7黑色金属及其选用1
数控刀具及其选用
一、选择刀具时应考虑的因素 （1）被加工工件的材料类别（黑色金属，有色金属或合金）； （2）工件毛坯的成形方法（铸造，锻造，型材等）； （3）切削加工工艺方法（车，铣，钻，扩，铰，镗，粗加工，半精加工，精加工等）； （4）工件的结构与几何形状，精度，加工余量以及刀具能承受的切削用量等因素； （5）其他因数包括生产条件和生产类型。
数控刀具及选用
1.1 数控机床刀具的特点
数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。 为了达到高效、多能、快换、经济的目的，对数控机床使用的刀具有如下要求： （1）具有较高的强度、较好的刚度和抗振性能； （2）高精度、高可靠性和较强的适应性； （3）能够满足高切削速度和大进给量的要求； （4）刀具耐磨性及刀具的使用寿命长，刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜； （5）刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化、标准化，相对主轴要有较高位置精度，转位、拆 装时要求重复定位精度高，安装调整方便。
1.5 常用数控刀具结构
一、整体式刀具结构 整体式刀具是指刀具切削部分和夹持部分为一体式结构的刀具。 制造工艺简单，刀具磨损后可以重新修磨。
二、机夹式刀具结构 机夹式刀具是指刀片在刀体上的定位形式。 机夹式刀具分为机夹可转位刀具和机夹不可转
位刀具。数控机床一般使用标准的机夹可转位刀具。 机夹可转位刀具一般由刀片、刀垫、刀体和刀
1.4 数控机床刀具分类
按照刀具材料可分为：高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具和金刚石刀具。 按照刀具结构可分为：整体式，焊接式，机夹式(可转位和不转位)，内冷式和减振式。 按照切削工艺分为：车削刀具，孔加工刀具（如钻头，丝锥和镗刀等），铣削刀具等。 按照数控工具系统的发展可分为：由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动 生产率，提高加工效率，提高产品质量。 标准化数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。
工程材料-过控-7-黑色金属及其选用
含碳量较低的钢，具有良好的塑性和韧性，主要用于制造钢筋、钢板、 钢管等建筑和工程结构件。
合金钢
在碳素钢的基础上添加一种或多种合金元素，具有更高的强度、硬度、 耐磨性和耐腐蚀性，主要用于制造机械零件、轴承、齿轮等。
不锈钢
含有铬、镍等合金元素，具有优异的耐腐蚀性和美观性，主要用于制 造厨具、餐具、医疗器械等。
工程材料-过控-7-黑色 金属及其选用
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
目录
• 黑色金属概述 • 钢铁材料 • 有色金属材料 • 黑色金属选用原则与方法 • 黑色金属加工处理技术 • 黑色金属性能评价与试验方法 • 总结与展望
特种铸造
包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造等，适用于生产形状复杂、 精度要求高的铸件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
模型锻造
将金属坯料放入锻模内，施加冲击力或压力 使金属变形，从而获得与模膛形状相符的锻 件。
锻造技术
自由锻造
利用冲击力或压力使金属坯料在上下砧铁间 变形，以获得所需形状和尺寸的锻件。
应用领域与前景
应用领域
黑色金属在建筑、机械、汽车等领域有着广泛的应用。例如，建筑结构用钢、桥梁用钢、石油天然气管道用钢等 都是重要的应用领域。此外，黑色金属还用于制造各种机械零件、汽车零部件、船舶和航空航天器等。
前景
随着科技的不断发展，黑色金属的应用领域将继续扩大。例如，高性能钢铁材料、轻量化合金材料、耐腐蚀材料 等新型黑色金属材料将不断涌现，为工业领域的发展提供新的动力。同时，随着环保意识的提高和资源的日益紧 缺，黑色金属的绿色制造和循环利用将成为未来发展的重要方向。
电厂使用的主要金属材料11
分按顺序组成。
• 2. 按冶炼时脱氧程度分类 • （１）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种 钢水浇入锭模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外逸，引起钢水呈 沸腾状，故称沸腾钢，代号为“Ｆ“。沸腾钢组织不够致密，成分 不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低 、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。 • （２）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完 全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷 却凝固，故称镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢虽成本较高，但其组 织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等 重要的结构工程。
不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均碳的质量分数的千倍，合金元 素的表示方法与其它合金钢相同。 当碳的质量分数小于或等于0.03%时，在牌号前冠以“00”，
当碳的质量分数小于或等于0.08%时，在牌号前冠以“0”。不锈钢
