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金属材料基本知识讲解 新冶能化机动处 周舒 s 08 01 2020 CompanyLogo 1 目录 XINJIANGZHONGTAICHEMICAL GROUP CO LTD 几种常见的有色金属及合金 08 01 2020 CompanyLogo 2 钢 铁材料简述 一 生铁和铸铁的分类1 生铁生铁是含碳量大于2 并含硅 锰 硫 磷等杂质的铸铁合金 生铁通常分为炼钢用生铁和铸造用生铁两大类 其中铸造生铁含碳量较高为1 25 3 6 其中碳以石墨形式存在 断口呈生灰色 又叫灰口铁 用作铸铁的原料 2 铸铁铸铁是含碳量在2 以上 一般为2 6 4 铁碳合金 其中还含有含硅 锰 硫 磷等杂质 生产上常由生铁 废钢和铁合金按比例配合冶炼而成 08 01 2020 CompanyLogo 3 钢 铁材料简述 通常铸铁分类如下1 灰铸铁2 孕育铸铁3 蠕墨铸铁4 可锻铸铁5 球墨铸铁通过在浇筑前往铁水加入一定量的球化剂 如稀土镁合金 和墨化剂 以促进碳呈球形结晶而获得铸铁 08 01 2020 CompanyLogo 4 二 钢的分类 钢是含碳量小于等于2 的铁碳合金1 按化学成分分类 可以分为碳素钢和合金钢碳素钢包括工业纯铁 含碳 0 04 低碳钢 含碳 0 25 中碳钢 含碳0 25 0 6 高碳钢 含碳 0 6 合金钢包括低合金钢 合金元素总量 5 中合金钢 合金元素总量5 10 高合金钢 合金元素总量 10 08 01 2020 CompanyLogo 5 二 钢的分类 2 按用途分类按用途分类可分为结构钢 工具钢 特殊性能钢和专业用钢 优质碳素结构钢 1 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 例如平均碳含量为0 45 的钢 钢号为 45 2 优质碳素结构钢是按化学成分和机械性能供应的 钢中的硫 磷及非金属夹杂物的含量较少 表明质量 组织结构的均匀性能较好 常用于需要经过热处理的各种较重要的机械结构零件特殊性能钢包括耐热钢 不锈钢 耐磨钢 低温用钢等 08 01 2020 CompanyLogo 6 二 钢的分类 专业用钢包括容器用钢 锅炉用钢 船舶用钢 桥梁用钢 3 按制造加工形式分类铸钢采用铸造方法制造出来的一种刚 含碳量在0 15 0 6 之间热轧钢采用热轧方法生产出来的各种热轧钢材冷轧钢采用冷轧方法生产出来的各种冷轧钢材冷拔钢采用冷拔方法生产出来的各种冷拔钢材 08 01 2020 CompanyLogo 7 三 钢铁材料的分类 钢材有型材 板材 管材和金属制品四大类1 型材可以分为简单端面和复杂端面两种 简单端面型材包括圆钢 方钢 六角钢和其他异性端面钢 复杂端面型材包括工字钢 槽钢 钢轨 角钢和H型钢等 2 板材此类钢材分为板 片 带 卷板几种 厚度在4mm以下板材的称为薄板 厚度在4 25mm称为中板 厚度在25 60mm称为厚板 08 01 2020 CompanyLogo 8 三 钢铁材料的分类 3 管材钢管按形状分为园 扁 方 六角及异性钢 按生产方式分为无缝钢管和焊接钢管两大类4 丝材丝材是线材的一次冷加工产品 钢丝除可直接使用外 还可以生产钢丝绳 08 01 2020 CompanyLogo 9 各类钢铁材料牌号的表示方法 一 铸铁牌号表示方法1 灰铸铁HT250HT 表示灰铸铁代号250 表示抗拉强度 MPa 2 球墨铸铁QT400 18QT 表示球墨铸铁代号400 表示抗拉强度 MPa 18 表示伸长率 08 01 2020 CompanyLogo 10 各类钢铁材料牌号的表示方法 二 铸钢牌号表示方法1 铸造铸钢ZG45ZG 表示铸钢代号45 表示含碳量在0 045 2 铸造合金钢ZG15Cr1Mo1V三 碳素结构钢和低合金钢牌号的表示方法1 碳素结构钢Q235AQ235BQ 牌号一律用 Q 