金属材料的分类及应用

合金元素对钢的热处理的影响
1、合金元素对奥氏体化的影响 •除Ni 、Co元素外，大多数合金元素使奥氏体 化过程减慢 •奥氏体化温度提高 •奥氏体化的保温时间也较碳钢长 •合金元素除锰、磷外，几乎都能不同程度地阻 止奥氏体晶粒的长大，即在奥氏体化的过程中 能细化晶粒
合金钢的奥氏体化温度高一些，时间长一些
合金钢 分类及其应用
合金钢定义及常用元素
合金钢：在碳钢的基础上有意加入一些其 它元素的钢
常用合金元素：铬 、锰、硅、钼、钨、钒、 钛、铌、硼、镍、锆、稀土等
一、合金元素对钢的影响
（一）合金元素在钢中的存在形式
1、溶入铁素体—合金铁素体（合金元素溶入铁素 体中形成的固溶体 ）
• 固溶强化，使强度、硬度升高，塑性、韧性有下 降趋势，有些元素若加入量适当，韧性可以提高
“热脆”现象;降低焊接性。
锰---有益的杂质元素
消除硫在钢中的有害影响
氢---有害元素
塑性、韧性降低，引起“氢脆”及白点）
磷---有害元素
“冷脆”。含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏
硅---有益元素
钢的强度、弹性提高。
氮和氧---有害元素
氮使钢的塑性、韧性降低而脆性增大 氧使钢的强度和塑性降低，增加钢的热脆性
合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别 的是平均碳质量分数≥1.0％时不标出，＜1.0％ 时以千分数表示如9SiCr表示平均碳质量数为0.9 ％，Si、Cr的平均含量＜1.5％；CrMn表示平均 碳质量分数≥1.0％，Cr、Mn平均含量＜1.5％。
对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。如 W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.7％～0.8％、 含钨量为18％、含铬量为4％、含钒量＜1.5％
塑性变形:外力
力—伸去Байду номын сангаас除后曲不线能消失
的变形
F
塑
b
性 屈服
变
形
s
e
弹 性 变 形
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
硬度( hardness )
1.定义： 是指材料抵抗其它更硬
物体压入其表面的能力。
2.硬度试验方法： （1）压入法 （2）划痕法 （3）回跳法
压入法
布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV
3、合金元素对回火转变的影响
——提高回火稳定性（淬火钢在回火过程中抵抗 强度、硬度下降的能力）
合金钢的回火稳定性比碳钢高
合金钢的分类
按照用途分类（3类） 合金结构钢：
用作工程构件（管道及支架等）；各
种机械零件（轴类、齿轮、弹簧、叶轮等）
合金工具钢： 用作测量工具、模具、刀具等
特殊性能钢： 如不锈钢、耐热钢等，具有特殊的
锰硅—有益元素 硫磷氢氧氮—有害元素
碳钢的编号、性质和用途
1、碳素结构钢
编号：Q—质量等级•脱氧程度
Q 235—A • F
用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通
小零件
2、优质碳素结构钢
编号：——平均含碳量的万分数
20、45
60Mn 、65Mn
低碳钢（10、15、20、25） 性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，焊
耐热铸铁的编号：RT+元素符号+数字 RQT+元素符号+数字
RTCr16(900C) RQTAL22(1100 C) 用途：锅炉受热面吊架、喷嘴、烟道挡板
耐磨铸铁
1）冷硬铸铁： 用于：低速球磨机衬板、磨球
2）合金白口铸铁（猛、硅、铬、钼、钨） 用于球磨机衬板、灰浆泵泵体、叶轮、护板
3）中锰球墨铸铁： 用于球磨机的衬板、钢球、煤粉机锤头
高级优质钢
性能：硬度高、耐磨性好 用途：各种量具、刃具、磨具
碳素铸钢
含碳量为0.150.55%
铸钢：制造铸钢件的钢
铸钢件：将钢水直接铸成零件毛坯后，不再进
行锻压加工的钢件
编号： 铸造碳钢：ZG 平均含碳量的万分数 工程用铸钢：ZG ——
屈服强度 抗拉强度
ZG25（ ZG 230-450）
金属材料的分类
一、按照组成成分来分类： •纯金属 ：（简单金属）由1种金属元素组 成的物质。工业上应用较少。 •合 金 ：（复杂金属）由1种元素为主的 与另外1种或几种金属元素或非金属元素组 成的物质。种类繁多，应用广泛。
二、按照实用来分类： •黑色金属：指铁及铁的合金。如生铁、铸铁、 铁合金、钢等。 •有色金属：除黑色金属以外的金属及合金。