3Cr13的平均wC=0.3%、wCr≈13%； 不锈钢0Cr19Ni9的平均wC≤0.08%、wCr≈19%、wNi≈9%； 不锈钢00Cr19Ni11钢的平均wC≤0.03%、wCr≈19%、wNi≈11%。 当wSi≤1.5%%、wMn≤2%时，牌号中不予标出。
• （３）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好 的钢，其代号为“ｂ”。 • （４）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质 量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。
• 3、典型牌号、性能与用途 • Q195、Q215钢含碳量很低，强度不高，但具有良好的塑性、韧 性和焊接性能，常用作铁钉、铁丝、钢窗及各种薄板等强度要求不 高的工件。 • Q235A、Q255A用于农机具中的拉杆、小轴、链等。也用于建筑 钢筋、钢板、型钢等； • Q235B、Q255B用作建筑工程中质量要求较高的焊接结构件，机 械中一般的转动轴、吊钩、自行车架等；Q235C、Q235D质量较 好，可作一些重要的焊接结构件及机件。 • Q255、Q275钢强度较高，其中Q275属于中碳钢，可用作制造摩 擦离合器、刹车钢带等。
一类金属的标准
一类金属的标准
一类金属的标准有很多种，常见的分类标准如下：
根据颜色分为黑色金属和有色金属：黑色金属包括铁、铬、锰；有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外的所有金属。
根据密度分为轻金属和重金属：轻金属的密度小于4.5g/cm³，如铝、镁、钾、钠等；重金属的密度大于4.5g/cm³，如铜、镍、钴、铅、锌、锡等。
根据价格和地壳丰度分为贵金属和非贵金属：贵金属价格比通常比常用金属昂贵，如金、银及铂族金属；非贵金属相对价格较低，如铜、铝、锌等。
需要注意的是，这只是一种概括性的分类方法，实际上金属的分类可能更加复杂和多样化，具体分类标准会因应用场景和需求而异。
黑色金属主要指铁
黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。
黑色金属以外的金属称为有色金属。
黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。
黑色金属只有三种：铁、锰与铬。
而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。
因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的，人们称之为“黑色金属”。
常说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业。
因为最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属”了。
除了铁、锰、铬以外，其他的金属，都算是有色金属。
黑色金属乃工业上对铁、铬和锰的统称。
亦包括这三种金属的合金，尤其是合金钢及钢铁。
黑色金属相对的是有色金属。
事实上纯净的铁及铬是银白色的，而锰是银灰色。
由于钢铁表面通常覆盖一层黑色的四氧化三铁，而锰及铬主要应用于冶炼黑色的合金钢。
所以才会被“错误分类”为黑色金属。
黑色金属的分类也有其意义，因为这三种金属都是冶炼钢铁的主要原料，而钢铁在国民经济中占有极其重要的地位，亦是衡量一国家国力的重要标志。
黑色金属的产量约占世界金属总产量的95％。
金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的温度电阻系数的物质。
金属，是个大家庭，现在世界上有86种金属。
通常人们把金属分成两大类，黑色金属和有色金属。
黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。
黑色金属只有三种：铁、锰与铬。
而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。
因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的。
怪不得人们称之为“黑色金属”。
常说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业。
因为最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属”了。
除了铁、锰、铬以外，其他的金属，都算是有色金属。
在有色金属中，还有各种各样的分类方法。
工程材料的分类性能及应用范围
工程材料的分类性能及应用范围第一章一、工程材料的分类、性能及应用范畴；工程材料可分为金属材料〔黑色金属及有色金属〕、非金属材料〔高分子材料及无机非金属材料〕和复合材料等。
〔一〕金属材料1 ．黑色金属〔 1 〕生铁、铁合金。
生铁分炼钢生铁和铸造生铁。
铁与任何一种金属或非金属的合金都叫做铁合金。
〔 2 〕铸铁。
具有优良的铸造性能和良好的耐磨性、消震性及低的缺口敏锐性。
还具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
铸铁包括：灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。
〔3 〕钢。
①钢的分类如下：A ．按化学成分分类，可将钢分为碳素钢和合金钢。
B ．按冶炼质量分类，可将钢分为一般钢、优质钢和高级优质钢。
C ．按用途分类，可将钢分为结构钢、工具钢、专门性能钢等。
D ．按冶炼方法分类，可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。
E ．按脱氧程度分类，可将钢分为冷静金刚、半冷静钢和沸腾钢。