代表屈服点235 表述屈服点数值 单位为MPa B 表示质量等级 A B C D四等 08 01 2020 CompanyLogo 11 各类钢铁材料牌号的表示方法 1 Q235B性能简介有一定的伸长率 强度 良好的韧性和铸造性 易于冲压和焊接 广泛用于一般机械零件的制造 主要用于建筑 桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件 2 Q235A和Q235B的区别 钢材皆属于碳素钢 在国家标准GB700 88中 对Q235A和Q235B的材质区分主要在钢材的含碳量方面 材质是Q235A的材质含碳量在0 14 0 22 之间 Q235B的材质不做冲击实验 而是做常温冲击实验 V型缺口 相对来说 材质是Q235B的钢材的机械性能要远远优于材质是Q235A的钢材 一般情况下 钢厂在成品型材出厂之前都在标识牌上做了标识 设计压力P 1 6MPa 使用温度为0 350 钢板厚度 20mm 08 01 2020 CompanyLogo 12 各类钢铁材料牌号的表示方法 3 Q235B化学成分碳C 0 17 0 22 硅Si 0 35 锰Mn 0 3 0 7 硫S 0 045 磷P 0 045 铬Cr 允许残余含量 0 030 镍Ni 允许残余含量 0 030 铜Cu 允许残余含量 0 030 08 01 2020 CompanyLogo 13 各类钢铁材料牌号的表示方法 2 低合金结构钢Q345CQ 牌号一律用 Q 代表屈服点345 表述屈服点数值 单位为MPa C 表示质量等级 A B C D四等 四 优质碳素结构钢锅炉用优质碳素结构钢20g20 表示含碳量在0 020 g 表示为锅炉用钢 08 01 2020 CompanyLogo 14 各类钢铁材料牌号的表示方法 抗拉强度定义当钢材屈服到一定程度后 由于内部晶粒重新排列 其抵抗变形能力又重新提高 此时变形虽然发展很快 但却只能随着应力的提高而提高 直至应力达最大值 此后 钢材抵抗变形的能力明显降低 并在最薄弱处发生较大的塑性变形 此处试件截面迅速缩小 出现颈缩现象 直至断裂破坏 钢材受拉断裂前的最大应力值 b点对应值 称为强度极限或抗拉强度 屈服强度定义当应力超过弹性极限后 变形增加较快 此时除了产生弹性变形外 还产生部分塑性变形 当应力达到B点后 塑性应变急剧增加 曲线出现一个波动的小平台 这种现象称为屈服 这一阶段的最大 最小应力分别称为上屈服点和下屈服点 由于下屈服点的数值较为稳定 因此以它作为材料抗力的指标 称为屈服点或屈服强度 08 01 2020 CompanyLogo 15 各类钢铁材料牌号的表示方法 五 碳素工具钢T12AT 牌号一律冠以 T 高级优质碳素工具钢在牌号后加 A 12 表示含碳量在1 2 六 专门用途材料牌号的表示方法压力容器用钢16MnR16Mn 表示牌号R 表示压力容器用钢 08 01 2020 CompanyLogo 16 各类钢铁材料牌号的表示方法 1 16MnR性能简介 1 16MnR是普通低合金钢 是锅炉压力容器专用钢 锅炉压力容器的常用材料 它的强度较高 塑性韧性良好 常见交货状态为热轧 属低合金高强度 含Mn量较低 性能与20G 412 540 近似 抗拉强度为 450 655 稍强 伸长率为19 21 比20G的大于24 差 2 16MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板 它具有良好的综合力学性能和工艺性能 磷 硫含量略低于普16Mn钢 除抗拉强度 延伸率要求比普通16Mn钢有所提高外 还要求保证冲击韧性 它是目前我国用途最广 用量最大的压力容器专用钢板 08 01 2020 CompanyLogo 17 各类钢铁材料牌号的表示方法 2 16MnR化学成分16MnR钢的化学成分 熔炼分析 应符合下列规定C 含碳 0 20 Si 硅含量 0 20 0 55 Mn 锰含量 