常见结构材料简介

• 高强度、高硬度； • 高耐磨性； • 足够的韧性； • 抗热疲劳性、抗氧 化性、导热性 最终 淬火+低温回 淬火＋560 °C 淬火+低温回火 淬火+高温回火 热处 火 三次回火 M’+合金碳化物 S’或T’ 理及 M’+合金碳化 M’+合金碳化 +γ’ 组织 物+γ’ 物+γ’ Cr12MoV, Cr12, 主要 9SiCr, 8MnSi, W18Cr4V 钢种 Cr06, Cr2, W, W6Mo5Cr4V2 CrWMn, 9Mn2V, Cr4W2MoV, 举例 9Cr2 6W6Mo5Cr4V 5CrNiMo, 5CrMnMo, 3Cr2W8V, 4Cr5MoSiV, 5Cr4W5Mo2V
片状石 墨
紫铜
性能特点 • 塑性好，可进行各种冷热加工； 塑性好，可进行各种冷热加工； • 导电、导热、耐腐蚀； 导电、导热、耐腐蚀； • 无磁性 • 强度低，σb=230-240MPa 强度低， 纯铜（紫铜） 纯铜（紫铜） FCC
纯铜 牌号 T1 T2 应用举例
传动齿轮、 轴、万向叉
大齿轮、花键 轴、曲轴
齿轮、轴、蜗 杆、活塞销、 摩擦轮
小齿轮、 小活塞销
小齿轮、 小轴、活 塞销
合金弹簧钢
成分特点：
• 中含碳量（wc=0.50~0.70%）； • 添加Cr、V、Mn、Si增加淬透性， 固溶强化，提高回火稳定性。
性能要求：
• 高弹性极限和屈强比； • 良好的综合力学性能； • 高疲劳强度。
奥氏体不锈钢； 铁素体不锈钢； 马氏体不锈钢；
1Cr18Ni9Ti 1Cr17 1Cr13, 2Cr13 3Cr13, 4Cr13
不锈钢金相
奥氏体不锈钢
马氏体不锈钢
铸铁分类、特点及应用
分类 成分 /wt.% C: 2.5-4.0 Si: 1.0-3.0 Mn: 0.5-1.2 S: <0.15 P: <0.12 C: 3.6-3.9 Si: 2.0-2.8 Mn:0.3-0.6 S: <0.07 P: <0.10 C: 3.5-3.9 Si: 2.2-2.8 Mn:0.4-0.8 S: <0.10 P: <0.10 组 织 性 能 • 抗拉强度低、压缩强 度高； • 塑性、韧性低； • 减摩性好； • 减震性好； • 缺口敏感性好。 • 具有灰铁基本性能； • 抗拉强度、屈服强度 高； • 有一定塑性、韧性； • 疲劳强度较高。 应 用 机床床身， 发动机缸 体，箱体， 阀体，泵 体等 牌 号 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 QT400-18 QT450-10 QT500-7 QT700-2 QT900-2 RuT200 RuT300 RuT340 RuT380 RuT420
牌 号 用 途
40Cr 40MnB 35CrMo 40CrNi 40CrNiMoA 40CrMnMo 45CrNiMoVA
轴类、连杆螺 栓、进气阀、 重要齿轮等
中小截面 调质件
大截面齿轮、 重型传动轴、 大电机主轴等
强度高、韧性好 的零件，如轴、 齿轮、链条
大截面受冲击 零件，如偏心 轴、曲轴等
大截面重负 荷齿轮、轴 等。
主要热处理：渗碳淬火低回火。 常用合金渗碳钢的牌号及其用途
牌 号 用 途
20CrMnTi 20MnTiB 20Cr2Ni4 18Cr2Ni4WA 20CrMn 20Mn2 20Cr
广泛用于汽车、拖拉机 工业30 mm直径以下的 高速、中重载冲击磨损 件，如变速箱齿轮
汽车拖拉机 上小截面、 中等负荷齿 轮
性能 特点
强度低、塑 性好
强度较低、塑性韧性 强度、塑性、韧性配合 较好，渗碳后可获得 较好，经调质后可获得 表面硬度高而心部韧 优良的综合力学性能 性好的零件 负载不大的轴、销、 轴类、齿轮、紧固件、 齿轮、垫片及渗碳件 要求不高的表面淬火件
应用 举例
冷冲压件、 焊接件
碳素工具钢
牌号：T10A
碳 平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢
主要 30CrMnSiNi2A 钢种 40Cr5MoSiV1(H13) 举例 25Si2Mn2CrNiMoVA Ni25Ti2AlNb
提高S、P含量；奥氏体耐热钢； 加S、Se、Te等 铁素体耐热钢； 改变非金属夹 马氏体耐热钢； 杂物的组成、 珠光体耐热钢。 性能； 加Pb形成金属 夹杂。 Y12, Y20, Y40 1Cr18Ni9Ti Mn, YP40, Y35 1Cr17 S, Y40CrS, YP1 1Cr13 2CrNi, YP30Cr 1Cr11MoV Mo