F ．按金相组织分类，在退火状态下，可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；在正火状态下，可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。
G ．按供应时的保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。
②钢的牌号表示方法。
依照牌号能够看出钢的类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备的性能和用途。
例如甲类钢牌号用〝A〞字加上阿拉伯数字0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 表示。
又如20 号钢号，表示平均含碳量为0.20% 的钢。
再如9Cr18 表示平均含碳量为0.9% 、含Cr 量为18% 的不锈钢。
③国外钢的牌号的要紧特点方〔略〕。
④几种常用钢的要紧特点及用途。
A ．一般碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。
甲类钢多用于建筑工业使用的钢筋，机械制造中使用的一般螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材〔如工字钢、槽钢、角钢等〕；乙类钢的用途与相同数字的甲类钢相同。
B ．一般低合金钢是在一般碳素钢的基础上。
加入了少量的合金元素，不仅具有耐腐蚀性、耐磨损等优良性能，还具有更高的强度和良好的力学性能。
水泵常用金属材料说明
• 黑色金属： 通常指铁和铁的合金 • 有色金属： 指铁及铁合金以外的金属及其合金。
黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类： 即铸铁、碳素钢及合金钢。
铸铁
• 铸 铁：含碳量大于2.06％的铁碳合金 。 • 真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%~6.67%。 • 铸铁的主要成分除铁之外,碳和硅的含量也比较高。由于
铸铁中的含碳量较高,使得其中的大部分碳元素已不再以 Fe3C化合物存在,而是以游离的石墨存在。 • 性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差,一般 不能锻,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性 能,价格便宜。 • 用 途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网 的管子和管件。
• 根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸 铁和球墨铸铁。
珠光体可锻铸铁三种。常用的是黑心可锻铸铁。
• 2.1.3球墨铸铁：是通过在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理, 并加入少量的孕育剂以促进石墨化,在浇注后直接获得具有球状石墨结晶的铸 铁。
• 性能特点：球墨铸铁的各项性能指标均优于可锻铸铁，比可锻铸铁价格便宜。 • 用 途：可代替可锻铸铁用在较苛刻条件下。用途更广泛。
形成一层致密的Cr氧化薄膜，能有效地保护材料 免遭腐蚀。但其防腐性能不如奥氏体型不锈钢，
• ● 焊接性能比较差； • ● 常用在腐蚀性较弱的环境。在压力管道中应用
的不多,而在压力容器中常 • 用作复合材料的复层； • ● GB1220标准共给出了7种铁素体型不锈钢的材
料牌号,常用的材料牌号有00cr12和0Cr13Al。
• 性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻 铸铁制造工艺复杂,价格比较高。
材料科学与工程基础第一章
(3) 用途
• 结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴 承、机械零件
• 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电 器零件
• 建筑材料：贴面板、地贴
• 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料
• 涂装：涂料
• 粘合剂：粘合剂
• 日用：织物（衣服）胶鞋
•
运输：轮胎，传送带 材料科学与工程基础第一章
四、复合材料
由两种或两种以上组分组成，并 具有与其组成不同的新的性能的 材料称为复合材料。
往伴随化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到
产品的转变过程不发生化学变化。 • 3. 材料与物质 • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得
到用途各异、类型不同的材料。
材料科学与工程基础第一章
• 4．材料是人类文明的里程碑 迄今为止，人类使用材料的历史已
• • • 铸铁 • •
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
材料科学与工程基础第一章
• (2) 有色金属
• 五大类
• 轻金属 （<4.5g/cm2）铝、镁、钠、钙
• 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
• 类金属（半）
硅、硒、绅、硼
• 稀有金属
钛、锂、钨、钼、镭
钛结构自行车：钛合金的应用场合非常特 殊，一般用于需要抗腐蚀、耐疲劳、高弹 性的场合。
新型轮胎
填补龋齿的新材 料——新型陶瓷
材料科学与工程基础第一章
形状记忆合金
原始形状
拉直
加热后恢复
材料科学与工程基础第一章
原始形状 折成球形装 太阳能加热后 入登月舱
黑色金属材料基础知识
10
总结与展望
主要内容与回顾
黑色金属材料的种类和特性
01
介绍了铁、钢等常见黑色金属材料的基本种类、物理和化学特
