常用金属材料-有色金属及其合金
几种常见的有色金属及合金钢
锰 Mn
13
各类钢铁材料牌号的表示方法
2、低合金结构钢 Q345 C Q—— 牌号一律用“Q”，代表屈服点 345——表述屈服点数值（单位为MPa) C—— 表示质量等级（A、B、C、D四等）
四、优质碳素结构钢 锅炉用优质碳素结构钢 20g 20——表示含碳量在0.020% g—— 表示为锅炉用钢
22
有色金属材料简介
（三）有色金属分类
1、有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀 有金属五类。
2、有色金属按化学成分分类：铝和铝合金材、铜和铜合金 材、铅和铅合金材、镍和镍合金材。钛和钛合金材。按形 状分类时可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品 种。
3、在有色金属中，还有各种各样的分类方法 A、按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5， 叫做“轻金属”（ 密度小（0.53～4.5g/cm3），化学 性质活泼，如铝、镁等. B、铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金 属”。（ 一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等 ；）
17
各类钢铁材料牌号的表示方法
2. 16MnR化学成分 16MnR钢的化学成分（熔炼分析，%）应符合下列规定
C(含碳）≤0.20 %, Si（硅含量）:0.20-0.55 %, Mn（锰含量）:1.2-1.6 %, P（磷含量） ≤ 0.035 %, S（硫含量） ≤ 0.030 %
18
各类钢铁材料牌号的表示方法
12
各类钢铁材料牌号的表示方法
（3）Q235B化学成分 碳 C ：0.17～0.22%硅 Si：≤0.35%
：0.3～0.7% 硫 S ：≤0.045% 磷 P ：≤0.045% 铬 Cr：允许残余含量≤0.030% 镍 Ni：允许残余含量≤0.030% 铜 Cu：允许残余含量≤0.030 %
常见的金属材料
建筑领域
铝合金在建筑领域中用于制作 门窗、幕墙等，具有美观、耐 用、防火等特点。
其他领域
铝合金还广泛应用于电子、化 工、包装等领域，如制造电子
产品外壳、化工设备等。
CHAPTER 04
不锈钢材料
不锈钢材料的定义与分类
定义
不锈钢是一种具有高耐腐蚀性的金属 材料，通常含有10.5%以上的铬，并 添加了其他合金元素以改善其耐腐蚀 性和其他性能。
金属材料的强度和硬度通常较高，具有优良的耐磨性和 抗疲劳性能。
金属材料具有良好的导电性和导热性，可以用于制造电 子元件和热交换器等。
金属材料的应用领域
在建筑领域，金属材料主要用于 结构支撑和装饰装修等方面，如 钢架、铝合金门窗等。
在交通领域，金属材料被用于制 造车辆和船舶等交通工具。
金属材料广泛应用于建筑、制造 、交通、航空航天等领域。
钢铁材料在航空航天领域中也有重要应用 ，如飞机、火箭等飞行器的制造。
CHAPTER 03
铝合金材料
铝合金材料的定义与分类
铝合金定义
铝合金是一种以铝为基体元素，添加其他金属或非金属元素组成的合金。
铝合金分类
根据合金组成和加工特点，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两类。
铝合金材料的性质与特点
物理性质
不锈钢材料可以用于建筑装饰、栏杆、门窗等领域，其美观耐 用、易于维护的特点深受用户喜爱。
CHAPTER 05
钛及钛合金材料
钛及钛合金材料的定义与分类
钛及钛合金材料的定义
钛是一种银白色金属，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点。钛合金是由钛与其 他金属元素组成的合金。
钛及钛合金材料的分类
根据钛合金中添加的元素不同，钛合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。
常用金属材料介绍
常用金属材料金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。
金属材料大致可分为黑色金属两大类。
黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。
1.2.1 钢钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。
碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。
工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。
为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。
（一）碳钢1．碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。