合金调质钢
成分特点： 性能要求： 用途：
轴、杆类零件，齿 轮，链条等。 • 中含碳量（wc=0.30~0.50%）； • 优良的综合力学性能； • 添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性， • 良好的淬透性。 固溶强化； • 添加少量Mo、W、V等细化晶粒，提 高回火稳定性
主要热处理：淬火高温回火。 常用合金调质钢的牌号及其用途
• 高强度； • 承受严 重冲击和 • 合适的塑性； 摩擦。 • 高疲劳强度； • 一定的冲击韧性和断 裂韧性。 低合金中碳马氏体型； 高锰铸钢 （受冲击 中合金中碳二次硬化型； 中合金低碳马氏体型； 载荷后表 面产生严 高合金超低碳马氏体时 重加工硬 效钢 化） ZGMn8 ZGMn13
• 良好切削性。• 热强性； • 抗氧化性。
性能要求：
• 一定的综合力学性能和屈强比； • 良好的压力加工和焊接性能； • 耐侯性和耐冷脆性。
用途：
建筑、船舶、桥梁、 运输工具、高压容 器、军工
我国几种低合金高强度钢的用途
级 别 牌 号 用 途 300MPa
12Mn 09Mn Nb 船舶、 低压锅 炉、容 器、油 罐 桥梁、 船舶、桥 车辆 梁、车辆、 大型容器、 大型钢结 构、起重 机械 建筑结 构、船 舶、化 工容器 桥梁、 起重机 港口工 程结构、 造船、 石油井 架
灰口 铸铁
球墨 铸铁
曲轴，连 杆，凸轮 轴，飞轮， 机器底座， 汽缸等
蠕墨 铸铁
• 介于灰铁和球铁之间；制动盘， • 导热性，铸造性能， 排气管， 汽缸盖， 切削加工性能好。 活塞环等
其它铸铁：可锻铸铁，冷硬铸铁，耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁
白口铁、灰口铁、 白口铁、灰口铁、球墨铸铁
球状石 墨 渗碳体
常用结构材料简介 浙江大学
金属材料简介
黑 色 金 属 金 属 材 料 有 色 金 属 材 料 Al Cu Ti Mg合金 料 材 铁 钢 碳素钢 合金钢 铁 铁 铁
金属材料
碳素钢
成分(GB/T 13304-91):
合金元素 最大含量／wt.％ Cr 0.30 Mn 1.00 Mo 0.05 Ni 0.30 Si 0.50 Ti 0.05 W 0.10 V 0.04
高硬度； 高耐磨性； 高红硬性； 适当的强度、韧性。
淬火+低温回火 +深冷处理 M’ 9SiCr, CrWMn, GCr15, T10A, T12A
说明：含碳量用千分数表示，wc>1.0%时不标注。高速钢不标注含碳量。
工具钢金相
高速钢 铸态
T7 经球化退火
特殊性能钢
超高强度钢 性 能 要 求 主要 种类 或成 分特 点 耐磨钢 易削钢 耐热钢 耐蚀钢 • 耐腐蚀。
合金钢
调质钢 机器结构钢 合 金 结 构 钢 合 合 金 钢 钢 特 殊 性 能 钢 钢 钢 钢 钢 具 工 金 结构钢 钢 钢 钢 渗碳钢 钢 钢 钢 结构钢 钢 钢 钢 • • 渗碳 • • • 钢 碳
Al, Co, Si, Cu, Mo, Ni, Cr, Mn
工程结构钢
成分特点：
• 低含碳量（wc<0.2%）； • 根据不同要求添加不同 合金元素，总量少于3%。
钢铁冶炼
优质碳素结构钢
牌号：45
平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢，加Mn表示含Mn量较高。
wc＝0.05-0.75%
常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳
主要牌号、性能特点及应用
牌号 08F、10 15、20 、25 （碳素渗碳钢） 30、35 、40 、45 、50 （碳素调质钢） 55、60 、65 、65Mn （碳素弹簧钢） 强度高、塑性低，淬 火中温回火处理后有 较好的弹性 简单的耐磨件、简单 的弹簧、钢丝绳等
较小尺寸轴承件
大型机械轴承，高耐 磨、高疲劳轴承
汽车、拖拉机、 轧钢机用轴承
汽车、拖拉机、 轧钢机用轴承
小尺寸 轴承件
大型机械轴承，高耐 磨、高疲劳轴承
轴承钢金相
合金工具钢