性。
生产工艺与流程
02
概述了黑色金属材料的主要生产工艺，包括冶炼、轧制、热处
理等关键流程。
应用领域及市场需求
03
分析了黑色金属材料在建筑、机械、交通等领域的应用，以及
当前市场需求和发展趋势。
黑色金属材料具有优异的导电性、导 热性和磁性等物理性能，被广泛应用 于电气、电子、通讯等领域。
了解和掌握黑色金属材料的基础知识 ，有助于推动新材料的研究和开发， 促进产业升级和技术创新。
02
黑色金属材料概述
定义与分类
定义
黑色金属材料是指铁和以铁为基 的合金材料，是金属材料的一类 ，主要包括钢、铸铁和铁合金。
连铸
将钢水连续浇铸成一定形状的铸坯。
炼铁
将铁矿石还原成铁水，去除杂质 。
电炉炼钢
利用电能加热废钢等原料，使 其熔化并精炼成钢水。
轧制
将铸坯加热后通过轧机轧制成 所需形状的钢材。
钢的性能与应用
性能
钢具有良好的强度、韧性、可塑性和焊接性。不同类型的钢具有不同的性能特点，如碳 素钢易于加工和热处理，合金钢具有高强度和耐磨性，不锈钢具有优异的耐腐蚀性能。
应用
钢是工业领域应用最广泛的金属材料之一。在建筑、桥梁、道路、车辆、船舶、机械制造、 石油化工等领域都有广泛应用。例如，建筑结构用钢要求具有良好的承载能力和抗震性能； 汽车用钢要求具有高强度、轻量化和良好的耐腐蚀性能；石油化工用钢则要求具有耐高温、 高压和腐蚀的性能。
05
铸铁的基础知识
铸铁的组成与分类
黑色金属材料
铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能以 及减震性、耐磨性，铸铁生产工艺简单、成本低， 应用广泛。特别是球墨铸铁和合金铸铁的应用， 提高了铸铁的机械性能，形成了以铁代钢的趋势。
在汽车上，约50％～70％的金属材料为铸铁。 如气缸体、气缸盖、活塞环、变速箱外壳、后桥 壳等等。
牌号
HT150 HT200 HT250
车型
EQ1092 EQ1092 CA1093
零件名称 进排气歧管、变速器壳体等 气缸体、气缸盖、飞轮壳、正时齿轮、前后制动鼓等 气缸体、飞轮、曲轴皮带轮等
2、球墨铸铁：
成分：成分：含碳3.8％～4.0％、含硅2.0％～2.8％、 含锰0.6％～0.8％、含硫小于或等于0.04％、含磷小于或 等于0.1％含镁0.03％～0.05％、含稀土小于或等于0.05％。
黑色金属材料
金属材料是最重要的工程材料，工业上将金属及其 合金分为两大类型：
黑色金属—铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）； 占工业用材的95％。
有色金属—除黑色金属以外的所有金属及其合金； 仅占工业用材的5％。
碳钢和铸铁是现代汽车工业生产中使用最广泛的金属 材料，它主要由铁和碳两种元素组成的合金。因此，要掌 握碳钢和铸铁的性能及用途，首先要了解铁碳合金相图。
4、球墨铸铁 碳以球状石墨形态存在，故称 为球墨铸铁。它的强度、韧度比灰口铸铁、 可锻铸铁高，可替代钢材制造某些重要的机械 零件。
5、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是在灰铸铁的铁水中 加入蠕化剂（镁钛合金等）和孕育剂（硅铁） 进行蠕化－孕育处理后，得到具有蠕虫状石墨 的铸铁。
四、铸铁的成分、牌号及在汽车上的应用：
一、铸铁的石墨化
影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形 式、形态、大小和分布。铸铁中碳的存在形式有两种：
钢材化学成分元素知识大全
钢材化学成分元素知识大全1、钢中酸溶铝指溶解在钢中单质铝，全铝应指酸溶铝和夹杂铝（氧化铝）。
2、水口堵塞的原因是什么，如何防止?在浇注过程中，中间包水口和浸入式水口有时发生堵塞现象。
堵塞的原因有两种，一是钢水温度低，水口未达到烘烤温度，钢水冷凝所致。
二是因钢中高熔点(2052℃)的Al203沉积在水口内壁上，使钢流逐渐变小而造成水口堵塞。
钢中的Al203主要来自脱氧产物，当钢中[Al]含量偏高时，[Al]与耐火材料中的Si02及空气中的氧或钢中[O]发生反应生成Al203。
为了防止水口堵塞，对含[Al]量不作要求的钢，应控制钢中全铝含量不大于0.006％。
对铝含量有要求的钢，需对钢水进行钙处理，控制w[Ca]/w[A1]比值为0.1～0.15，使串簇状固体Al203转变成低熔点的12Ca0·7 Al203，这种铝酸钙熔点为1455℃，在浇注温度下为液态，可避免水口堵塞。
如果钙的加入量过少，不足以将Al203转化为12CaO·7 Al203，钙的加入量过多，又会生成CaS(熔点2450℃)，不能消除水口堵塞。
铝含量高(如w[Al]=0.045％)，硫含量也高(如w[S]>0.025％)的钢水难以避免水口堵塞。
提高钢水洁净度、减少钢水二次氧化，选择合适的水口材质，并向水口内壁和中间包塞棒吹氩等，都有利于避免水口的堵塞。
3、炼钢生产工艺中为了降低钢中的含氧量，常用铝、钡、钙、硅、锰等脱氧材料（或其复合合金）与氧发生反应成氧化物炉渣上浮到钢水上层而降低钢中的氧含量，其中铝是优良的脱氧剂，铝易与氧反应生成Al2O3（极少量氮化铝）,同时有部分单质铝溶入钢中，这部分单质铝可被酸溶解称为酸溶铝；而极少量的Al2O3也会滞留在钢中形成夹杂物，降低钢的性能，这部分Al2O3一般不易被酸溶解。
单质铝和Al2O3的总含量成为全铝（含量）。
现在较新型的直读光谱仪入ARL4460、斯派克M8、M9型采用新型的激发电源和单脉冲火花测量技术，通过对单质铝和Al2O3激发时放电脉冲高度即发光强度的不同分别采集信号计算含量，可以测定单质铝和Al2O3。
汽车材料教学课件第四版第六章黑色金属材料及其在汽车上的应用
3.化学稳定性 材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的零件，如发动机 的活塞、活塞环，需要选择热稳定性好的材料制造。
20
三、金属的力学性能
