金属材料分类方法及牌号对比(第一部分)

材料的弹性变形和塑性变形
1、弹性变形：构件或物体在外力作用下产生变 形，外力除去后能完全恢复其原有的形状，不 遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形称为弹 性变形。 2、塑性变形：构件或物体在外力作用下产生变 形，当外力除去后，构件或物体的形状不能复 原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变 形称为塑性变形。
4、蠕变对金属的影响：由于金属蠕变的累积，使 金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者 蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均 会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。所以， 对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监 测。当然，一些部件在工作中出现一些塑性变形 还是允许的，只要它们在整个工作期限内（例如 10万小时），由于蠕变所累积的塑性变形量不超 过允许值即可。例如，一般规定主蒸汽管道、高 温蒸汽联箱经10万小时运行后，总变形量不超过 1%；汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0。 1%；锅炉的合金钢过热器管和再热管，当蠕变胀 粗大于2。5%时，即行更换；锅炉的碳钢过热器 管和再热器管，当蠕变胀粗大于3。5%时，即行 更换
第二部分 GB金属材料分类方法
一、工业用钢简介
通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称， 指所有的铁碳合金，即碳素钢和合金钢。
二、钢材分类
（一）按化学成分分类
1、按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 2、碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢（C%≤0.25%）、 中碳钢（C%=0.25%～0.60%）和高碳钢（C%>0.6%） 三类。 3、合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢（合金元 素总量<5%）、中合金钢（合金元素总量为5～10%） 和高合金钢（合金元素总量>10%）三类。 4、合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬 镍钢、硅锰钢、铬钼钢、铬镍钼等。
6、断面收缩率ψ ：断面收缩率表明试样在拉伸试 验发生破坏时,缩颈处产生的塑性变形率，单位 为％。
ψ= (S0- S1)/ S0×100%
式中 S0 ------ 试样原始横截面积（mm2）； S1 ------ 试样拉断处的最小横截面积（mm2）。 金属材料的δ和ψ数值越大，表示材料的塑性越好。
金属材料分类方法及牌号对比
（第一部分）
2007-10-11
主要内容
• 第一部分 金属材料的一些基本概念
一、金属材料的性能 二、金属材料一些基本概念 三、杂质元素和合金元素在钢中的作用 四、铸铁和碳钢在化学成分金相结构和性能上的差别
• 第二部分 GB金属材料分类方法
一、工业用钢简介 二、钢材不同分类： 三、（GB/T221-2000）《钢铁产品牌号表示方法》 四、 钢的质量分级
бs= Fs/ So (MPa)
式中 Fs ------ 试样屈服时的载荷（N）； So ------ 试样原始横截面积（mm2）。
б = F / So (MPa)
0.2 0.2
式中 F0.2 ----- 残余伸长率达到0.2%时的载（N）； So ----- 试样原始横截面积（mm2）。
3、持久强度бtD ：试样在设计温度下、经 10 万小时后，断裂时的平均应力， 单 位为 MPa。 4、 蠕变极限бtn ：在给定温度下和规定的 持续时间内，使试样产生一定蠕变量的 应力值。工程上通常采用钢材在设计温 度下，经过10 万小时后、蠕变率为1％ 时的应力值，单位 MPa 。
二、金属材料一些基本概念
• 金属材料的机械性能指标：
1、 强度极限бb ：在拉伸应力—应变曲线上的最大应力
点，单位为MPa。
бb= Fb/ So (MPa)
式中 Fb ------ 试样承受的最大载荷（N）； So ------ 试样原始横截面积（mm2）
2、屈服极限бs : 材料的拉伸应力超过弹性范围，开 始产生塑性变形时的应力。有些材料没有明显的屈 服点，工程上通常取试样产生0.2％残余变形时的 应力作为条件屈服极限б0.2，单位为MPa。
3、硬度含义：硬度是衡量金属材料软硬程度 的一项重要的性能指标，它既可理解为是 材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能 力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破 坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念， 而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学 性能的综合指标。