（1）按钢的含碳量多少分类分为三类：低碳钢，含碳量<0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%；高碳钢，含碳量>0.60%。
（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类：普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%；优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%；高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。
（3）按钢的用途分类分为两类：碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。
2．碳钢牌号的表示方法（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。
其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。
如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A 级沸腾碳素结构钢。
（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。
这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。
例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
常用金属材料及特性
建筑用内外装、车辆之内装、船舶之内装
为中程度强度之最具代表性合金，耐蚀性、溶接性及 一般钣金、船舶、车辆、建筑、瓶盖、蜂
成形性良好，特别是疲劳强度高，耐海水性佳。
巢板
限制5052之不纯物元素，并抑制过氧化氢分离之合金， 其他特性与5052同
过氧化氢容器
强度比5052约高20%，其他特性与5052相同
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、 重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度 一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
二、金属材料的工艺性能
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，主要有以下四个方 面： （1）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。 （2）可锻性：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。 （3）可铸性：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。 （4）可焊性：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。
6N01
6063 6063 6 AL 0x 0 Mg 6101 6101 0x 系 Si 6151 6151 列系
有色金属材料(钛及其合金、镍及其合金、铜及其合金、锆、钽等)基础知识
(c)、钛与氧的关系：常温下氧化，200-300℃形成致密的氧化膜，400℃反应加快，600℃与氧剧烈反应，钛在常温液态氧3.5Kg/Cm2中燃烧,钛的着火很难扑灭,不能用水只能隔绝空气.。
3）、钛的导热系数低，约为碳钢的1/4.5,稍低于不锈钢。加工硬化倾向很大，所以切削刀尖温度偏高（可能导致钛工件着火，刀具退火报废），加工速度不宜过快（比钢的切削速度低25-50%，约为8-20m/sec），刀具要锋利，切削过程中不能停刀，冷却剂进行充分冷却。尽管钛设备导热系数低会引起较大的热应力或热疲劳应力，但此缺点为它的线膨胀系数较低所补偿；且不影响传热效率，这是由于钛具有较好的抗污染能力；不使气体呈膜状凝结而成滴状凝结；能耐较高流速的冲刷腐蚀；能使设备壁或管壁制作的很薄的特点。因此钛具有较好的传热性能。
（a）钛的熔炼：钛在自然界中以TiO2（即金红石）形式存在，第一步：TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2（气态）即把O形成气态，否则会与Ti形成可逆反应；第二步：TiCl4+2Mg=Ti（即蜂窝状的海绵钛）+2MgCl2；第三步：将海绵钛作成电极放置在真空自耗电弧炉中熔炼成比重为4.51的金属钛铸件.
（f）、钛与S、P的关系：450℃以上钛与P发生反应形成Ti2P，高温时钛与熔化硫和气体硫发生反应，熔化的钛与气体硫之间的反应特别激烈，生成脆性的TiS2
（g）、钛与铁元素的关系：熔融态的钛铁会形成TiFe、TiFe2这些晶间化合物，组织为针尖状的熔点为2000℃的马氏体，使钛的塑性降低，并形成吸氢吸氧的通道。所以在焊接钛钢复合板设备时必须先焊接基板的里面，外清根，后外层，再贴条焊接复层。
