(完整版)金属材料常识简介

金属材料常识简介一、钢：1. 钢与铁的区别主要在含碳量上，一般含碳量在2.11%以下的铁碳合金称为钢；一般含碳量在2.11%以上的铁碳合金称为铁。

2. 钢的分类：按照化学成分分为碳素钢、中低合金钢、高合金钢。

按冶炼工艺分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、感应炉钢、电渣炉钢等。

按脱氧程度分为镇静钢（脱氧完全的钢）、半镇静钢（脱氧较完全的钢）、沸腾钢（脱氧不完全的钢）按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。

结构钢用于制造工程结构和机械零件。

工程结构用钢一般属于低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，适用于焊接。

机械零件用钢大多需要进行热处理。

二、碳素钢1．碳素钢分类按碳的质量分数又可分为低碳钢(＜0.25%）；中碳钢(＝0.25％～0.60％)；高碳钢（＞0.60％)。

按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分普通质量钢；优质钢；高级优质钢。

普通质量钢又分为只保证化学成分不保证机械性能的和只保证机械性能不保证化学成分的两种。

2 、钢的编号（1）普通碳素结构钢碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点屈字的汉语拼音字母、屈服极限数值、质量等级符号及脱氧方法符号四个部分按顺序组成。

牌号中Q表示“屈”；A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S、P）质量分数的多少，（C、D）级硫、磷质量分数最低、质量好，可作重要焊接结构件。

例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A等级质量的沸腾钢。

D级质量最好，A级最差。

普通碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大，约占钢材总量的70％。

（2）优质碳素结构钢其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。

例如45钢，表示平均ωc =0.45%；08钢表示平均ωc =0.08%。

优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为普通锰钢(ωMn＝0.25%～0.80%)与较高锰的钢(ωMn=0.70%～1.20%)两组。

较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”，如45Mn。

优质碳素结构钢S、P含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结构钢零件，为了充分发挥其性能潜力，一般都是在热处理后使用。

08F、10F钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。

15、20、25钢属于渗碳钢，这类钢强度较低，但塑性和韧性较高，焊接性能及冷冲压性能较好。

可以制造各种受力不大，但要求高韧性的零件；此外还可用作冷冲压件和焊接件。

渗碳钢经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度可达60HRC以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。

30、35、40、45，50、55钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如轴类零件，这类钢在机械制造中应用最广泛，其中以45钢更为突出。

60、65，70钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的弹性极限、高的屈强比，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。

优质碳素结构钢中较高锰的一组牌号(15Mn~70Mn)，其性能和用途与普通锰的一组对应牌号相同，但其淬透性略高。

（3）碳素工具钢其牌号冠以“T”(“T”为“碳”字的汉语拼音首位字母)，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍。

碳素工具钢分优质和高级优质两类。

若为高级优质钢，则在数字后面加“A”字。

例如T8A钢，表示平均ωc =0.8%的高级优质碳素工具钢。

对含较高锰的(ωMn＝0.40％～0.60%)的碳素工具钢，则在数字后加“Mn”，如T8Mn、T8MnA等。

这类钢的碳的质量分数为ωc＝0.65％~1.35％，分优质碳素工具钢与高级优质碳素工具钢两类。

牌号后加“A”的属高级优质(ωs≤0．020％，ωp≤0．030％；对平炉冶炼的钢，ωs≤0．025％)。

碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度高于250℃时，其硬度和耐磨性会显著降低。

此外，钢的淬透性也低，并容易产生淬火变形和开裂。

因此，碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速、小进给量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具和量具。

（4）铸造碳钢铸造碳钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求比铸铁高的零件，例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等，这种机件，用锻造方法难以生产，用铸铁又无法满足性能要求，只能用碳钢采用铸造方法生产。

按含碳量分为：含碳小于0.2%的为铸造低碳钢，含碳0.2%～0.5%的为铸造中碳钢，含碳大于0.5%的为铸造高碳钢。

铸造碳钢其牌号用“ZG”代表铸钢二字汉语拼音首位字母，后面第一组数字为屈服强度(单位N/mm2)，第二组数字为抗拉强度(单位N/mm2)。

例如ZG200-400，表示屈服强度σs(或σ0.2)≥200N/mm2，抗拉强度σb≥400N/mm2的铸造碳钢件。

铸钢与锻钢、轧钢的差别：铸钢与锻钢、轧钢相比晶粒粗大、内部存在裂纹、气孔、缩孔等铸造缺陷，使其性能不如锻钢、轧钢的好。

但铸钢件的形状可以多样化，性能是各向同性的。

采用热等静压等特殊手段可以使其性能与锻钢、轧钢相近。

铸造碳钢中碳的质量分数一般为ωc＝0.15％~0.60％。

碳的质量分数过高则塑性差，易产生裂纹。

铸钢的牌号举例：碳钢：以化学成分为主要验收依据时：ZG 45 “ZG”——“铸钢”拼音第一个字母，“45”——碳的质量分数为0.45%，以机械性能为主要验收依据时：ZG 230 450 “ZG”——“铸钢”拼音第一个字母。

