1.2 1.2 常用金属和非金属材料常用金属和非金属材料 金属材料分为黑色金属（铁碳合金）和有色金属两类。 铁碳合金中碳的质量分数大于2%的称为铸铁，不大于2%的称为钢。 含碳量越高，则铁碳合金的强度和硬度越高，塑性和韧性越低。1.2.1.1.2.1.碳素钢的分类、编号及用途碳素钢的分类、编号及用途一、碳素钢的分类一、碳素钢的分类1. 按碳的质量分数分类按碳的质量分数分类: : * * 低碳钢低碳钢: : Wc 0.25% * * 中碳钢中碳钢: : 0.25% Wc 0.6% * * 高碳钢高碳钢: : Wc 0.6%2.按钢的质量分类按钢的质量分类: :* * 碳素钢碳素钢: : Wp = (0.035% 0.045%) Ws = (0.035% 0.050%)* * 优质碳素钢优质碳素钢: : Wp = 0.035% Ws = (0.030% 0.035%) * * 高级优质碳素钢高级优质碳素钢: : Wp 0.030% Ws = ( 0.020%0.025% ) 3.按钢的用途分类按钢的用途分类:碳素结构钢碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 用于制造各种机械零件、工程构用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。件。一般为低、中碳钢。碳素工具钢碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。用于制造各种工具。一般为高碳钢。二、碳素钢的编号及用途二、碳素钢的编号及用途 1.碳素结构钢碳素结构钢: : Q 235 A F沸腾钢沸腾钢A等级等级235 MPa屈服强度屈服强度 屈服强度越高，则碳素结构钢的塑性越低，焊接性和压延性越低。2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢* * 45 - Wc = 45%00* * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%3.碳素工具钢碳素工具钢T 12 A高级优质高级优质 Wc = 12%0碳素工具钢碳素工具钢4.铸造碳钢铸造碳钢ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa铸钢铸钢转炉炼钢转炉炼钢平炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢电弧炉炼钢三、钢锭的组织、质量及缺陷三、钢锭的组织、质量及缺陷一一)杂质元素对钢的质量和性能的影响杂质元素对钢的质量和性能的影响 Mn 脱氧、去硫脱氧、去硫, ,提高钢的强度提高钢的强度 和硬度。和硬度。 Si 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,能脱能脱 氧。氧。1.有益元素有益元素2.有害元素有害元素: : P 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,低温低温 韧性差韧性差 ( ( 冷脆冷脆 ) )。 S 能引起钢在热加工时或高温工能引起钢在热加工时或高温工 作下开裂作下开裂 ( ( 热裂热裂 ) )。1.镇静钢镇静钢 ( killed steel ) 钢液在钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧进行了充分脱氧 ,Wo = 0.01%左右左右, 成成分较均匀、组织较致密。主要用于机分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。械性能要求较高的零件。二二) 不同脱氧程度的钢种不同脱氧程度的钢种 2.沸腾钢沸腾钢 ( boiling steel ) 钢液在钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo = 0.03%0.07%,成分偏析较严重、成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧冲击韧性差性差, 常用于要求不高的零件。常用于要求不高的零件。3.半镇静钢半镇静钢 ( balanced steel ) 半镇静钢是半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间行脱氧。其质量也介于二者之间,可代可代替部分镇静钢替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。一般不适于做重要零件。 1.2.2.1.2.2.合金钢的分类、编号及用途合金钢的分类、编号及用途( Alloyed Steel ) 加入合金元素会对钢的组织和性能产加入合金元素会对钢的组织和性能产生影响。生影响。一一. . 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号牌号: Q 345 C 质量等级质量等级345 MPa屈服强度屈服强度Q460钢含钢含Mo、B，正火组织正火组织 为为B，强度高强度高，用于石化中温，用于石化中温 高压容器高压容器。压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥 Q345钢钢(16Mn)综合性能好综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。型钢结构。 Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度强度 高高，用于中等压力的容器。，用于中等压力的容器。万吨远洋轮万吨远洋轮20 Mn2 Ti A （合金渗碳钢）（合金渗碳钢）等级等级:高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5 %含锰量含锰量WMn 2 %含碳量含碳量WC 20 %00二二. 合金结构钢合金结构钢1.典型合金渗碳钢典型合金渗碳钢 低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %左左 右。右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销( 20Cr )高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴2.典型合金调质钢典型合金调质钢 低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %。40Cr、40MnB等。等。 中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %左右。左右。38 CrSi、35 CrMo 等。等。圆圆锥锥齿齿轮轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。 高淬透性调质钢高淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 % 10 %。 制造大截面重载荷零件，如制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。等。3. 典型典型合金弹簧钢合金弹簧钢6565 Mn60 Si 2 Mn50 Cr V A50 Cr Mn A55 Si Mn Mo V Nb汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝4. 