金属材料在加工和使用过程中都会受到外力的作用，这种外力通常称为载荷。不 同的汽车零件由于所承受载荷的性质不同，对其使用的要求也就不同。工程技术人 员选用材料时首先要掌握材料的使用性能，同时还要考虑材料的工艺性能和经济性。
1. 铸造性能 铸造性能是指金属材料是否能用铸造方法获得优良铸件的能力，主要有流动性、 收缩性、吸气性等。一般来说，铸铁、铸造铝合金具有良好的铸造性能。下图所示 为铸造加工。
38
铸造加工
39
2. 压力加工性能 压力加工性能是指金属材料在冷、热状态下进行压力加工的难易程度。通常塑性 好的材料，压力加工性能也好。低碳钢具有良好的压力加工性能，铸铁则不能进行 压力加工。下图所示为冷轧加工。
24
金属材料在载荷作用下形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑 性变形。金属材料在外力作用下而发生变形，当外力去除后，能够消失的变形称为 弹性变形；不能消失的变形称为塑性变形，也称为残余变形或永久变形。
25
选用汽车零件材料时必须分析其力学性能。例如，汽车轮胎紧固螺栓（见下图） 材料及规格的选择，就必须能保证在使用过程中螺栓不会由于承受不住剪切而扭断， 从而保障驾乘人员的安全。
30
2. 塑性 在外力作用下，金属材料断裂前发生不可逆永久变形的能力称为塑性。金属材料 的塑性也可通过拉伸试验测定，常用断后伸长率和断面收缩率来表示。 （1）断后伸长率 断后伸长率是指试样标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比。 （2）断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断处横截面积的减少量与原始横截面积的百分比。 断后伸长率和断面收缩率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性是对材料进行压 力加工的重要参考指标。
金属材料化学分析单元小结及习题
。
A．硬度
B．塑性
C．强度
（5）金属的
越好，则其锻造性能越好。
A．强度
B．塑性
C．硬度
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
综合训练六
6．判断题： （1）合金的熔点取决于它的化学成分。（ ） （2）1kg钢和1kg铝的体积是相同的。（ ） （3）导热必差的金属，加热和冷却时会产生较大的内外温度差，导致内 外金属不同的膨胀或收缩，产生较大的内应力，从而使金属变形，甚至产 生开裂。（ ） （4）金属的电阻率越大，电导性越好。（ ） （5）所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。（ ） （6）塑性变形能随载荷的去除而消失。（ ） （7）所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ ）
（1）拉伸试验量，试样拉断前能承受的最大标称应力称为材料的
。
A．屈服点
B．抗拉强度 C．弹性极限
（2）测定淬火钢件的硬度，一般常选用
来测试。
A．布氏硬度计 B．洛氏硬度计 C．维氏硬度计
（3）作疲劳试验时，试样承受的载荷为
。
A．静载荷
B．冲击载荷 C．循环载荷
（4）金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为
单元小结
燃烧法
吸收重量法
铁 电导法
红外吸收光谱法
滴淀法
光度法
滴定法
光度法
锰
电流滴定法
火焰原子吸收光谱法
铬
沉淀法
萃取法
离子交换法
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
综合训练六
1．总结归纳钢铁中除基体元素以外，其他主要有利和有害的杂质元素有哪 些？对钢铁性质的影响如何？生铁、碳素钢和合金钢在化学成分上的主要区 别如何？ 2．简述金属材料一般采制样的原则和方法。 3．综述钢铁试样、铝及铝合金试样的学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
GBZT 231-2010黑色金属冶炼及压延加工业职业卫生防护技术规范
GBz/T23⒈ -2010
前
言
根据《 中华人 民共 和 国职业 病防治法 》 制定本标 准 。 本标准之 附录 A、 附录 B、 附录 C、 附录 D均 为资料性 附录 。 本标谁 由卫生部职业卫 生标准 专业委员会提 出 。 本标准 由中华人 民共和 国卫生 部批准 。 本标准负 责起草单位 :中 国疾病预 防控制 中心职业卫生 与 中毒控制所 、 北京市 疾病 预 河北省疾 病预 防拄制 中心 、 鞍钢劳动卫生 研究所 、 武钢集 团公 司劳动卫生 职业病 防治所 。 本标准主要起 草人 g王 忠旭 、 李涛 、 邵强、 赵容 、 李 建 国、 赵春香 、 于冬 雪 、 赵振 奇 、 李济超 、 于会 张敏 、 李玉珍 、 秦汝莉 。 明、 防控 制 中心 、
GBz/T23⒈ -2010
黑 色 金属 冶 炼及 压 延 加 工 业 职 业 卫 生 防护 技 术 规 范
1
范围 本 标 准规定 了钢铁 工业 的黑 色金 属 冶炼 及 压 延加 工 业 职业 危 害 预 防 与控 制 的基 本 要 求 、 职业 危 害 的识 别 、 评 价 与管 理 、 职业 危 害 的预 防与控 制 、 辅 助设施 、 应 急救援 、 评 估 等 内容 ,同 时适 用 于钢铁 工业 的 焦化 、 热处 理加 工 及 金 属 表 面处 理行业 的职业 危 害 的预 防 与控 制 。本 标 准所 指 黑 色 金 属 冶 炼 及 压 延 加 工业 包 括原 (燃 )料 储 运 、 烧 结 (球 团 )、 炼铁 、 炼 钢 和钢压 延 加 工生 产 单元 。 本 标 准适 用 于钢 铁 王 业 新建 、 扩建 、 改建 建 设 项 目和 技 术 改 造 、 技 术 引进 项 目 (以 下 简 称 建 设 项 目) 以及 生产 活动 过程 中职业 危 害 的预 防与控 制 。本 标 准不 含 电离 辐射 部 分 。