1 2 1 6 P 磷含量 0 035 S 硫含量 0 030 08 01 2020 CompanyLogo 18 2020 1 8 19 各类钢铁材料牌号的表示方法 六 合金钢牌号表示方法不锈钢耐酸钢板0Cr18Ni9 日本SUS304 美国304 00Cr17Ni14Mo2 日本SUS316L 1 特性简介0Cr18Ni9有较好的抗晶间腐蚀性能 优良的耐腐蚀性及冷加工冲压性能 对氧化性酸 如硝酸 有很强的抗腐蚀性 对碱溶液及大部分有机酸和无机酸也有一定的抗腐蚀性能 2 用途0Cr18Ni9是用量最大 范围最广的不锈钢牌号 其产量约占不锈钢产量的30 以上 用于制造深冲成型零件 输酸管道 储罐和储酸容器等 也可用作铬镍不锈钢和铬不锈钢焊条总材 非磁性不见和低温环境下的部件及输酸管道 容器等 08 01 2020 CompanyLogo 20 各类钢铁材料牌号的表示方法 3 化学成分 C 0 07 Si 1 00 Mn 2 00 P 0 035 S 0 030 Ni 8 00 11 00Cr 17 00 19 005 物理特性熔点 1398 1454 密度 7 85g cm3弹性模数 20 199GPa比热容 0 5 1000J kg K 热导率 0 15 100W cm K 比电阻 uN m0 73 08 01 2020 CompanyLogo 21 各类钢铁材料牌号的表示方法 6 力学性能0Cr18Ni9室温力学性能抗拉强度 b MPa 520 屈服强度 0 2 MPa 205 伸长率 5 40 断面收缩率 60 布氏硬度 90HRB 7 处理工艺热处理规范 固溶1010 1150 快冷 金相组织 组织特征为奥氏体型 08 01 2020 CompanyLogo 22 有色金属材料简介 一 有色金属的分类及相关知识 一 有色金属的概述在工业生产中 通常把铁 锰 铬及其合金称为黑色金属 把其他金属及其合金称为有色金属 与钢铁等黑色金属材料相比 有色金属具有许多优良的特性 是现代工业中不可缺少的材料 在国民经济中占有十分重要的地位 二 有色金属的定义定义 狭义上的有色金属又称非铁金属 是铁 锰 铬以外的所有金属的总称 广义的有色金属还包括有色合金 有色合金是以一种有色金属为基体 加入一种或几种其他元素而构成的合金 08 01 2020 CompanyLogo 23 有色金属材料简介 三 有色金属分类1 有色纯金属分为重金属 轻金属 贵金属 半金属和稀有金属五类 2 有色金属按化学成分分类 铝和铝合金材 铜和铜合金材 铅和铅合金材 镍和镍合金材 钛和钛合金材 按形状分类时可分为 板 条 带 箔 管 棒 线 型等品种 3 在有色金属中 还有各种各样的分类方法A 按照比重来分 铝 镁 锂 钠 钾等的比重小于5 叫做 轻金属 密度小 0 53 4 5g cm3 化学性质活泼 如铝 镁等 B 铜 锌 镍 汞 锡 铅等的比重大于5 叫做 重金属 一般密度在4 5g cm3以上 如铜 铅 锌等 08 01 2020 CompanyLogo 24 有色金属材料简介 C 象金 银 铂 锇 铱等比较贵 叫做 贵金属 D 镭 铀 钍 钋等具有放射性 叫做 放射性金属 E 还有像铌 钽 锆 镥 金 镭 铪 钨 钼 锗 锂 铀等因为地壳中含量较少 或者比较分散 人们又称之为 稀有金属 四 几种常见的有色金属及其合金1 铝及铝合金铝为银白色轻金属 有延展性 在潮湿的空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜 铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧 并发出炫目的白色火焰 易溶于酸和碱溶液 不溶于水 相对密度2 70 熔点660 沸点2327 08 01 2020 CompanyLogo 25 几种常见的有色金属及其合金 1 比重小 比强度高 纯铝的比重只有2 72g cm3 故其合金的比重 