“230”——屈服强度“450”——抗拉强度合金钢：ZG50Cr2Mo “ZG”——“铸钢”拼音第一个字母。

“50”——碳的质量分数为0.50%，“Cr2”——铬元素含量为2% ，“Mo”——钼元素含量小于1% 。

三、各种钢材的选用：1)ZG200-400 有良好的塑性、韧性和焊接性能。

用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。

2)ZG230-450 有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性尚可。

用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如砧座、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱等。

3)ZG270-500 有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性佳，用途广泛，用于制作轧钢机机架、轴承座、连杆、箱体、缸体等。

4)ZG310-570 强度和切削加工性良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件，如大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。

5)ZG340-640有高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大，可用制作齿轮、棘轮等。

6) 45钢与ZG45钢的区别：45钢是优质碳素结构。

ZG45钢是工程铸造碳钢(ZG45现在牌号是ZG310-570)。

这两种钢的C含量都是0.42--0.50%；但两者性能相差较大. ZG45用铸造方法直接获得产品毛坯,铸钢可以做形状比较复杂的产品，且铸造缺陷无法完全避免。

45钢是优质碳素结构钢,市场上卖的45钢是指圆钢、方钢或其它型材，是用浇铸的钢锭经锻打后热轧成型的，缺陷较少。

因此,ZG45的晶粒形态不如45钢，需要热处理才能接近45钢.如果要用ZG45钢代替45钢，则必须在浇注ZG45钢铸件时注意消除铸造缺陷，并且要对其进行重结晶退火或正火处理，细化晶粒，消除魏氏组织，改善其力学性能。

达到要求才能替代。

7) 45钢与40Cr钢的区别：45钢的标准读法应该叫“四五钢”，而不是“四十五号钢”40Cr这种材料的含碳量为0.37%～0.44%，比45钢（0.42%～0.50%）略低，Si、Mn的含量相当，含Cr0.80%～1.10%。

在热轧供货的情况下，这1%的Cr基本不起作用，它俩的力学性能大体相当。

由于40Cr的价格比45钢贵一半左右，所以出于经济性的考虑能用45钢的就不用40Cr。

平常分类45钢属于GB699“（优质）碳素结构钢”，40Cr属于GB3077“合金结构钢”。

区别就在于热处理以后。

Cr在热处理中的主要作用是提高钢的淬透性。

由于淬透性提高，淬火（或调质）处理后40Cr的强度、硬度、冲击韧性等机械性能也明显比45钢高，但也是由于淬透性强，在淬火时40Cr的内应力也就比45钢大，同样的条件下40Cr材料的工件开裂倾向也就比45钢材料的工件大。

因此为避免工件开裂，40Cr淬火时大多选用导热性较低的油作为淬火介质（有时也用双液淬火法，俗话叫水淬油冷），而45刚则用导热性较高的水作为淬火介质。

当然，水和油的选择也不是绝对的，和工件的形状也有密切关系。

形状简单的40Cr零件也可以使用水淬，而形状复杂的45钢零件也许就得使用油淬甚至盐浴。

8) A3钢与Q235钢的区别：它们都是碳素结构钢的牌号A3是老标准里的钢号，现行标准（GB221-79）里已经没有这个牌号了。

现行标准里，A3包含在Q235里了。

Q235代表这种钢的屈服强度为235MPa，Q345里的345同样Q235又可细分为好几类，其中有：A-保证力学性能，B-保证力学性能和冷弯性能，C-保证化学成分……老标准里，A1、A2、A3用1，2，3……来表示强度的。

1代表屈服强度为195MPa，2代表屈服强度为215MPa，3代表屈服强度为235MPa，…………所以A3就相当于新牌号里的Q235A它属于是甲类钢，这类钢生产厂家出厂时只保证机械性能而不保证化学成份，所以杂质成份如S、P可能多一点，其含碳量在0.2%左右，大致相当于20号钢，与新标准中Q235相当。

它的成分是：C（0.14-0.22％），Mn（0.3-0.65％），Si含量≯0.3％，S含量≯0.05％，P含量≯0.045％9) Q235钢与45钢的区别：45钢是含炭量在0.45%的碳素结构钢,泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。

但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。

所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。

实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。

45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。

调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

但表面硬度较低，不耐磨。

可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。

渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。

其表面含碳量0.8－－1.2％，芯部一般在0.1－－0.25％（特殊情况下采用0.35％）。