黑色金属铸造材料性能与应用考核试卷
9.在黑色金属铸造过程中，为了防止铸件产生裂纹，以下哪种措施是有效的？( )
A.提高浇注温度B.降低浇注温度C.提高冷却速度D.降低冷却速度
10.以下哪种黑色金属铸造材料适用于制造汽车发动机汽缸体？( )
A.灰铸铁B.球墨铸铁C.铸钢D.可锻铸铁
17.以下哪个因素会影响黑色金属铸造材料的铸造流动性？( )
A.材料的熔点B.材料的粘度C.铸造工艺参数D.所有以上选项
18.以下哪种黑色金属铸造材料适用于制造高压阀门？( )
A.灰铸铁B.球墨铸铁C.铸钢D.高锰钢
19.下列哪个元素可以降低黑色金属铸造材料的熔点？( )
A.硅B.锰C.铬D.镍
20.以下哪种黑色金属铸造材料具有良好的导电性？( )
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.灰铸铁的抗拉强度高于球墨铸铁。（）
2.在黑色金属铸造中，提高浇注温度可以减少气孔缺陷的发生。（）
3.高镍合金具有良好的耐热和耐腐蚀性能。（√）
4.铸造过程中，所有的收缩都是均匀的。（×）
5.铸钢的熔点高于灰铸铁。（√）
A.灰铸铁B.球墨铸铁C.铸钢D.不锈钢
14.以下哪个元素可以提高黑色金属铸造材料的抗氧化性？( )
A.铬B.镍C.铜D.锰
15.以下哪种黑色金属铸造材料适用于制造普通机床床身？( )
A.灰铸铁B.球墨铸铁C.铸钢D.可锻铸铁
16.下列哪种工艺方法可以改善黑色金属铸造材料的组织性能？( )
A.热处理B.淬火C.正火D.回火
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述黑色金属铸造材料中，碳含量对材料性能的影响，并举例说明不同碳含量的铸铁在实际应用中的区别。（10分）
知识点一试题： 常用金属材料—黑色金属
知识点一常用金属材料—黑色金属姓名学号成绩一、填空题。
（30分）1、强度主要衡量指标有和。
2、40Cr是典型的钢，加入Cr元素，一个作用是，另一个作用是，其最终热处理是。
3、高速钢车刀通常用制造，渗碳齿轮用制造。
4、60Si2Mn表示含碳量为，含Si量为，含Mn量小于。
5、常用的碳素工具钢，随着数字的加大，钢的和提高，而逐渐降低。
6、常用碳钢可分为普通碳素结构钢、钢、碳素工具钢和铸造碳钢。
Q235-A·F属于钢，T10属于钢。
7、钢和铁都是主要由和两种元素组成的合金，理论上是将含碳量在以下的称为钢，在此以上的称为铁。
8、钢的质量是根据和的含量分类的，其中使钢冷脆，使钢热脆。
9、T12A钢按照用途分属钢，按质量分属钢。
10、空气压缩机箱体用制造，机油泵齿轮用加工而成，发动机箱体采用耐温材料铸造而成。
11、灰铸铁的力学性能比钢（填“好”或“差”）。
二、选择题。
（50分）1、碳素工具钢含碳量一般都（）。
A、<0.7%B、>0.7%C、>0.5%D、<0.5%2、下列钢材中，脱氧程度和质量最差的是（）。
A、镇静钢B、半镇静钢C、沸腾钢D、半沸腾钢3、普通钢、优质钢和高级优质钢的分类依据是（）。
A、主要质量等级B、主要性能C、主要用途D、三者综合考虑4、材料的塑性越好，则材料的（）越好。
A、铸造性能B、锻造性能C、切削加工性能D、热处理性能5、现需测定某淬火钢的硬度，一般应选用（）来测定。
A、布氏硬度计 B、洛氏硬度计 C、维式硬度计 D、肖氏硬度计6、制造凿子等受冲击的工具可选用（）。
A、T13钢B、30钢C、T8钢D、10钢7、关于金属材料强度指标，下列说法正确的是（）。
A、强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力B、强度是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力C、强度是金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力D、强度是金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力8、下列钢中塑性、焊接性最好的是（）。
黑色金属及其选用PPT课件
奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出 晶间腐蚀
消火栓
晶间腐 蚀破坏
304不锈钢
齿轮架
㈢ 常用不锈钢 1、马氏体不锈钢 主要是Cr13型不锈钢
钢号为1Cr13~4Cr13 随含碳量提高，强度、
硬度提高，耐蚀性下降. ⑴ 1Cr13、2Cr13 热处理: 淬火+高温回火 使用状态下的组织: S回
Zr等降低晶界能量)
裂纹中止于晶界颗粒状析出物
高温合金中的‘析出相
高温合金中的弯曲晶界
㈡ 常用耐热钢
1、珠光体耐热钢
常用钢号为15CrMo、 12Cr1MoV，是低合 金钢。
⑴ 合金元素作用：
涡轮机机壳 钢制法兰
Cr提高抗氧化性；
Mo提高热强性(T再); V弥散强化。
⑵ 热处理： 正火+高温回火
汽轮机叶片
⑷ 用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机 叶片；
4Cr9Si2是汽车阀门用钢。
汽车阀门
锅炉安全泄压阀 (2Cr13)
无磁性。 应力腐蚀易在含Clˉ的介质中发生，裂纹为树枝状。
为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti Cr的作用是提高抗氧化性；
⑵ 热处理：采用固 Cr点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及 4、Mo：耐有机酸腐蚀。
溶处理。即加热到 它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。
化作用的抗力。 钢中加入Cr、Si、
Al可形成致密稳定 的氧化膜，阻碍氧 进一步扩散，提高 抗氧化性。
气轮机叶片
2、高的热强性 热强性是指金属
在高温下的强度.
