金属材料及加工工艺详解

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造型材料与工艺
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2．常用钢材的品种及用途
钢材是由钢坯或钢锭加工而成的产品，通常分 为型钢、钢板、钢管、钢丝等4大类。可采用 轧制、挤压、拉拔、焊接、冷弯等工艺加工， 广泛用于各工业部门。
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常见的钢板品种有：
①钢带：又称带钢，是长度很长、大多成卷供应的钢
板。宽度在600mm以下的称为窄带钢，超过600mm 的称为宽带钢。分为热轧带钢和冷轧带钢。前者在热 轧机上轧制，厚度1～6mm。主要作为冷轧用带钢以 及焊缝钢管、冷弯和焊接型钢的原料；后者用热轧带 钢再冷轧而成，厚度0.1～3mm，具有表面光洁、平 整，尺可精度高，机械性能好等优点，大多加工成涂 层带钢，供汽车、洗衣机、电冰箱外壳等冲压件用。 冷轧带钢还广泛用于制造焊缝钢管、弹簧、锯条、刀 片及各种冲压制品。
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按金属材料主要性能和用途分为 金属结构材料 金属功能材料
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按金属材料加工工艺分为
铸造金属材料 变形金属材料 粉末冶金材料
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按金属材料的密度分为
轻金属（密度<4.5g/cm3） 重金属（密度>4.5g/cm3）
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8.5.1 钢铁材料
工业上应用最广泛的金属材料是钢铁材料，其 产量约占金属材料总产量的90%以上。钢铁材 料之间主要的区别是含碳量不同，根据含碳量 多少，钢铁材料可分为三大类：
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工业纯铁——含碳量不超过0.02%的铁碳合金， 工业纯铁虽然塑性好，但强度低，很少用作结 构材料和外观材料。
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1．钢的分类
（1）碳素钢 碳素钢又称碳钢，含碳量低于2.11%的铁
碳合金。除铁、碳及限量以内的硅、锰、磷、 硫、氧等杂质外，不含具他合金元素。碳作为 钢中的主要元素，其含量对钢的组织结构和性 能有决定性影响。通常含碳量增加，钢的强度、 硬度增大，塑性、韧性和可焊性降低。
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（2）合金钢
以碳素钢为基础适量加入一种或几种合金元素的钢， 具有较高的综合机械性能和某些特殊的物埋、化学性 能。合金元素可改善钢的使用性能和工艺性能，常用 的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钛、硼等。如铬可使 钢的耐磨性、硬度和高温强度增加；镍可使钢钢材的 耐热性、低温抗冲击性、耐腐蚀性增加，主要用作强 韧钢、耐酸钢等；锰可增加高温的抗拉强度和硬度， 与铬的合金钢可作强韧钢，与硅的合金钢可作弹簧钢， 与硫的合金钢可作易切削钢；硅可使钢的耐热性、耐 蚀性增加，增加低合金钢的强度，改善电磁性能，可 用作强韧钢、弹簧钢以及电气用的硅钢板。
高碳钢（含碳量0.6%以上）——高碳钢具有较高的强 度和硬度，耐磨性好，塑性和韧性较低，主要用于制 造工具、刃具、弹簧及耐磨零件等。
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碳素钢按质量可分为普通钢、优质钢和高级优 质钢。
碳素钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性 能钢。
碳素钢是一种用量大、用途广的金属材料，多 制成不同规格的板材、管材、型材、线材及铸 件，广泛用于建筑、桥梁、车辆、化工等各领 域。
钢——含碳量为0.02%～2.11%的铁碳合金， 另含有少量磷、硫等杂质元素。钢的种类繁多， 根据化学成分，可分为碳素钢和合金钢两大类， 广泛应用于各个领域。
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铸铁——含碳量为2.11%～4.0%的铁碳合金， 铸铁是一种使用历史悠久的重要工程材料，其 熔点低，具有良好的铸造性能、切削性能及耐 磨性和减振性，生产工艺简单，成本低廉，可 用来制造各种具有复杂结构和形状的零件。常 用的铸铁材料有灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸 铁。
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碳素钢按含碳量可分为：
低碳钢（含碳量0.25%以下）——低碳钢具有低强度、 高塑性、高韧性及良好的加工性和焊接性，适合制造 形状复杂和需焊接的零件和构件。
中碳钢（含碳量0.25%～0.6%）——中碳钢具有一定 的强度、塑性和适中的韧性，经热处理而具有良好的 综合力学性能，多用于制造要求强韧性的齿轮、轴承 等机械零件。
金属材料及加工工艺
——常用金属材料
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8.5 常用金属材料
按金属材料构成元素分为
黑色金属（铁和以铁为基体的合金）
▪ 纯铁 ▪ 碳钢 ▪ 合金钢 ▪ 铸铁
有色金属（铁以外的金属及其合金）
▪ 金、银 ▪ 铝、铝合金 ▪ 铜、铜合金 ▪ 钛、钛合金
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（2）钢板
用钢坯或钢锭轧制而成，且宽厚比很大的矩形 板材。按生成方法可分为热轧钢板和冷轧钢板； 按质量分为普通钢板、优质钢板和复合钢板； 按表面处理方式分为镀层钢板和涂层钢板；按 厚度分为薄钢板 （厚度小于4mm）、厚钢板 （厚度4～60mm）和特厚钢板（厚度大于 60mm）。钢板可按要求剪裁、弯曲、冲压和 焊接成各种构件和产品。常见的钢板品种有：
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（1）型钢
具有一定几何形状截面，且长度和截面周长之 比相当大的直条钢材。按生成方法可分为热轧 型钢、弯曲型钢、挤压型钢、拔制型钢和焊接 型钢等；按截面形状可分为圆钢、方钢、扁钢、 六角钢、角钢、工字钢、槽钢和异形钢等。型 钢的规格常以反映截面形状的主要陀廓尺寸来 表示。
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合金钢按合金元素总含量分为低合金钢 （总 含量5%以下）、中合金钢 （总含量5%～10%） 和高合金钢（总含量10%以上）；合金钢按合 金元素种类分为铬钢、镍钢、锰钢、硅钢、铬 镍钢、锰硅钢等；合金钢按用途分为合金结构 钢、合金工具钢和特种合金钢（如不锈钢、耐 热钢、耐磨钢等）。