金属材料及非金属材料基础知识

金属材料及非金属材料基础知识

一、钢铁材料分类

钢铁材料又称黑色金属材料，钢铁是指钢和铁的统称，都是以铁和碳为主要元素组成的合金。

1、生铁的分类

生铁：碳的质量分数ωc大于2%的铁碳合金称为生铁

（1）按用途分：

①炼钢生铁：指平炉、转炉炼钢用生铁，其含Si量较低，ωsi不大于1.75%，含硫较高，ωs不大于0.07%。炼

钢生铁硬而脆，断口成白色，所以也叫白口铁。占生铁产量的80%-90%

②铸造生铁:又称翻砂铁，一般含Si量较高，ωsi达3.75%，含硫量较低，ωs不大于0.06%。断口呈灰色又称灰

口铁。它占生铁产量的10%

（2）按化学成份分：

①普通生铁：普通生铁是指不含其它合金元素的生铁，如炼钢生铁、铸造生铁

②特种生铁：

a.天然合金生铁：天然合金生铁是指含有共生金属，如铜、钒、镍等的铁矿石或精矿石，用还原剂还原而炼

成的一种生铁，它含有一定量的合金元素，可用来炼钢或铸造。

b.铁合金：是在炼铁中特意加入其它成份，炼成含有多种合金元素的特种生铁，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁

等等。

2、铸铁的分类

碳的质量分数ωc超过2%（一般为2.5%-3.5%）的铁碳合金称为铸铁，是用铸造生铁经冲天炉等设备重熔，用于浇铸机器零件。

（1）按断口颜色分：

①灰铸铁：铸铁中碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断口是暗灰色，故称灰铸铁，有一定力学

性能和良好的被切削加工性。

②白口铸铁：组织中完全没有或几乎没有石墨的一种铁碳合金，其中碳完全以渗碳体形式存在。

③麻口铸铁：介于白口铸铁与灰口铸铁之间的一种铸铁，断口呈灰白相间的麻点，故称麻口铸铁，性能不好，

极少应用。

（2）按化学成份：

①普通铸铁：指不含任何合金元素的铸铁。如常用的灰铸铁，可锻铸铁等。

②特殊铸铁：在普通铸铁中有意加入一些合金元素，借以提高铸铁某些特殊性而配制的一种高级铸铁，如各

种耐热、耐腐蚀、耐磨铸铁。

（3）按生产方式和组织性能分：

①孕育铸铁：又称变质铸铁，在灰铸铁基础上，采用“变质处理”即是在铁水中加入少量的变质剂（硅铁或

硅钙合金）造成人工晶核，获得细晶的珠光体和细片状石墨组织的一种高级铸铁。这种铸铁强度塑性和韧性比一般灰铸铁好，主要用来制造力学性能要求较高而截面尺寸变化大的大型铸件。

②可锻铸铁：是一种由一定成份的白口铸铁经石墨化退火后而成，其中碳大部或全部成团絮状石墨的形式存

在。比灰铸铁具有较高的韧性，故又称韧性铸铁，此种铸铁并不可以锻造，多用来制造承受冲击载荷的铸件。

③球墨铸铁：球墨铸铁又称球铁。它是通过在浇铸前往铁水中加入一定量的球化剂（如纯镁或其合金）和墨

化剂（硅铁或硅铝合金）以促进碳呈球状石墨结晶而获得的。由于石墨呈球状，应力大为减轻，它主要可减小金属基体的有效截面积，因而它的力学性能比普通灰铸铁高得多，也比可锻铸铁好。还具备比灰铸铁好的焊接性和接受热处理的性能；和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是一种同时兼有钢和铸铁优点的优良材料。因此，在机械工程上获得广泛应用。

3、钢的分类

（1）按冶炼方法分：

①平炉钢：指用平炉炼钢法所炼制出的钢（有停建平炉的趋势）

主要有普通碳钢、低合金钢、优质碳素钢。

②转炉钢：指用转炉炼钢法所炼制的钢。分底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹炼等转炉钢。顶吹转炉

钢具有生产速度快、质量高、成本低、投资少、基建快一系列优点，是当代炼钢的主要方法，转炉钢的主要品种是普碳钢，也生产优质碳素钢和合金钢。

③电炉钢：指用电炉炼钢法所炼出的钢，可分为电弧钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢、电渣炉钢。主要品