指标为蠕变强度 和持久强度。
蠕变指金属在高 温低于σs的应力 下所发生的极其 缓慢的塑性变形.
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
高温用钢的工况和特点分析
在高温工作条件下使用的钢有如下主要特点： 在高温工作条件下使用的钢有如下主要特点： 高温下钢会产生蠕变现象 高温下钢会产生蠕变现象 高温下钢的力学性能随温度及负荷持续时间 而变化 而变化 高温下钢的组织结构常会发生转变 高温下钢的组织结构常会发生转变
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
压力容器承压构件使用普通低碳钢限制条件（GB150-1998） 压力容器承压构件使用普通低碳钢限制条件（GB150-1998） Q235A·F 设计压力(MPa) 使用温度(℃) 壳体板厚(mm) ≤0.6 0~250 ≤ 12 Q235-A ≤1.0 0~350 ≤16 Q235-B ≤1.6 0~350 ≤20 不得用于 毒性程度 为高度或 极度危害 介质的压 力容器 Q235-C ≤2.5 0~400 ≤30
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
压力容器图
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压力容器图
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压力容器图
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
压力容器图
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
低合金高强度钢低合金高强度钢-合金化特点
V、Ti、Ni(＜0.1%)细小碳化物、或碳氮化物， 、 、 ＜ 细小碳化物、 细小碳化物 或碳氮化物， 有利于获得细小的铁素体晶粒， 有利于获得细小的铁素体晶粒，起析出沉淀强 化的作用，强度和韧性↑ 化的作用，强度和韧性↑，改进焊接性能 Mo: 强度↑↑、高温抗蠕变及抗氢腐蚀↑、提 强度↑↑ 高温抗蠕变及抗氢腐蚀↑ ↑↑、 高热强性效果显著。单独加Mo容易发生石墨化 高热强性效果显著。单独加 容易发生石墨化 倾向， 同时加)， 倾向，Mo(与Cr同时加 ，可以防止石墨化倾向 与 同时加 Ni：固溶强化铁素体，钢材的塑性和韧性都↑ ：固溶强化铁素体，钢材的塑性和韧性都↑
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
高温用钢－ 高温用钢－珠光体耐热钢
成分： 0.1％～0.4％，合金元素有Cr Mo、 ％～0.4％，合金元素有Cr、 成分：C 0.1％～0.4％，合金元素有Cr、Mo、 W、V等，合金元素主要作用是强化铁素体，防 合金元素主要作用是强化铁素体， 止高温下片状渗碳体的球化与石墨化， 止高温下片状渗碳体的球化与石墨化，提高钢 的高温强度 显微组织：细片珠光体+铁素体(正火状态) 显微组织：细片珠光体+铁素体(正火状态) 性能：膨胀系数小，导热性好，有良好的冷、 性能：膨胀系数小，导热性好，有良好的冷、 热加工性能、焊接性能。 热加工性能、焊接性能。 常用钢号及应用： 15CrMo 12Cr1MoV等 CrMo、 常用钢号及应用： 15CrMo、12Cr1MoV等， 热处理简单，通常采用正火处理。T<600℃的锅 热处理简单，通常采用正火处理。T<600℃的锅 炉及管道、压力容器、 炉及管道、压力容器、汽轮机转子等
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低合金高强度钢-13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR 低合金高强度钢-13MnNiMoNbR、 MnNiMoNbR
13MnNiMoNbR MnNiMoNbR： Mn钢 Mo、Cr、Ni等 13MnNiMoNbR：C—Mn钢＋Mo、Cr、Ni等，固溶强化 Mn 铁素体。为目前我国单层卷焊厚壁 单层卷焊厚壁压力容器的一个较 铁素体。为目前我国单层卷焊厚壁压力容器的一个较 理想的钢号。 理想的钢号。 钢板的强度、韧性、塑性很高，在低温下， 钢板的强度、韧性、塑性很高，在低温下，冲击吸 收功高。钢材的热强性高，有理想的中温强度。 收功高。钢材的热强性高，有理想的中温强度。推荐 使用温度～450℃ 焊接性优良； 使用温度～450℃；焊接性优良；焊接裂纹敏感性低 07MnCrMoVR MnCrMoVR是用于高参数球形容器的一个力学性 07MnCrMoVR是用于高参数球形容器的一个力学性 能和焊接性能相当理想的钢号。已成为我国建造大型 能和焊接性能相当理想的钢号。已成为我国建造大型 球罐的主要钢种
实际工作过程中， 实际工作过程中，不是由于高温持久强度不够 而使构件报废， 而使构件报废，而是由于高温脆性使其早期断 裂 因此要强调高温使用材料的高温持久强韧性的 配合。即要求高温用钢有高的高温持久强度和 配合。即要求高温用钢有高的高温持久强度和 蠕变断裂韧性
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
高温用钢
