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常用材料简介和应用主要内容一常用材料1、金属材料2、非金属材料二各国材料对照表三常用工艺处理方法化学元素表1.金属材料1.1黑色金属黑色金属一般是指钢铁材料，钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料，它们是以铁为基的合金。（含碳量小于2．11%（重量）的合金称为钢；而含碳量大于2．11%（重量）的合金称为生铁。工程实际中用的钢和铸铁除含铁、碳以外，还含有其它元素，其中一类是杂质元素，如硫、磷、氢等；另一类是根据使用性能和工艺性能的需要，有意加入的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛等，铁碳合金中加入上述元素就成了合金钢或合金铸铁）1.2有色金属除钢铁材料外，金、银、铜、锡、铝、锌、镍、铬、钛等金属材料（五金：金、银、铜、铁、锡）1.1.1黑色金属材料（铁碳合金状态图）目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。右图为简化后的Fe－Fe3C状态图。1.1.2黑色金属材料（结晶状态）1.1.3铁碳合金的基本组织1、铁素体（F或α）2、奥氏体（A或γ）3、渗碳体（Fe3C）4、珠光体（P）5、莱氏体（Ld或Ld‘）铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。1、铁素体（F或α）2、奥氏体（A或γ）奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。1.1.4铁碳合金的基本组织3、渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。4、珠光体（P）奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物。显微组织是铁素体与渗碳体片层状交替排列。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。5、莱氏体（Ld或Ld'）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。1.1.4铁碳合金的基本组织1.1.5各元素对钢材的影响钢中主要化学元素为铁，另外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等，这些少量元素对钢材性质影响很大。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响。含碳量低：钢的强度较低，但塑性大，延伸率和冲击韧性高，钢质较软，易于冷加工、切削和焊接；含碳量高，钢的强度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。硫、磷为钢中有害元素，含量稍多会严重影响钢的塑性和韧性，磷使钢显著产生冷脆性，硫则产生热脆性。硅、锰为有益元素，它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。此外：钢的力学性能（如抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧度和硬度等）决定于钢的成分和金相组织。钢的成分一定时，其金相组织主要决定于钢的热处理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影响最大。1.1.6钢材的分类1、钢材按品质分类(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2)优钢材质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.、按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）；b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。3、钢材按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。4、钢材按金相组织分类(1)退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共钢材析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)钢材无相变或部分发生相变的1.1.6钢材的分类5、按用途分类(1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。(2)钢材结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢(3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。(4)特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。(5)专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。1.1.6钢材的分类6、综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。质量等级以硫、磷杂质含量多少，分别用A、B、C、D符号表示。A-保证力学性能，B-保证力学性能和冷弯性能，C-保证化学成b.低合金结构钢（加入适量的一种或数种合金元素而形成的，它的综合力学性能优于碳素结构钢）c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.钢材结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢（即称不锈钢）；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。1.1.6钢材的分类7、按冶炼方法分类(1)按炉种分a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或(a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。