2、形成碳化物
非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu等 碳化物形成元素：Mn Cr Mo W V Nb Zr Ti
(弱） （中强） （强）
钢中所有碳化物和Fe3C一样硬而 脆
•含有碳化物的钢的性能
——碳化物的数量、大小、形态和分布
•碳化物呈细小颗粒状弥散分布时，钢的强 度、 硬度、 耐磨性，又不降低塑性和韧性； • 随碳化物数量增加，钢的强度、硬度、耐 磨性， 塑性、韧性
低碳钢（C0.25%） 中碳钢（C=0.25%—0.55%） 高碳钢（C0.55%）
2、按用途分：
碳素结构钢：机械零件及金属构件 碳素工具钢：各种工具
碳钢的分类
3、按质量分：碳素结构钢： S0.035%—0.05% P0.035%—0.045%
优质碳素结构钢: S 0.035% P 0.035%
（Mpa）
性能:一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性
用途：400-450ºC以下铸件，用于隔板、蒸汽
室、喷嘴室、轴承盖
铸铁 分类及其应用
铸铁
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 工业铸铁
成分：2.5-4%C Si,S,P,Mn 组织：碳以Fe3C及C形式存在 性能：1）强度、塑性、韧性低
2）良好的减振性、减摩性、切削加工性 铸造性，低的缺口敏感性
3）高淬透性合金调质钢 主要牌号40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素总量达4.0％以上，淬 透性高，可用于制作汽轮机的主轴、叶轮等。
常用耐热钢
1）奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可 在600～750℃使用。用于汽轮机、锅炉等的高温装置的 重要构件。
2）铁素体耐热钢：可在低于650℃工作。如15CrMo、 1Cr17等可长期在580～650℃使用。
金属材料 的
分类及其应用
金属材料性能指标
1.常温下机械性能
（1）强度和塑性 （2）硬度【布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度】
（3）冲击韧性和断裂韧性 （4）疲劳强度
2.高温机械性能
（1）高温下金属的强度和温度及时间有关。 （2） 金属长时间在恒温、恒应 力作用下，即使应力小于材料的屈服强度，也会产生塑性变形----蠕变。（3） 在一定温度下，在规定时间内材料断裂所能承受的最大应力—持久强度 （4） 持久塑性 （5）抗松弛性
韧性高于灰口铸铁，屈强比高
牌号：QT —
b (%)
用途：用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的重 要零件，如后汽缸、后几级隔板、磨煤机 衬板
合金铸铁
1、耐热铸铁--铬、硅、铝 铸铁的耐热性：在高温下抗氧化、抗生长并保持较
高的强度、硬度及抗蠕变的能力
铸铁的生长：铸铁在400C以上，特别是经反复 加热，体积逐渐增大的现象
汽缸套
可锻铸铁
性能：强度、塑性、韧性高于灰口铸铁 牌号：KTB— (白心可锻铸铁）
KTH—（黑心铁素体可锻铸铁） KTZ —（黑心珠光体可锻铸铁）
b (%)
用途：形状复杂、受动载荷作用， 要求强度、塑韧性较高铸 件，如连杆、低中压阀门、 管接头
球墨铸铁
组织：F+G,P+G,F+P+G,B下+G 性能：强度高于其他铸铁，塑性、
特殊性能钢
牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。
如9Cr18表示碳质量分数为0.9％，含铬量为18％
当平均碳质量分数≤0.03％及0.08％时，在钢号前 分别标以“00”及“0”。
如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数≤0.03％、含 铬量为18％、含镍量为10％；又如0Cr19Ni9表示 平均碳质量分数≤0.08％、平均含铬量为19％、 平均含镍量为9％。
工程结构钢
（1）低合金结构钢
低碳、低合金，C<0.2％，合金元素总量<3.0％。合金有Mn、Ti、V、 Nb、Cu、P。 Mn是基本强化元素，提高强度、改善塑性。 Ti、Nb、V提高钢的强度和韧性。 Cu、P可提高钢对大气的抗蚀能力。
（2）锅炉钢
专用于锅炉制造的低合金结构钢，有专用牌号。后边带有G 字母 锅炉钢Si含量不能太低，以保证Si氧化膜覆盖于钢的表面，提高 钢的强度、韧性和抗氧化性，碳质量分数不能太高，便于焊接。
合金调质钢
