五金原材料常用知识.doc

五金原材料常用知识1 五金原材料常用知识五金者，指金、银、铜、铁、锡五项金属材料之称，五金为工业之母；国防之基础，五金材料之产品，通常只分为大五金及小五金两大类。大五 金指钢板、钢筋，扁铁、万能角钢、槽铁、工字铁及各类型之钢铁材料，小五金则为建筑五金、白铁皮、锁类铁钉、铁丝、钢铁丝网、钢丝剪、家庭五金、各种工具 等等。就五金之性质与用途，应分钢铁材料、非铁金属材料、机械机件、传动器材、辅助工具、工作工具、建筑五金、家庭五金等八大类 （一）、五金原材料常用知识合金是一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或者非金属均可）熔合后而组成的具有进速特性的物质。组成合金最基本的、能独立 存在的物质称为组元，简称元。绝大多数情况下，组元即是构成合金的元素。但也有将化合物作为组元的，其条件是化合物在所研究的范围内，既不分解也不发生任 何化学反应。根据组元的数量，可分为二元合金、三元合金或多元合金、如简单黄铜是由铜和锌两种元素组成的二元合金；硬铝是由铝、铜、镁三种元素组成的三元 合金。 铜合金分类 铜合金分为黄铜、青铜和白铜。白铜是铜镍合金，主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。 机械制作中，主要使用的是黄铜和青铜。 铸造黄铜 铜和锌著称的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称普通黄铜。除锌外再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。 铸造黄铜具有较高的力学性能，铸造性能较好，且价格比青铜低。常用于一般用途的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。 铸造青铜 可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等）两大类。 铜合金铸造工艺 各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，铸造工艺特点也不同。 1、锡青铜：结晶特征是结晶温度范围大，凝固区域宽。铸造性能方面流动性差，易产生缩松，不易氧化。工艺特点是壁厚件采取定向凝固（顺序凝固），复杂薄壁 件、一般壁厚件采取同时凝固。 2、铝青铜和铝黄铜：结晶特征是结晶温度范围小，为逐层凝固特征。铸造性能方面流动性较好，易形成集中缩孔，极易氧化。工艺特点是铝青铜浇注系统为底注 式，铝黄铜浇注系统为敞开式。 3、硅黄铜：结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间。铸造性能最好（在特殊黄铜中）。工艺特点是顺序凝固工艺，中注式浇注系统，暗冒口尺寸较小。 铝合金铸件分类 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金等。 铝合金的铸造工艺 铝合金的铸造性能和化学成分密切相关，其中Al-Si合金处于共晶成分附近，铸造性能最好，和灰铸铁相似。Al-Cu合金远离共晶成分，凝固温度范围大， 铸造性能最差。在实际生产中，铝铸件都有冒口补缩，Al-Si类合金的凝固温度范围小，冒口补缩效率高，易获得组织致密的铸件。其它类铸铝合金的凝固温度 范围大，冒口补缩效率低，铸件致密性差。 铝合金极易吸气和氧化，因此浇注系统必须保证铝液较快而平稳地流入，避免搅动。 各种铸造方法都适用于铝合金铸件。当生产量较少时，可用砂型铸造，应选用细砂来造型；大量生产的重要铸件，则采用特种铸造。金属型铸造效率高，铸件质量 好。低压铸造适用于要求致密性高的耐水压铸件。压力铸造可用于薄壁复杂小件。 铸造铝合金的熔炼特点 铝合金在液态下极易氧化，其产物为Al2O3，熔点高达2050，密度稍大于铝，呈固态夹杂物悬浮在铝液中，很难去除，既恶化铸造性能，又降低力学性 能，使铸件致密性降低。铝液还极易吸收氢气，凝固时析出，形成气孔或针孔等缺陷。 1、精炼方法 为了减缓铝液的氧化和吸气，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼。可向坩锅内加入KCl、NaCl等作为熔剂，以便将铝液与炉气隔离。为驱除铝液中已吸入地氢气， 防止针孔的产生，在铝液出炉之前应进行驱氢精炼。方法有多种，较为简便的是用钟罩向铝液中压入氯化锌（ZnCl2）或六氯乙烷（C2Cl6）等氯盐或氯化 物，于是发生如下反应： 3ZnCl2 + 2Al = 3Zn + 2AlCl3 3C2Cl6 + 2Al = 3C2Cl4 + 2AlCl3 反应生成的AlCl3沸点为183，C2Cl4的沸点为121，故形成气泡，在上浮过程中将铝液中的气体H2及Al2O3夹杂一起带出液面。 2、熔炼设备 铝合金熔炉种类很多，一般多用焦碳坩锅炉。也可用电阻坩锅炉。此外感应电炉（工频、中频）也有使用。 合金的结构要比纯金属复杂得多。因为合金由两种或多种元素组成，各元素间的相互作用，会形成各种不同的相。我们把在金属和合金中，凡化学成分相同、结构相 同并与其他部分由界面分开的均匀组成部分，称之为相。 下面按照这一概念来分析纯金属和合金的结构。纯金属液态时为单相；固态由同一元素、同一晶格构成，故为单相；结晶过程中，既有液相又有固相，即为二相。合 金在液态时，其为具有一定化学成分均匀一致的合金液体，为单相。合金由液态转变为固态后，各元素彼此相互溶解可形成固溶体；元素也可能彼此间发生反应而形 成金属化合物。固溶体和金属化合物是固态合金的两个基本相。所以合金在固态时，可能是单相组织也可能是多相组织。在分析合金结构时，就是分析其相结构，看 其由几种固溶体或金属化合物，即为几相。 固溶体 所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相。