碳钢：使用温度<450℃ 碳钢：使用温度<450℃ 耐热钢: 使用温度>450℃ 耐热钢: 使用温度>450℃ 其它高温材料: 使用温度>800℃ 其它高温材料: 使用温度>800℃ 在高温工作条件下工作的机器与设备大多数都使用耐 高温的金属材料制造， 高温的金属材料制造，包括耐热钢和高温合金 高温未有固定的界限，常指高于 高温未有固定的界限，常指高于450℃的工作温度 未有固定的界限 ℃ 耐热即指材料在高温下有耐热稳定性和 耐热即指材料在高温下有耐热稳定性和热强性 即指材料在高温下有耐热稳定性
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压力容器图
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
压力容器的工况分析
材料因裂纹萌生与扩展引起失效 脆性破坏失效，压力容器虽然都选用韧性高 脆性破坏失效， 的材料制造， 的材料制造，但在使用或制造过程中受环境因 素及各种条件的影响，材料性能会发生变化， 素及各种条件的影响，材料性能会发生变化， 材料脆化使容器使用过程中产生低应力脆断 容器强度削弱引起失效
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高温用钢的性能要求－ 高温用钢的性能要求－松弛稳定性
σ0
应 力 σ1 σ T=常数 常数
σ2
τ1
时间t 时间 松弛曲线示意图
τ2
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ห้องสมุดไป่ตู้高温用钢的性能要求－ 高温用钢的性能要求－高温强韧性
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封面
黑色金属及其选用
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
压力容器
压力容器：化工、石油化工、能源、轻工、 压力容器：化工、石油化工、能源、轻工、食 医药等生产过程以及航空、 品、医药等生产过程以及航空、航天等部门所 用的机器、设备(如 换热器、反应釜、塔设备、 用的机器、设备 如：换热器、反应釜、塔设备、 各种贮罐、汽缸、油缸等)的承压壳体都是压力 各种贮罐、汽缸、油缸等 的承压壳体都是压力 容器
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7黑色金属及其选用 黑色金属及其选用
高温用钢的性能要求－ 高温用钢的性能要求－蠕变极限
在恒温、恒载荷作用下、在规定的时间内， 在恒温、恒载荷作用下、在规定的时间内， 材料的蠕变变形量≯ 一规定值， 材料的蠕变变形量≯某 一规定值，材料的最大 承载应力，称为蠕变极限， 承载应力，称为蠕变极限，用σnt表示 表示材料在长期、高温负荷作用下、抵抗塑 表示材料在长期、高温负荷作用下、抵抗塑 性变形的能力 的能力。 性变形的能力。不反映材料断裂时的强度和塑 性 钢的蠕变极限σ ℃ 如12Cr1MoV钢的蠕变极限σn560℃=80MPa 钢的蠕变极限
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低合金高强度钢-16MnR 低合金高强度钢-16MnR
号钢＋ 、 进行强化形成的 进行强化形成的C-Mn钢 20号钢＋Mn、Si进行强化形成的 号钢 钢 是屈服强度350MPa级的普通低合金高强度 16MnR是屈服强度 是屈服强度 级的普通低合金高强度 钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能 具有良好的综合力学性能、焊接性能、 及低温冲击韧性 16MnR是我国压力容器专用钢板中使用量最大的 是我国压力容器专用钢板中使用量最大的 一个钢号 主要用于制造-20－ 主要用于制造 －400℃的中低压压力容器壳体及 ℃ 中低压压力容器壳体及 承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。 承压构件、液化石油气瓶及中小型球罐。 的缺口敏感性比低碳钢大、 但16MnR的缺口敏感性比低碳钢大、疲劳强度低、 的缺口敏感性比低碳钢大 疲劳强度低、 焊接时易产生裂纹
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高温用钢的性能要求－ 高温用钢的性能要求－持久强度
在某一高温下，材料受载发生蠕变， 在某一高温下，材料受载发生蠕变，当达到额定时 间为10 小时后，材料产生断裂时的破坏应力， 间为105小时后，材料产生断裂时的破坏应力，称为该 材料的持久强度σDt 材料的持久强度σ 持久强度 它反映了材料在高温下经过额定时间发生断裂时的 破坏能力 同一种材料，持久强度σ 都高于蠕变极限σ 同一种材料，持久强度σDt都高于蠕变极限σnt 。一 高温塑性好的材料， 般，高温塑性好的材料，σDt/σnt较大；而高温易脆断 σ 较大； 的材料， 的材料，σDt/σnt较小。在设计时，以选用σDt/σnt较大 σ 较小。在设计时，以选用σ σ 材料为好 钢的持久强度σ ℃ 如12Cr1MoV钢的持久强度σD560℃=100MPa 钢的持久强度
高温用钢的化学稳定性
高温用钢的化学稳定性 决定于氧化反应的热力学与动力学条件 取决于表面膜的结构与性能
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