维氏硬度
• 维氏硬度：HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形 锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面 积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。 • 维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷 1.961~<49.03N，它适用于较薄工件、工具表面 或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷 <1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测 定。
布氏硬度
• 布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷， 将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入 被测金属表面，保持规定时间，然后卸荷， 布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所 得的商，即为布氏硬度值(HB)，单位为 MPa 。 • 在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。 其快速计算公式可大概记为： 1HRC≈1/10HB。
金属材料强度测量方法
金属材料拉伸应力－应变曲线
铸铁拉伸应力－应变曲线
碳钢和铸铁压缩应力－应变曲线
三、杂质元素和合金元素在钢中的作用
非合金钢中的杂质元素是在冶炼过程中不是 人为有意地加入或保留的元素。非合金钢中常见 杂质元素有硅、锰、硫、磷等，对钢的性能有较 大的影响。 合金钢中的合金元素是为使金属具有某些特 性，在基本金属中有意加入或保留的金属或非金 属元素。钢中常用的合金元素有铬（Cr）、锰 （Mn）、硅（Si）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨 （W）、钒（V）、钴（Co）、钛(Ti)、铝（Al）、 铜（Cu）、硼（B）、氮（N）、稀土（RE）等。 其中硫、磷在特定的条件下可认为是合金元素， 如易切削钢中的硫。
1、主要杂质元素在非合金钢中的作用
• （1） 锰 非合金钢中锰的含量一般为0.25～0.8%。锰是炼钢用锰铁作脱氧剂的残存元 素，锰有很好的脱氧能力；锰能溶于铁素体和渗碳体中，使其固溶强化，并 能增加和细化珠光体，提高其强度和硬度；锰与硫可形成MnS，以消除硫的 有害影响。 （2） 硅 硅在镇静钢中含量一般为0.1～0.4%，而在沸腾钢中含量一般小于等于0.07%。 硅也是作为脱氧剂进入钢中的，硅比锰的脱氧能力还强；硅能溶于铁素体中 使其固溶强化，提高其强度、硬度和弹性。 （3）硫 硫是钢中的有害元素，由矿石与焦炭中带来的。硫与铁形成化合物FeS(熔点 为1190℃左右)，而FeS与铁形成低熔点(985℃)的共晶体分布在晶界处。当 钢在1000～1200℃进行锻压或轧制时，由于这种共晶体先熔化，而使钢沿晶 界开裂，称为“热脆”。 硫还降低钢的耐腐蚀性。 （4）磷 磷是钢中的有害杂质，磷溶入铁素体中，使钢的塑性下降，钢的强度、硬度 升高，造成钢的“冷脆性”。但可提高钢的抗蚀性，可改善钢的切削加工性 能。 （5） 碳 碳含量升高，钢的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，焊接性能下降，焊缝 热影响区扩大。但 C＞0.9％后钢的强度反而下降。
一、金属材料的性能：
包Leabharlann Baidu工艺性能和使用性能
• 1、金属材料的工艺性能是金属材料在用于制造的过程中，适合各种 冷、热加工的性能，也就是制成成品的难易程度。 铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等 • 2、金属材料的使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来的性 能，它包括物理性能、化学性能和力学性能。 (1) 金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热 性、导电性、热膨胀性和磁性等。 (2) 金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能， 包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。 (3) 金属材料的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力-应变关系的性能。它包括强度、塑性、硬度、韧 性及抗疲劳等。
7、许用应力和安全系数