两组元在液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体时，含量大者为溶 剂，含量少者为溶质；溶剂的晶格即为固溶体的晶格。 固溶体的分类 按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。 1、置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即 形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。 2、间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。其形成条件是 溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。 另外，按溶质元素在固溶体中的溶解度，可分为有限固溶体和无限固溶体。但只有置换固溶体有可能成为无限固溶体。 固溶体的性能 当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙 固溶体都会产生固溶强化现象。 适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材 料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。 金属化合物 金属化合物是两组元相互作用形成的新相，它的晶体结构与两组元都不相同，并具有金属性质。金属化合物有多种，它们的共同特点是熔点高、硬度高，一般都作为 合金中的硬化相。如碳钢中的Fe3C，合金钢中的TiC、VC、W2C等。 合金中以单相的固溶体或金属化合物的形式存在的情况减少，大多以两相的机械混合物形式存在。如碳钢中的珠光体，就是由固溶体（铁素体）和金属化合物（渗碳 体Fe3C）组成的机械混合物。 合金相图的测定 如前所述，纯金属的结晶是在恒温下进行的，可用冷却曲线来描述。一种合金由液态转变为固态在某一温度范围内进行，也可用一冷却曲线表示。但一个合金系的结 晶过程，就需要用相图来展现才能表示清楚。 合金相图是表示合金的成分、温度和组织三者之间关系的图形，是研究合金的重要工具。合金相图一般都是由试验方法获得的。现以Pb-Sb二元合金为例，来说 明二元合金相图的测定过程。 （1）配制不同成分的若干合金，并分别做出它们的冷却曲线。 （2）分别找出各个合金的结晶转变温度，即结晶开始温度和结晶终了温度。 （3）把各合金的结晶开始温度和结晶终了温度，分别标注在温度成分的坐标系中。 （4）把各合金的结晶开始温度点连结起来，即为液相线；把结晶终了温度点连结起来，即为固相线。这样就构成了Pb-Sb二元合金相图。其它合金相图也可照 此方法测定。 Pb-Sb合金构成的是二元共晶相图。其他合金还可构成二元共析相图、形成稳定化合物的二元相图、二元匀晶相图等。 铁碳合金 铁碳合金是钢和铁的总称，是工业上应用最广泛的合金。铁碳合金是以铁为基本元素，以碳为主加元素组成的合金。在液态时，铁和碳可以无限互溶。在固态时，碳 溶于铁中形成固溶体。当含碳量超过碳在铁中的固态溶解度时，则出现金属化合物。此外，还可以形成由固溶体和金属化合物组成的机械混合物。 下面分述铁碳合金在固态下出现的几种基本组织。 铁素体 铁素体是碳溶解在aFe中的间隙固溶体，常用符号F表示。它仍保持的体心立方晶格，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008的碳，在727时 最大的溶碳能力为0.02。 由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率4550。强度、硬度较低，b250MPa，而HBS80。 奥氏体 奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727时溶碳为c0.77, 1148时可溶碳2.11。奥氏体是在大于727高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥 氏体是没有磁性的。 渗碳体 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的含碳量为c6.69，熔点为1227。其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW 800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。 在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响。 珠光体 珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片装珠光体。用符号P表示，含碳 量为c0.77。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。 莱氏体 莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为c4.3。当温度高于727时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成， 用符号Ld表示。在低于727时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示，称为变态莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑 性很差。 A3号钢是普通的碳素钢，它的抗拉力强度是38、47公斤力/毫米2；45号钢是优质碳素结构钢，它的强度是61，HRC是48-55，机械上用的比较 多；35号也是优质碳素结构钢，不过它的强度却只有54，HRC是38-45。它们的区别可以从火花上鉴别的，含碳量低的火花，尾部下垂，色稍暗，时有枪 尖尾花，花量不多，芒线较粗。