种：优质钢和合金钢。

（2）按脱氧程度和浇注分：

①沸腾钢：这是脱氧不完全的钢，在浇注时钢锭模里产生沸腾。其特点是效率高、成本低、表面质量及深

冲性能好，但成份偏析大，质量不均匀，耐腐蚀性和机械强度差，这类钢大量用来轧制普通碳素钢、

钢板型钢。

②镇静钢：它是脱氧完全的钢，在浇注时钢液镇静，没有沸腾现象，其特点是成份偏析少，质量均匀，收

得率低（缩孔多）成本比较高，一般合金钢和优质碳素钢都是镇静钢。

③半镇钢：它是脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢，浇注时沸腾现象较弱，生产较难，其特点是成份

偏析少，质量较可以，在钢的比重不大。

注：（i）脱氧方法表示符号：F、b、Z、TZ

（ii）F-沸腾钢、b-半镇静钢、Z-镇静钢、TZ-特殊镇静钢

（Si≯0.07%） (Si≯0.17%) Si下限值0.12%

（3）按化学成份分：

①合金钢：在碳素钢基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时，特意加入一些合金元素（如铬、镍、硅、锰、

钛、硼等）而炼成的钢。

a.低合金钢合金元素总量ω≦5%

b.中合金钢合金元素总量ω>5%~10%

c.高合金钢合金元素总量ω>10%

②碳素钢：ωc低于2% ，并含有少量锰、硅、硫、磷、氧等杂质的铁、碳合金。

a.工业纯铁ωc≦0.04%的铁碳合金

b.低碳钢ωc≦0.25%的钢

c.中碳钢ωc>0.25%-0.60%的钢

d.高碳钢ωc>0.60%的钢

（4）按用途分：

①建筑及工程用结构钢

（i）.建筑及工程用结构钢

a、普通碳素结构钢

b、低合金钢

（ii）.机械制造用结构钢

a优质碳素结构钢

b合金结构钢

c易切削钢：在钢中加一些使钢变脆的元素，使钢切削时切屑易脆断成碎屑，从而有利提高切削速度

和提高刀具寿命。变脆主要元素是硫，钢中的硫和锰以硫化锰形态存在。硫化锰很脆并有润滑性能，

有利于提高加工表面质量，如Y12、Y40Mn2

d弹簧钢

e滚动轴承钢

②工具钢

（i）按化学成份分

a碳素工具钢b合金工具钢c高速钢

（ii）按用途分

A刃具钢（或刀具钢）b模具钢c量具钢

③特殊钢：指用特殊方法生产具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢。如：

（i）.不锈耐酸钢（ii）耐热不起皮钢（iii）高电阻合金钢（iv）低温用钢（v）耐磨钢（vi）磷

钢（vii）抗磁钢（viii）超高强度钢（指σb>1400MPa的钢）

④专业用钢：指工业部门用钢

（i）汽车用钢（ii）农机用钢（iii）航空用钢（iv）化工用钢（v）锅炉用钢等等（5）按品质分

（i）普通钢：这类钢含杂质较多，主要用作建筑结构既要求不太高的机械零件，

如普通碳素钢、低合金结构钢(ωcωp均限在0.07%内)

（ii）优质钢：杂质少、质量好，其中硫与磷含量ωs、ωp限制在0.04%内，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等

（iii）高级优质钢：含杂质极少，其中硫与磷含量ωsωp限制在0.03%内，主要机械零件和工具，在钢号后加A或文字。

（6）按制造加工形式分

（i）铸钢：ωc一般在0.15-0.60%的钢，制造一些复杂难于锻造或切削加工成型又要求较高强度和塑性的零件。

（ii）锻钢：指用锻造方法而生产出来的各种锻材和零件，锻钢件的质量一般比铸钢件高，能承受大的冲击力，塑性、韧性和其它力学性能都比铸钢件高。

（iii）热轧钢：热轧用来生产型钢、钢管、钢板，也用来轧制线材。

（iv）冷轧钢：表面光洁、尺寸精确、力学性能好。

（v）冷拔钢：指用冷拔方法生产出的各种冷拔钢材，其特点是精度高，表面质量好，主要生产冷拔钢丝、圆钢、六角钢、钢管。

二、钢铁产品名称、用途、特性

1、常用钢铁产品命名的符号