约2 5 2 88 也很小 采用各种强化手段后 铝合金可以达到与低合金高强钢相近的强度 因此比强度要比一般高强度钢高的多 2 有优良的物理 化学性能铝的导电性好仅次于银 铜和金 在室温时的导电率约为铜的64 铝资源丰富 成本较低 铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力 其磁化率极低 接近于非铁磁性材料 08 01 2020 CompanyLogo 26 几种常见的有色金属及其合金 3 加工性能良好铝及铝合金 退火状态 的塑性很好 可以冷成形 切削性能也很好 超高强铝合金成形后经热处理 可达到很高的强度 铸造铝合金的铸造性能极好 由于上述优点 铝及铝合金在电气工程 航空及宇航工业 一般机械和轻工业中都有广泛的用途1 1工业纯铝纯度为98 0 99 0 牌号有L1 L2 L3 L4 L5 等五种 编号越大 纯度越低 工业纯铝可制作电线 电缆 器皿及配制合金 08 01 2020 CompanyLogo 27 几种常见的有色金属及其合金 1 2铝合金铝中加入合金元素 Si Cu Mg Zn Mn等 后 就形成了铝合金 除了保留纯铝的低密度 良好的导电性和导热性等优点外 通过合金化和其他工艺方法 可获得较高的强度 并保持良好的加工性能 1 3硬铝合金LY1中等强度 工作温度不超过100 的铆钉LY11中等强度构件和零件 如骨架 螺旋桨叶片铆钉LY12高强度的构件及150 以下工作的零件 如骨架 梁 铆钉 08 01 2020 CompanyLogo 28 几种常见的有色金属及其合金 2 铜及铜合金2 1铜及铜合金性能特点纯铜程紫色 故又称紫铜 具有面心立方晶格 无同素异构转变 无磁性 纯铜具有优良的导电性和导热性 在大气 淡水和冷凝水中有良好的耐腐蚀性 铜合金常加元素为Zn Sn Al Mn Ni Fe Be Ti Zr Cr等 既提高了强度 又保持了纯铜特性 铜合金分为黄铜 青铜 白铜三大类 08 01 2020 CompanyLogo 29 几种常见的有色金属及其合金 纯铜具有优良的导电性和导热性 在大气 淡水和冷凝水中有良好的耐腐蚀性 2 2黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜 2 2 1普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜 牌号命名为 H 黄 表示铜平均百分含量的数字 如H682 2 2特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入 Fe Si Mn Pb Sn N等元素形成的黄铜 特殊黄铜的强度 耐蚀性比普通黄铜好 铸造性能改善 08 01 2020 CompanyLogo 30 几种常见的有色金属及其合金 2 3青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜 常用的青铜有锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 铅青铜 1 锡青铜是以锡为主加元素的铜合金 锡含量一般为3 14 锡青铜铸造流动性差 铸件密度低 易渗漏 但体积收缩率在有色金属中最小 锡青铜耐蚀性良好 在大气 海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好 但在硫酸 盐酸 氨水中的耐蚀性较差 08 01 2020 CompanyLogo 31 几种常见的有色金属及其合金 2 铝青铜以铝为主加元素的铜合金 铝含量为5 11 强度 硬度 耐磨性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜 铸造性好 但焊接性差 3 铍青铜以铍为主加元素的铜合金 铍含量为1 7 2 5 具有高的强度 弹性极限 耐磨性