常用金属材料密度表,包括黑色、有色金属材料及其合金材料的密度
材料名称
TC7 TC8 TC9 TC10
2.0735 纯镍、阳极镍、电真空镍 2.1441 镍铜、镍镁、镍硅合金 2.1677 镍铬合金 2.1441 锌锭（Zn0.1、Zn1、Zn2、Zn3） 2.1991 铸锌 2.1834 4-1铸造锌铝合金 2.2305 4-0.5铸造锌铝合金 2.1206 铅和铅锑合金 2.0813 铅阳极板 2.1598来自度表（宝冶技术部提供）
密度 克/厘米3 7.90 8.50 8.00 8.90 8.50 8.70 8.80 8.50 8.70 8.80 8.54 8.50 8.60 8.50 8.50 8.50 8.50 8.80 8.69 8.82 8.80 8.90 8.75 8.20 2.77 2.80 2.85 2.75 1.74 1.76 1.78 1.79 1.80 1.80 4.50 4.45 4.40 4.46 4.56 4.89 4.55 4.43 系数 6.20 6.68 6.28 6.99 6.68 6.83 6.91 6.68 6.83 6.91 6.71 6.68 6.75 6.68 6.68 6.68 6.68 6.91 6.83 6.93 6.91 6.99 6.87 6.44 2.18 2.20 2.24 2.16 1.37 1.38 1.40 1.41 1.41 1.41 3.53 3.50 3.46 3.50 3.58 3.84 3.57 3.48
常用金属密度表（宝冶技术部提供）
常用金属材料密度表，包括黑色、有色金属材料及其合金材料的密度。
材料名称
灰口铸铁 白口铸铁 可锻铸铁 铸钢 工业纯铁 普通碳素钢 优质碳素钢 碳素工具钢 易切钢 锰钢 15CrA铬钢 20Cr、30Cr、40Cr铬钢 38CrA铬钢 铬钒、铬镍、铬镍钼、铬锰、硅、铬锰 硅镍、硅锰、硅铬钢 铬镍钨钢 铬钼铝钢 含钨9高速工具钢 含钨18高速工具钢 高强度合金钢 轴承钢 0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、 4Cr13、Cr17Ni2、Cr18、9Cr18、 Cr25、Cr28 不 锈 钢 Cr14、Cr17 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9 1Cr18Ni11Si4A1Ti 7铝青铜 19-2铝青铜 9-4、10-3-1.5铝青铜 10-4-4铝青铜 铍青铜 3-1硅青铜 1-3硅青铜 1铍青铜 0.5镉青铜 0.5铬青铜 1.5锰青铜 5锰青铜 B5、B19、B30、BMn40-1.5 BMn3-12 白 铜 BZN15-20 BA16-1.5 BA113-3
有色金属及其合金常用非金属材料润滑材料
四）、聚甲醛（简称POM） 1、性能 具有优良的物理、化学、机械性能和耐磨性。 2、用途：用来制造轴承、齿轮、泵的叶轮、风机叶 片等。
塑料简易鉴别法参考下表
二、橡胶及其制品
橡胶是一种高分子化合物（分天然和合成橡胶两 大类）。
常用橡胶制品、性能及用途见下表
润滑材料
一、磨损及润滑机理
一）、磨损机理 动摩擦是两个物体在相对运动中摩擦。 滑动摩擦是一个物体在另一个物体上相对 滑动时所产生的摩擦。 例如：活塞在汽缸里的摩擦，滑动轴承。 滚动摩擦是一个物体在另一个物体上相对 滚动时所产生的摩擦。 例如：滚动轴承内的摩擦。
8）、抗氧安定性--- 油品抵抗氧化作用的能力，一般 以油品氧化后的沉淀物和酸值表示。 主要检测汽轮机油和压缩机油。 9）、水分--- 水会破坏油膜，使油乳化变质，水和酸 作用将加大腐蚀。 10）、腐蚀试验--- 用一定尺寸的铜片，浸入100℃的 油中，保持3小时，根据金属表面的颜色及其斑点数 来判断。 11）、残碳--- 润滑油中的不饱和碳氢化合物，在高温 空气不足的情况下，发生蒸发，分解和缩合作用后， 所生成的焦黑色残留物质。 判断润滑油的积碳，设备磨损速度，管路是否可 能出现堵塞等。 12）、抗乳化度--- 在规定条件下，油与水混合后形成 的乳化液，经过静置达到完全分离的时间。
2、常用润滑脂的主要特性及选用
1）、钙基润滑脂---用动植物油钙皂稠化中等粘度的机 械油而制成的，它的特点是抗水性强，遇水不乳化， 所以水泵轴承一般选用钙基脂。 使用温度：1#、2#钙基脂 -5--55℃ 3#、4#钙基脂 -5--60 ℃ 5#钙基脂 -5--65 ℃ 2）、钠基润滑脂--- 用动植物油钠皂稠化中等粘度的 机械油而制成的，它的特点是抗水性差，但是抗磨抗 压能力强。 使用温度：0--110℃
几种常见的有色金属及合金钢
金属材料基本知识讲解
新冶能化机动处----周舒
11
C钢lic、k 铁to材ad料d简T述itle
22 各类钢C铁lic材k 料to牌ad号d的Ti表tle示方法
目
录
23
有Cl色ick金t属o a材d料d T简it介le
14 几C种lic常k见to的a有dd色T金itl属e 及合金
XINJIANG ZHONGTAI CHEMICAL(GROUP)CO.,LTD.