8、硬度： 硬度是反映材料对局部塑性 变形的抗力和材料耐磨性的指标。 硬度的表示方法有布氏 硬度HB、洛氏硬度RC和维氏硬度 （HV）。
金属硬度
1、硬度概念：材料局部抵抗硬物压入其表面的能 力称为硬度。 2、硬度测试方法：通常用硬度试验机来测试材料的 硬度，是现代试验硬度常用的方法。 平时试验钢铁硬度的普通方法是用锉刀在工件边 缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其 硬度的高低，这种方法称为锉试法，这种方法不 太科学。
洛氏硬度
• 洛氏硬度
• 在规定的外加载荷下，使用顶角为120度的金刚 石圆锥压头或直径为1.59、3.18mm的钢球垂 直压入试件表面，产生压痕，进行材料硬度测试。 • 洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种， 它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中 HRC用得最多，压痕较小，可测较薄的材料和硬 度高的材料及成品件的硬度。
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2、合金元素在钢中的作用
• 合金元素对钢基本相的影响。 • 钢的基本相是铁素体和渗碳体。 • （1） 强化铁素体 ：大多数合金元素（如铬、钨、 钒、氮、锰、硅、磷等）都能溶于铁素体中产生 固溶强化，使铁素体的强度、硬度升高，塑性、 韧性下降。 • （2） 形成碳化物 ：钢中能形成碳化物的元素有 铁、锰、铬、钼、钨、铌、锆、钛等（按与碳亲 和力由弱到强排列），与碳的亲和力越强，形成 的碳化物越稳定，硬度也就越高。
金属的蠕变
1、蠕变概念：金属材料长期在不变的温度和不变的应力作 用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。 2、蠕变条件：对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下 才明显表现出来。但是，某些金属，如铅、锡及它们的合 金，在常温条件下，也能表现出蠕变现象。产生蠕变所需 的应力，甚至可以小于材料的弹性极限。蠕变现象的产生， 是由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。 3、蠕变与应力、温度等关系：碳钢在300-400℃时，在应力 的作用下即能明显地出现蠕变现象。当温度在高于400℃ 时，即使应力不大，也要出现较大速率的蠕变。合金钢的 温度超过400~450℃时，在一定的应力作用下，就会发生 蠕变、温度愈高，蠕变现象愈明显。高温高压火电厂中产 生蠕变的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、 高温紧固件、汽轮机汽缸等。
• 第三部分 ASME材料分类方法
一、一些组织机构简介 二、ASME材料分类方法 三、日本工业标准(JIS)简单介绍 四、德国工业标准(DIN)简单介绍
• 第四部分
一、GB ASME JIS DIN GOST BS 等世界 上各种钢钢 号对照表 二、OPC常见金属材料排号对比
第一部分 金属材料的一些基本概念
5、延伸率δ：表明试样在拉伸试验破坏时，产生
了百分之几的塑性伸长量。它是衡量钢材塑性 的一个指标。试样长度一般选择为其直径的5 倍或10倍，因此，有δ5(短试样)和δ10 （长 试样）两种指标， 单位为 ％。
δ= (L - L )/ L × 100%
1 0 0
式中 L1 ------ 试样拉断后的标距（mm）； L0 ------ 试样的原始标距（mm）。
• 金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之 间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑 性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的 强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
根据经验钢材的硬度与其抗拉强度有如下近似关系： 轧制、正火的低碳钢 бb =0.36HB； 轧制、正火的中碳钢或低合金钢 бb =0.35HB； 硬度为250～400，经热处理的合金钢 бb =0.33HB。
四、 铸铁和碳钢在化学成分、金相结构 和性能上的差别
• 铸铁的含碳量一般在2.5～4.5％，并含有比钢多 的Si, Mn, S, P。 碳在铸铁中除少量溶于基体外， 绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在。 铸铁比 碳钢脆，不能锻轧，但铸造性能和切削加工性能 好。 • 钢的含碳量 C<2.1％, 含有少量的 Si, Mn, S, P,合 金钢还含有一定量的其他合金元素，如Ni, Cr, Mo,V 等。各种成分以不同的金属相、金属化合物 和机械混合物构成。钢的机械性能好，便于各种 加工。通常，低碳钢含碳量<0.25%,中碳钢含碳 量为0.25～0.6%,高碳钢含碳量>0.6%。