是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。按淬透性大小可 分三类
1）低淬透性合金调质钢 主要40Cr、40MnB等。合金元素总量<2.5％，淬透性低，综合力学性 能及工艺性能好，可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连 杆、齿轮。
2）中淬透性合金调质钢 主要牌号35CrMo、40CrNi。合金元素总量不大于3.5％，可用于制作 大截面、重载齿轮、曲轴和连杆等。
接性好 用途：金属构件、型钢、钢板、钢管等
中碳钢（35、40、45、50） 性能：良好的综合机械性能 用途：重要机械零件，如轴、齿轮、螺栓
高碳钢（60、65、65Mn） 性能：高强度、高弹性 用途：弹簧、高强度零件
碳素工具钢
含碳量为0.651.3%
编号：T 或T
平均含碳量的千分数
T8、T10、T10A
金属材料的分类
金属材料在应用上通常分为以下两大类： 铁合金（钢、铸铁和铁合金） 非铁合金—除铁合金外的所有金属及合金
按照以下顺序进行介绍： 1、碳素钢 2、铸铁
3、合金钢 4、有色金属及其合金
碳钢 分类及其应用
碳钢的定义
碳钢：含碳量为0.02~2.11%的铁碳合金
碳钢的分类 1、按含碳量分：
高级优质碳素结构钢：S 0.02% P 0.03%
4、按脱氧程度分：沸腾钢（F） 镇静钢（Z） 半镇静钢（b）
碳钢的分类
按冶炼方法分类
可分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、特殊 冶炼炉钢等。
按用途分类
可分为工具钢、弹簧钢、低温钢、锅炉 用钢、压力容器用钢等
碳钢内含元素
一、杂质元素对钢性能的影响 硫---有害的杂质元素
（2）滚动轴承钢与易切钢
✓ 滚动承钢牌号为“G+平均铬质量分数的千分数” 组成，碳质量分数不标出。
✓ 如GCr15（滚铬15）表示平均含铬量为1.5％的 滚动轴承钢。
✓ 易切钢为“Y”+碳质量分数的万分数。
✓ 如Y12、Y20分别表示平均碳质量分数为0.12％、 0.20％的易切钢。
（3）合金工具钢 及高速钢
（1）合金结构钢编号
前面数字表示钢的平均碳质量分数的万分数，元素 符号表示钢中所含的合金元素，用化学符号表示，后
面的数字表示合金元素平均含量的百分数。合金元素
的平均含量四舍五入。
如含S、P量低的高级优质钢，则在钢号的末尾加以符 号“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳质量 分数为0.20％、Cr=2.0％、Ni=4.0％的高级优质合金 钢
物理性能或化学性能。
合金钢的分类
•按照金相组织分类： 珠光体、贝氏体、马氏体、奥氏体、铁素体等。
•按照合金元素含量分类： 低合金钢：合金元素含量不大于5% 中合金钢：合金元素含量在5%---10%之间 高合金钢： ：合金元素含量大于10%
合金钢的编号
编号方法原则采用 “数字+化学元素符号+数字” 的方法。
3.工艺性能
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能。
4.物理性能： 是金属的固有属性。
主要有：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等
材 使用性能 料 的 性 能 工艺性能
力学性能
物理性能
化学性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 热处理性能
力学性能
定义 : 是指金属材料在外力的作用
下所表现出来的抵抗能力。
试验原理：
用一定直径的压头 （球体），以相应试验力 压入待测表面，保持规定 时间卸载后，测量材料表 面压痕直径，以此计算出 硬度值。
硬度的标注：
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值， 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、 载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢 球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120。
铸铁的分类 1、白口铸铁（碳以Fe3C存在） 2、灰口铸铁： （片状石墨） 3、可锻铸铁： （团絮状石墨） 4、球墨铸铁： （球状石墨）
灰口铸铁
性能：抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性低，硬 度、抗压强度取决于基体组织
牌号：HT
HT200
抗拉强度
用途：不受冲击、承压、减振零件，
如机身、机座、泵体、阀门