钢、铁材料简述
通常铸铁分类如下 1、灰铸铁 2、孕育铸铁 3、蠕墨铸铁 4、可锻铸铁 5、球墨铸铁 通过在浇筑前往铁水加入一定
量的球化剂（如稀土镁合金）和墨化剂，以促 进碳呈球形结晶而获得铸铁。
二、钢的分类
钢是含碳量小于等于2%的铁碳合金 1、按化学成分分类：可以分为碳素钢和合金钢 碳素钢包括工业纯铁（含碳≤0.04%）、低碳钢（含
三、钢铁材料的分类
3、管材 钢管按形状分为园、扁、方、六角及 异性钢，按生产方式分为无缝钢管和焊接钢管两 大类
4、丝材 丝材是线材的一次冷加工产品，钢丝除 可直接使用外，还可以生产钢丝绳。
各类钢铁材料牌号的表示方法
一、铸铁牌号表示方法
1、灰铸铁 HT250 HT ——表示灰铸铁代号 250——表示抗拉强度（MPa) 2、球墨铸铁 QT400-18 QT——表示球墨铸铁代号 400——表示抗拉强度（MPa) 18—— 表示伸长率%
有色金属及其合金
其他合金
01
不锈钢
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性的合金，广泛用于建筑、医疗等领域。
02
镍合金
镍合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造化学反应器等设备。
03
镁合金
镁合金具有轻质、高强度的特点，广泛应用于汽车、航空等领域。
05
有色金属的冶炼和加工
冶炼方法
火法冶炼
通过高温熔炼将矿石中的有价成分提取出来，主要包括焙烧、熔炼、精炼等工序。
有色金属的应用
航空航天
航空航天领域对材料性能要求极高，有色金属及 其合金因其具有高强度、轻量化、耐高温等特性 而被广泛应用于航空航天器的制造，如飞机机身 、发动机部件等。
钛合金也是一种广泛应用于航空航天领域的有色 金属材料，其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特 性，常用于制造飞机起落架、发动机部件等关键 部位。
过渡金属
铜
具有良好的导电性和导热性，广泛用于电线电缆、管道、散热器 等领域。
铁
用于制造各种钢材，如建筑用钢、汽车用钢等。
镍
具有良好的耐腐蚀性和磁性，用于制造不锈钢和电池等。
稀土金属
镧
01
用于制造荧光粉、陶瓷和玻璃等。
铈
02
用于催化剂、抛光剂和陶瓷等。
钕
03
用于制造磁铁和荧光粉等。
贵金属
01
02
高强度
铜合金具有较高的强度和耐磨性，可用于制造各种管道、 阀门等。
耐腐蚀
铜合金对多种酸、碱等腐蚀介质具有较好的耐受能力。
钛合金
高强度
钛合金具有高强度和低 密度的特点，广泛应用 于航空、航天、医疗等 领域。
良好的耐腐蚀性
钛合金对多种酸、碱等 腐蚀介质具有极好的耐 受能力，不易生锈。
有色金属及其合金
纯铜呈紫红色，主要用于制作电导体及配制合金.
