。
Fs——试样产生塑形变形时的载荷，即拉伸曲线中s点所对应的外力（N）
A0——试样的原始横截面积（mm2）
金属材料的力学性能
抗拉强度
Fb
b s
抗拉强度是指金属材料断裂前所承受的最 大应力，又称强度极限，常用σb表示。
Fb σb= A0
σe σs σb
（MPa)
Fs——试样被拉断前所承受的最大外力，即拉伸曲线中b点所对应的外力（N） A0——试样的原始横截面积（mm2） 屈服强度和抗拉强度，在选择金属材料和机械设计时有重要意义，金属材料 必须在小于其σs的条件下工作，否则会引起零件的塑形变形；金属材料也不 能在超过其σb的条件工作，否则会导致零件的毁坏。
金属材料的力学性能
疲劳极限 零件在循环应力的作用，即使工作时承受的应力低于材料的 屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会 发生突然断裂，这种现象称为疲劳。
当应力下降到某值 后，疲劳曲线成为 水平线，这表示该 材料可经受无数次 应力循环而不发生 疲劳断裂，这个应 力值称为疲劳极限 或疲劳强度。即：
疲劳强度
金属材料的力学性能
强度 材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。
工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度(σs)和抗拉强度(σb)等；
金属材料的强度是通过拉伸实验测定出来的
一、拉伸实验与拉伸曲线 1.拉伸试样 GB6397-86规定《金属拉伸试样》有： 圆形、矩形、异型及全截面． 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0;短试样：L0=5d0
试验时，根据试样大小、厚薄选用 （5~120）×9.8N载荷压入试样表 面，保持一定时间后去除载荷，用 附在试验机上测量压痕对角线长度 d，然后查表或根据下式计算维氏 硬度值。 F 1.8544 0.102 F HV
A d2
HV≈HBS 适用于测量表面强化处理的机械 零件和很薄的产品。
金属材料的力学性能
（2）洛氏硬度试验规范
标度 符号 HRA 压头 总载荷kg 表盘上刻 度颜色 黑色 有效范围 应用举例 碳化物、硬质合金、表 面硬化工件 软钢、退火钢、铜合金 等 淬火钢、调质钢等
金刚石圆锥 1.588mm钢 球 金刚石圆锥
60
70~85
HRB
HRC
100
150
红色
黑色
25~100
20~67
(3)洛氏硬度的特点 操作简单、效率高，数值可直接从指示器上读出。 压痕小，可直接测量成品或较薄工件的硬度。 HRC和HRA采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层材料。 中等硬度情况下，10HRC≈1HBS。
金属材料的力学性能
3.维氏硬度 维氏硬度实验原理与布氏硬度相同，同 样是根据压痕单位面积上的平均载荷计 量硬度值，不同的是维氏硬度的压头采 用金刚石制成的锥面夹角为136°的正 四棱锥体。
金属材料的力学性能 表3.1 常用金属材料的力学性能指标
性能指标 力学性能 符号 σb 强 度 σs δ 塑 性 ψ HB 硬 度 HR HC 韧 性 αk σ-1 断面收缩率 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 冲击韧性 对称循环强度 J/cm2 MPa 屈服点 断后伸长率 % 名称 抗拉强度 MPa（N/mm2） 单位
2．回火
钢的回火是指将淬火后的钢，在组织转变为奥氏体的临界温度 以下加热，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
四、表面热处理
常用的表面热处理方法有表面淬 火及化学热处理两种。 1．表面淬火 （1）火焰加热表面淬火 （如 图2-8所示） （2）感应加热表面淬火 （如 图2-9所示）
2．化学热处理 化学热处理是指将钢件放入一定 温度的活性介质中保温，使一种或几 种元素渗入它的表层，以改变其表层 化学成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理种类很多，最常用的 是渗碳和渗氮。
材料的硬度越高，则耐磨性越好，故将硬度值作为衡量材料耐 磨性的重要指标之一 硬度 布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度 HV
金属材料的力学性能
1.布氏硬度 (1) 试验原理 用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，以相 应的实验力P压入试样表面，保持规定的实 验时间后卸载实验力，在试样表面留下球形 压痕，布氏硬度值用球面压痕单位面积上所 承受的平均压力来表示。用淬火钢球做压头 时，布氏硬度符号用HBS表示；用硬质合金 球做压头时，布氏硬度用符号HBW表示。
易熔金属 ＜700℃
难熔金属 ＞700℃
金属材料的力学性能
2.化学性能
金属与周围介质接触时，抵抗发生化学或电化学反应的性能。
耐腐蚀性能 金属材料在常温下抵抗周围介质侵蚀的能力。 抗氧化性 金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮的能力
钢的热处理常识
一、钢的热处理原理
1．概述 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
（1）钢的渗碳 将工件置于渗碳 介质中加热并保温，使碳原子渗入工 件表层的化学热处理工艺，如图2-10 所示。 （2）钢的渗氮 是指在一定温度 下，使活性氮原子渗入工件表面的化 学热处理工艺。