滚动轴承钢滚动轴承钢G Cr9 Si Mn 含含Mn量量WMn1.5 % 含含Si量量WSi1.5 % 含含Cr量量WCr 0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢性能要求性能要求:v高的高的硬度强度和耐磨性硬度强度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;v高的纯净度高的纯净度;滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承5. 易切削钢的牌号易切削钢的牌号Y 40 Mn 含锰量含锰量WMn 1.5 % 含碳量含碳量WC 0.4 % 易切削钢易切削钢2.性能要求性能要求: 降低切削力和切削热降低切削力和切削热,减少减少刀具磨损刀具磨损,延长刀具寿命延长刀具寿命,改改排屑性能排屑性能,提高切削速度。提高切削速度。3.化学成分特点化学成分特点:1.用途用途:适用于高速切削和在自动加工机适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。床上加工的材料。S:Ws = 0.080.3%Pb:WPb=0.150.25%Ca:微量微量 三三. 合金工具钢合金工具钢 ( Alloy tool steel )合金刃具钢合金刃具钢 ( alloy cutting steel )合金模具钢合金模具钢 ( alloy die steel )合金量具钢合金量具钢( alloy measuring steel )量量 具具刃刃 具具模模 具具1. 合金刃具钢合金刃具钢( alloy cutting steel )种类种类 : 低合金刃具钢低合金刃具钢 ; 高速钢。高速钢。牌号牌号 :合金元素及含量合金元素及含量千分之几的含碳量千分之几的含碳量 9 Si Cr W18 Cr4 V性能要求性能要求: 高硬度、高耐磨性、高的红高硬度、高耐磨性、高的红硬性硬性(600时时,HRC63以上以上) 、有一定的强度和韧性。有一定的强度和韧性。高速钢高速钢 - 锋钢锋钢 如如W18 Cr4 V车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头2. 合金模具钢合金模具钢( alloy die steel )v热作模钢热作模钢:工作温度为工作温度为600以上。以上。v冷作模钢冷作模钢:工作温度为工作温度为200300。*热压模钢热压模钢: 如如3 Cr2W8V 汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模 冷作模钢冷作模钢 ( cold die steel )如如Cr12、Cr12MoV高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小热处理变形小;汽车冲压模具汽车冲压模具3. 合金量具钢合金量具钢 ( alloy measuring steel )如如CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。等。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺 四四. 特殊用途钢特殊用途钢 ( special performance steel )不锈钢不锈钢 ( stainless steel )耐热钢耐热钢 ( heat resistant steel )耐磨钢耐磨钢 ( wear resistant steel ) 1. 不锈钢不锈钢 ( stainless steel )1.定义定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。蚀能力的钢。2.概念概念:*在在空气空气中的年腐蚀量为中的年腐蚀量为mm 以内的钢以内的钢, 称为在空气中使用的称为在空气中使用的 不锈钢。不锈钢。 *在在强酸、强碱强酸、强碱介质中的年腐蚀介质中的年腐蚀 量为量为mm以内的钢以内的钢,称为在强称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。酸、强碱介质中使用的不锈钢。1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 - Cr13型钢型钢 Martensitic stainless steel 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 %热处理特点热处理特点:正火正火后的组体是后的组体是马氏体马氏体。牌号牌号: 1Cr134Cr13用途用途: 医疗器械医疗器械医用镊子医用镊子2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 ( Ferritic stainless steel )化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 %左右左右 WCr = 17 %热处理特点热处理特点: 不能进行热处理强化不能进行热处理强化。牌号牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。等。用途用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。性好、强度低的容器、管道等。铁素体型不锈钢的用途铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置牌号牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途用途: 化工容器、管道等。化工容器、管道等。大型化工储罐大型化工储罐(304)(304)管板换热器管板换热器 ( 304 )3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢-18 8型钢型钢 ( Austenitic stainless steel )2. 耐热钢耐热钢 ( heat-resisting steel )1.定义定义:在高温下具有抗氧化性和高温在高温下具有抗氧化性和高温 强度的特殊钢。强度的特殊钢。2.性能要求性能要求抗氧化性抗氧化性 ( 热稳定性热稳定性 )高温强度高温强度( 热强性热强性 )蠕变强度蠕变强度持久强度持久强度钢种及钢种及 用途用途 抗氧化钢抗氧化钢 ( 不起皮钢不起皮钢 ) :奥氏体型钢奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti等等,工作温度工作温度 850。热强钢热强钢珠光体型珠光体型 16Mo，工作温度工作温度 600。马氏体型马氏体型1Cr13，工作温度工作温度 600。奥氏体型奥氏体型18-8型，型，工作温度工作温度 850。耐耐 热热 钢钢 的的 用用 途途发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门3. 耐磨钢耐磨钢( wear-resistant steel )定义定义:在强烈冲击载荷作用下发生冲击在强烈冲击载荷作用下发生冲击 形变硬化的高锰钢。形变硬化的高锰钢。球磨机球磨机挖掘机挖掘机颚式破碎机颚式破碎机牌号牌号ZG Mn13 - 1一号铸造高锰钢一号铸造高锰钢锰含量锰含量WMn 13 %铸钢铸钢铁路道岔铁路道岔履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖挖掘掘机机铲铲齿齿 高锰钢广泛用于既要求耐高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。磨又要求耐冲击的零件。如拖如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。和铁路的道岔等。