二、铜合金
纯铜的强度低，不适于制作结构件，因此，在纯铜 中加入合金元素后，可获得较高的强度，同时保持纯 铜的某些优良性能.
3.某些特殊机械性能
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(如铁青铜等).
4.色泽美观
铜及铜合金在电气工业，仪表工业，造船工业及机械制造工业部 门中获得了广泛的应用,但铜的储量较小，价格较贵，属于应节约 使用的材料，只有在特殊需要的情况下，例如要求特殊的磁性、 耐蚀性、加工性能、机械性能以及特殊的外观等条件下才考虑使 用.
的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小).
在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体 构成,强度和塑性都较差.
浇铸前向合金液中加入占合金重量2%~3%的变质剂(常用 钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高 合金的强度及塑性,这种处理方法即是变质处理.
经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体(α+Si)+初生α固溶 体（如图）,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较 快时共晶点右移的缘故. ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相当好 的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处 理后, σb最高不超过180MPa. 仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水 泵壳体以及一些承受低载荷的零件.
具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高 ,但耐蚀性差。
大型空压机活塞(ZL401)
Al-Zn合金(ZL401、ZL402)价格便宜，铸造件能优
良，经变质处理和时效处理后强度较高，但抗蚀
性差，热裂倾向大，常用于制造拖拉机的发动机
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
有色金属及其合金
有色金属及其合金newmaker金属一般分为两大类：一类为黑色金属，包括铁、铬、锰；另一类为有色金属，包括除铁、铬、锰以外的所有金属。
但习惯上，人们常常把除铁和钢以外的金属及其合金称作为有色金属。
有色金属具有许多优良的性能，如密度小、比强度大、比模量高、耐热、耐腐蚀以及良好的导电性和导热性。
同时许多有色金属又是制造各种优质合金钢和耐热钢所必需的合金元素，因此有色金属在金属材料中占有重要韵地位，是现代航天、航空、原子能、计算机、电子、汽车、船舶、石油化工等工业必不可少的材料。
例如，铝、镁、钛等金属及其合金，以密度小、比强度与比模量高的特性而在运载火箭、卫星、飞机、汽车、船舶上获得广泛应用，是制造其中许多结构件和零、部件的主要材料；再如，银、铜、铝等有色金属，导电性和导热性优良，是电力、电器工业和仪表工业不可缺少的材料；又如，铜和钛具有良好的抗蚀性，是石油化工和航海工业所必需的优良耐蚀材料。
本章主要介绍目前工程上应用广泛的铝、镁、铜、钛及其合金和镍基合金，重点讨论这些材料的合金化和热处理原理，以及典型金属和合金的成分、组织、性能及相互关系、工艺特性与实际应用，并简单介绍这些有色金属材料的新近发展。
1. 铝及铝合金铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，其总储量约占地壳重量的7．45％。
铝及铝合金的产量在金属材料中仅次于钢铁材料而居第二位。
1.1.纯铝1.1.1. 纯铝性能和优点：(1) 铝很轻，它的比重为2.7。
铝经常作为各种轻质结构材料。
(2) 导电性和导热性较好，仅次于银、铜和金，居第四位。
(3) 塑性好(Ψ=80%)可通过冷或热的压力加工制成各种型材；如丝、线、箔，片、棒等这种特性与锅具有面心立方品格结构有关。
(4) 抗大气腐蚀性能好，因为在铝的麦面能生成一层极致密的氧化铝薄膜，隔绝铝和氧的接触，而阻止铝表面的进一步氧化。
(5) 强度很低，45MPa，冷变形加工硬化后强度可提高到100Mpa。
1.1.2. 纯铝编号L+顺序号组成。
常用金属材料知识
常用金属材料介绍压力管道中常用的金属材料的分类、特点、用途和表示方法金属材料: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。
2.1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。
2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。
◆灰口铸铁浇铸后缓冷得到的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此而得名。