45号则尾部挺直尖端流线有分*现象，射力较大，花量较多。二、普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号 1、日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成第一部分表示材质，如： S （Steel）表示钢， F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P(Plate) 表示板，T（Tube）表示管,K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。 如： SS400第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为 400MPa的普通结构钢。 2、SPHC首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热 Heat的缩写，C为商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。 3、SPHD表示冲压用热轧钢板及钢带。 4、SPHE表示深冲用热轧钢板及钢带。 5、SPCC表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷 Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。 6、SPCD表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237）优质碳素结构钢。 7、SPCE表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深冲钢。需保证非时 效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。 表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。 如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光 亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。 8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为： S+含碳量+字母代号（C、CK），其中含碳量用中间值100表示，字母C：表示碳 K：表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。线材：普线高线 螺纹钢 型材：工字钢 槽钢 角钢 方钢 重轨 高工钢 H型钢 圆钢不等边角钢 扁钢 轻轨 齿轮钢 六角钢 耐热钢棒 合结圆钢 合工圆钢 方管 碳工钢 轴承钢 碳结圆钢 不锈圆钢 轴承圆钢 矩型管 弹簧钢 板材：中厚板 容器板 中板 碳结板 锅炉板 低合金板 花纹板 冷板 热板 冷卷板 热卷板 镀锌板 电镀锌板电镀锌卷 锰板 不锈钢板 硅钢片 彩涂板 彩钢瓦楞铁 镀锌卷板 热轧带钢 管材：焊管 不锈钢管 热镀锌管 冷镀锌管 无缝管 螺旋管 热轧无缝 （三）金属材料：生铁 马口铁（镀锡板）铝 铅 黄铜 锡 锌一、黑色金属、钢和有色金属在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念.1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生 铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸 件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。 铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之 一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件 等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如 铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属 的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、 镭等。（二）、钢的分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、 碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：1、按品质分类(1) 普通钢（P0.045%，S0.050%）(2) 优质钢（P、S均0.035%）(3) 高级优质钢（P0.035%，S0.030%）2.、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.60%）；c.高碳钢（C0.60%）。(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510%）c.高合金钢（合金元素总含量10%）。3、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。4、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.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。(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) 无相变或部