分 类 性 能 要 求 • • • • 合金刃具钢 低速刃具钢 高速钢 • • • • 冷作模具钢 高强度； 高硬度； 高耐磨性； 足够的韧性。 合金模具钢 热作模具钢 • • • • 合金量具钢 高强度； 高硬度； 高耐磨性； 组织稳定性。
高载荷耐冲击弹簧、 大截面高应力螺旋 工作温度低于250 ° 弹簧，工作温度低 C耐热弹簧 于300 °C耐热弹簧
500 °C下工作 弹簧、锅炉安 全阀用弹簧
滚动轴承钢
成分特点：
• 高含碳量（wc=0.90~1.10%）； • 添加Cr （wCr=0.50~1.65%）提高 淬透性，细化碳化物。
性能要求：
高强度高弹性零 件，如车辆扭力 轴
合金渗碳钢
成分特点：
• 低含碳量（wc=0.10~0.25%）； • 添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性， 固溶强化； • 添加少量Mo、W、V、Ti等形成稳 定碳化物，细化晶粒。
性能要求：
• 表面良好的耐磨性和高 强度、高硬度； • 心部良好的韧性。
用途：
轴、齿轮、蜗杆、 活塞销等。
350MPa
16Mn
400MPa
450MPa
500MPa
650MPa
12MnPRe 16MnNb 1wenku.baidu.comMnNbRe 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMo 18MnMoN 14CrMnMoV VBRe 桥梁、高 大型焊 中温高 压容器、 接结构、 压容器 电站设备、 大桥、 （<500 大型船舶 造船、 车辆 °C） b 锅炉、 化工、 石油的 高压厚 壁容器 （ <500° C ） B 中温高压 容器（ 40 0~560 °C ）
用途：
轴承的滚珠、滚针、 • 高硬度、高耐磨性； 套圈，某些工具、 • 良好的综合力学性能； • 高接触疲劳强度和弹性极限。 量具、模具。
主要热处理：正火、球化退火、不完全淬火低温回火，冷处理。
常用滚动轴承钢的牌号及其用途
牌 号 用 途
GCr9 GCr15 GSiMnV GSiMnMoV GCr6 GCr15SiMn
wc＝0.65-1.35%
常用热处理：球化退火、淬火、低温回火
主要牌号：T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13 性能特点：热处理后硬度、耐磨性高、塑性、韧性低，淬透性差 主要应用：小截面刃具、模具
铸造碳钢
牌号：ZG200-400
铸钢
σs
σb
wc＝0.15-0.60%
主要牌号：ZG200-400, ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-640 主要应用：形状复杂，力学性能要求高，选用铸铁难以满足要求的零件
分类： •按成分
低碳钢 wc≤0.25% 中碳钢 wc＝0.250.60% 低碳钢 wc>0.60% 普通质量钢 wS≤0.050% wP≤0.045% 优质钢 wS≤0.035% wP≤0.035% 高级优质钢 wS≤0.020% wP≤0.030%
•按用途
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
碳素结构钢
牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b
屈 脱氧方法：Ｆ——沸腾钢；Ｚ——；b——半镇静钢 质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
σs
wc＝0.06-0.38%
常用热处理：一般不热处理，直接使用。
主要牌号及应用
牌号 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
主要 受载荷较小的 铆钉、短轴、 连杆、螺栓、螺母、轴 轴类、吊 轴、齿轮 应用 钢丝、开口销、 拉杆、垫圈、 类支架、角钢、槽钢、 钩、型钢 举例 钉子、拉杆、 渗碳件、焊 工字钢、圆钢、重要的 焊接件 接件 焊接件
用途：
弹簧。
主要热处理：淬火中温回火，获得回火索氏体组织。表面喷丸。
常用合金弹簧钢的牌号及其用途
牌 号 用 途
65Mn 60Si2Mn 55CrMnA 60Si2CrVA 50CrVA 30W4Cr2VA
大尺寸的各种 弹簧
车辆板簧、螺旋弹簧、 安全阀用弹簧，工作温 度低于250 °C耐热弹簧
大尺寸板 簧、螺旋 弹簧