灰口铸铁的各项机械性能均较差,工程上很少使用。
2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中,此类铸铁称为可锻铸铁。
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。
◆由于可锻铸铁具有一定的塑性,故"可锻"的名称也由此而出,其实它仍为不可锻。
用途：可锻铸铁在工程上常用作阀门手轮以及低压阀门阀体等。
根据断面颜色或组织的不同,可锻铸铁又分为黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁和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。
有色金属及合金
硬铝合金 硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金，还含有少量的Mn。各种硬铝合金都 可以进行时效强化，属于可以热处理强化的铝合金，亦可进行变形强化。 其牌号用“LY”表示，“LY”是“铝硬”二字的汉语拼音字首。 硬铝主要分为三种：低合金硬铝，合金中Mg、Cu含量低；标准硬 铝，合金元素含量中等；高合金硬铝，合金元素含量较多。
超硬铝合金 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和Mn。牌号 有LC4、LC6等。Zn、Cu、Mg与Al可以形成固溶体和多种复杂的第二相。 其牌号用”LC“表示，”LC“是”铝超“二字的拼音字首。 所以经过固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度。它是 强度最高的一种铝合金。但这种合金的抗蚀性较差，高温下软化快。可 以用包铝法提高抗蚀性。超硬铝合金多用来制造受力大的重要构件，如 飞机大梁、起落架等。
Al-Zn铸造铝合金
Al-Zn合金（ZL401、ZL402）价格便宜，铸造性能优良，经变质处 理和时效处理后强度较高，但抗蚀性差，热裂倾向大。常用于制造汽车、 拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器零件，也可用于制造日用品。 铸造铝合金的铸件，由于形状较复杂，组织粗糙，化合物粗大，并 有严重的偏析，因此它的热处理与变形铝合金相比，淬火温度应高一些， 加热保温时间要长一些，以使粗大析出物完全溶解并使固溶体成分均匀 化。淬火一般用水冷却，并多采用人工时效。
铸造铝合金 铸造铝合金按照主要合金元素的不同，可分为四类：Al-Si铸造铝合 金，如ZL101、ZL105等；Al-Cu铸造铝合金，如ZL201、ZL203等；AlMg铸造铝合金，如ZL301、ZL302等；Al-Zn铸造铝合金，如ZL401、 ZL402等。 Al-Si铸造铝合金 Al-Si铸造铝合金通常称为铝硅明，铝硅明包括简单铝硅明（Al-Si二 元合金）和复杂铝硅明（Al-Si-Mg-Cu等多元合金）。其牌号为ZL10～ 系列，含11～13%Si的简单铝硅明（ZL102）铸造后几乎全部是共晶组 织。 内燃机中的活塞，是在高速、高温、高压、变负荷下工作的，所以 要求制造活塞的材料必须比重小、高耐磨、高的耐蚀性、耐热性，还要 求活塞材料的线膨胀系数接近汽缸体的线膨胀系数。复杂铝硅明基本上 能满足这一要求，它是制造活塞的理想材料。
有色金属及其合金分类
有色金属及其合金分类第一章有色金属及其合金分类1.1有色金属及其分类有色金属在金属的类别中占有绝大部分。
有的资料将有色金属划归为非铁金属，并称化学元素周期表中，除铁外所有金属元素均为非铁金属。
有的资料把金属分为黑色金属和有色金属两大类(实际上黑色亦属有色，只能说是习惯叫法)。
黑色金属有铁、锰、铬三种，除此之外八十余种金属都称为有色金属。
有色金属在国民经济各个部门的应用十分广泛，并具有特殊的重要性，各国都重视和发展有色金属工业。
有资料显示，有色金属产量约占世界钢产量的5%。
由于各国地理位置、矿产分布和生产状况等的不同，对有色金属的分类并不统一。
一般是按有色金属的密度、经济价值、在地壳中的储量及分布情况和被人们发现及使用的年代等分为五大类，即①轻有色金属；②重有色金属；③稀有金属；④贵金属；⑤半金属。
稀有金属又分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散金属、稀土金属和稀有放射性金属五个类别。
1. 十种常用有色金属十种常用有色金属简称十种有色金属，是指产量大，并应用比较广泛的十种有色金属。
世界各国有色金属产量是指铝、镁、铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞十种有色金属的总产量。
我国一般是指铜、铝、镍、铅、锌、海绵钛、镁、锡、锑、汞为十种常用有色金属。
2004年上半年，我国十种常用有色金属总产量达到669.3万吨，同比增长21.40%。
本手册包括除汞外的上述有色金属，还包括金、银、铂、铱、钨、钼等多种，有色金属。