c.电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。(2)钢材按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢（沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂（硅铁脱氧）对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢锭模后，碳氧反应产生大量气体，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名）；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢8、按生产方法分类（补充）（1）热轧钢板（2）冷轧钢板9、按表面特征分类（补充）（1）镀锌板（热镀锌板、电镀锌板）：用电解方法生产的也称电解板。（2）镀锡板：也称马口铁（冰花铁皮）。这种钢板表面镀了锡，有很好的耐蚀性。（3）复合钢板（4）彩色涂层钢板1.1.7钢材牌号钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221—2000）中规定。产品牌号的表示，一般采用采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。1.1.8采用钢材钢材类型牌号标准备注碳素结构钢Q195、Q215、Q235、Q255、Q275GB/T700A、B、C、D优质碳素结构钢08F、10、20、30、35、40、45、GB/T699F沸腾钢合金结构钢20Cr、40CrGB/T3077易切削钢牌号Y12、Y40Mn、GB/T8731Y易切削非调质机械结构钢F35F非调质工具钢Cr12Mov、3Cr2W8v、T8MnA、T10A、T8GB/T1298/1299碳钢加T塑料模具钢SM45、SM3Cr2MoSM塑料模具轴承钢GCr15、G20CrNiMoA加G不锈钢和耐热钢0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)\2Cr13GB/T1220316、304国外电工用硅钢30QG113、30Q113、DR360-50、DR280-35GB/T5212加W、Q焊接钢H08A、H1C18Ni9、H08Mn2Si加H1.1.9不锈钢不锈耐酸钢：不锈耐酸钢简称不锈钢。现在应用越来越多。a铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素，通常含铬量的质量分数大于或等于13．00%，不含镍。某些钢种还添加有铝、钛和硫等。b马氏体型不锈钢。铬是钢中的主要合金元素，钢在淬火—回火状态使用，有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用在弱腐蚀性介质，如海水、淡水和水蒸气等中，使用温度小于或等于580℃、通常作为受力较大的零件和工具的制作材料，由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。c奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬和镍，其次是钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有奥氏体组织，这类钢具有高的韧性、低的脆性转变温度、良好的耐蚀性和高温强度、较好的抗氧化性以及良好的压力加工和焊接性能。但是这类钢的屈服强度低，且不能采用热处理方法强化，而只能进行冷变形强化。d铁素体—奥氏体型不锈钢。这类钢是在奥氏体不锈钢基础上，添加更多的铬、钼和硅等有利于形成铁素体的元素，或降低钢的含碳量而获得的。其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。e沉淀硬化型不锈钢。这类钢的突出优点是经沉淀硬化热处理以后具有高的强度，耐蚀性优于铁素体型不锈钢。它主要用于制造高强度和耐蚀的容器、结构和零件，也可用作高温零件，如汽轮机零件。1.1.10不锈钢牌号类型牌号备注奥氏体型1Cr17Mn6Ni5N1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn10Ni5Mo3N1Cr17Ni71Cr18Ni9Y1Cr18Ni9Y1Cr18Ni9Se0Cr18Ni900Cr19Ni100Cr19Ni9N0Cr18Ni10NbN00Cr18Ni10N1Cr18Ni120Cr23Ni130Cr25Ni200Cr17Ni12Mo21Cr18Ni12Mo2Ti6)0Cr18Ni12Mo2Ti00Cr17Ni14Mo20Cr17Ni12Mo2N00Cr17Ni13Mo2N0Cr18Ni12Mo2Cu200Cr18Ni14Mo2Cu20Cr19Ni13Mo300Cr19Ni13Mo31Cr18Ni12Mo3Ti6)0Cr18Ni12Mo3Ti0Cr18Ni16Mo51Cr18Ni9Ti6)0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni9Cu30Cr18Ni13Si4奥氏体-铁素体型0Cr26Ni5Mo21Cr18Ni11Si4AlTi00Cr18Ni5MoSi2铁素体型0Cr13Al00Cr121Cr17Y1Cr171Cr17Mo00Cr30Mo25)00Cr27Mo25马氏体1Cr121Cr130Cr13Y1Cr131Cr13Mo2Cr133Cr13Y3Cr133Cr13Mo4Cr131Cr17Ni27Cr178Cr179Cr1811Cr17Y11Cr179Cr18Mo9Cr18MoV沉淀硬化型0Cr17Ni4Cu4Nb0Cr17Ni7Al0Cr15Ni7Mo2Al1.1.11不锈钢成分牌号CSiMnPSNiCrMoCuN3040Cr18Ni9≤0.07≤1≤2≤0.035≤0.0308-1017.-193160Cr17Ni12Mo2≤0.08≤1≤2≤0.035≤0.03010-1416.-18.52.-3.1.1.12铸铁材料铸铁：铸铁是铁碳合金的一种，与钢相比，其成分特点是碳、硅含量高，杂质含量也较高。但是，杂质在钢和铸铁中的作用完全不同，如磷在耐磨磷铸铁中是提高其耐磨性的主要合金元