2. 轻有色金属轻有色金属一般是指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，其包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。
这类金属的共同特点是密度小(0.53～4.5g/cm3)，化学活性大，氧、硫、碳和卤素化合物都相当稳定。
这类金属多采用熔盐电解法和金属热还原法提取。
有资料介绍，铝在自然界中约占地壳重量的8%(铁约占5%)，随着炼铝技术的发展和铝的被广泛应用，其产量已超过有色金属总产量的1/3。
本手册仅涉及铝和镁两种轻有色金属。
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。
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第五节 其他工程材料
一、高分子材料 基本概念
高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。
常称聚合物或高聚物。
高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业 用高分子材料主要是人工合成的。
模锻件和铆接件，如
螺旋桨、梁、铆钉等.
③ 超硬铝合金
属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并
含有少量Cr和Mn。
室温强度最高的铝合金 热态塑性好，但耐蚀性差。 常用合金有 LC4 (7A04 )、 LC9 (7A09 )等，主要用于工 作温度较低、受力较大的结 构件, 如飞机大梁、起落架等.
① Al-Si系铸造铝合金
又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的
铝硅二元合金，称为简单硅铝明.
在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，
由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较 差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细 小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。
飞 机 主 起 落 架
④ 锻铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可 锻性好，力学性能高， 用于形状复杂的锻件和 模锻件，如喷气发动机
压气机叶轮、导风轮等.
压气机叶片
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7
(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150
硅青铜：QSi3-1 用途：弹簧、耐蚀零件以及蜗轮、蜗杆、齿轮、制动杆
铅青铜：ZQPb30 用途：航空发动机、柴油机发动机曲轴和连杆轴承
铝青铜 以铝为主加元素的 铜合金，铝含量为
5~11%。
强度、硬度、耐 焊接性能差。
大型水力发电设备中的抗磨环
磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但
⑷ Al-Zn系铸造铝合金
这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强
化；但密度大，耐蚀性较差。
常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、 ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形状复 杂受力较小的汽车、 飞机、仪器零件。
大型空压机活塞(ZL401)
（二）铜及铜合金
铜及铜合金性能特点
高的铸件。
锡青铜锭
常用牌号：
QSn4-3、QSn6.5-0.4等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
主要用于耐蚀承载件,
如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
锡青铜管
特殊青铜
与普通青铜相比，特殊青铜具有更高的强度、硬度、抗蚀性 与耐磨性。铸造流动性很好，可得到致密铸件，但收缩率大。
1、纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有 面心立方晶格，无同素异构转变，无磁
热轧铜合金
性。
纯铜的导电、导热性能极好，无磁性， 且具有优良的耐蚀性和塑性、韧性。 用于制造电线、电缆、导热及耐蚀器材、 电器元件等，一般不用于结构零件
2、铜合金 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、 Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.
超硬铝合金：LC +顺序号
LD +顺序号
铝是可以回收利用的金属
常用变形铝合金
① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。
卫星天线 （LF2）
Mn和Mg主要作用是
提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。
防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、 焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。 不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。
铝及铝合金性能特点
纯铝具有银白色金属光泽，密度小
(2.72 )，熔点低(660.4℃), 导电、导 热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形 。
铝合金制造的机翼
具有面心立方晶格，无同素异构转变，
无磁性。
塑性高;强度低
铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外
单相黄铜
两相黄铜
单相黄铜塑性好。
常用牌号：H80、H70、 H68。
冷凝器管
适于制造冷变形零件，如弹壳、 冷凝器管等。
两相黄铜热塑性好, 强度高.
常用牌号：H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、销 钉、铆钉、导管、散热器等。
汽车机油泵衬套
特殊黄铜
黄铜棒
在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、 Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形 成特殊黄铜。
聚乙烯分子链
高分子材料的分类
⑴ 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶
粘剂、涂料等。
⑵ 按聚合物的热行为分为热塑性聚
合物和热固性聚合物
1、工程塑料
塑料在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能 保持其形状不变。 塑料的组成
塑料是以合成树脂为主要成分， 加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分，对塑
主要用于：热冲压及切削加工零件，船舶及化工零件，如冷
凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。
青铜制品
②青铜
除黄铜和白铜（Cu-Ni二元合金）
外的其他铜合金统称为青铜。
青铜的牌号：Q +主加元素符号及 其平均百分含量+其他元素平均百 分含量 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).
常用青铜有锡青铜、硅青铜、铝青
铜、铅青铜等。
普通青铜
是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率 在有色金属中最小。 质量分数小于7%：塑性良好，可压力加工 质量分数大于10%： 塑性低，强度高， 可用于铸造，体积收缩率小，适于
铸造形状复杂、对尺寸精度要求较
(ZAlCu5Mn)、ZL203
(ZAlCu4)等。主要用于 制造在较高温度下工作 的高强零件，如内燃机 汽缸头、汽车活塞等。
汽缸头
③ Al-Mg系铸造铝
合金 这类合金的耐蚀性 好，强度高，密度 小；但铸造性能差, 耐热性低。
鼓风机密封件等 (ZL102、301)
常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介 质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
高分子化合物的组成
由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙 烯: CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2- ,
可简写成 n CH2=CH2→ [ CH2–CH2 ]n 。
组成聚合物的低分子化合物称为单体。
聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。 大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 [ CH2–CH2 ]n ) 称为链节。
特殊黄铜的牌号为：
H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜 平均百分含量+主加元素平均百分 含量, 如HPb59-1. 特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄
黄 铜 制 品
铜好，铸造性能改善。
常用牌号：HPb63-3（铅黄铜）、HAl59-3-2（铝黄铜）、 ZHAl67-2.5、ZHPb59-1等。
电器仪表零件
装饰件
2、铝合金 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。
可将铝合金分
为形变铝合金
和铸造铝合金 两大类。
变形铝合金又
分为可热处理 强化和不可热 处理强化两类.
形变铝合钢
牌号表示方法 GB 3190-82表示方法为:
防锈铝合金：LF +顺序号 硬铝合金： 锻铝合金： LY +顺序号
特种塑料是指具有某些特殊性能 如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类
热固性塑料制品
塑料产量少，价格贵，只用于特
殊需要的场合。
性能特点
塑料的优点： 相对密度小(一般为0.9 ~2.3)；耐蚀性、电绝缘 性、减摩、耐磨性好；有
消音吸振性能 。
塑料的缺点： 刚性差(为钢铁材料的1/100~1/10)，强度低；耐热性差、热膨 胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的 1/200~1/600)；易老化。
还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
铝合金型材
铝铸件
1、纯铝 分类
高纯铝 L01～04 工业高纯铝 L0、L00
工业纯铝 L1～5
牌号： 铝锭：Al——顺序号 顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差
如：Al——2
铝材：L顺序号 顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差 如：L1，L2
纯铝应用
导线
常用工程塑料 一般结构用塑料：包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯
乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。
聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。
PS管 PE波纹管 PP方向盘 ABS阀门
摩擦传动零件用塑料 包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚 碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。