常用金属材料(碳钢、铸铁)

1、第三章：常用金属材料第三章：常用金属材料Content 1、碳素钢、碳素钢 2、铸铁、铸铁 3、合金钢、合金钢 4、有色金属及其合金、有色金属及其合金Request 1、掌握各种材料的分类、编号、性能，、掌握各种材料的分类、编号、性能， 2、了解各种材料的用途、了解各种材料的用途 第一节：第一节：carbon steels碳钢：含碳量为碳钢：含碳量为0.02182.11%的铁碳合金的铁碳合金硫硫-有害的杂质元素有害的杂质元素(低熔点（低熔点（985 C）共晶体）共晶体（FeS+Fe）)，分布在，分布在A晶界上。当钢加热到晶界上。当钢加热到1200 C热加工时，这些共晶体已经熔化，于是导致加工件

2、沿热加工时，这些共晶体已经熔化，于是导致加工件沿晶界开裂而形成所谓的晶界开裂而形成所谓的“热脆热脆”现象现象;降低焊接性。降低焊接性。 一、杂质元素对钢性能的影响一、杂质元素对钢性能的影响锰锰-有益的杂质元素（有益的杂质元素（溶于铁素体起固溶强化溶于铁素体起固溶强化作用；溶入作用；溶入Fe3C中形成合金渗碳体；同硫生成中形成合金渗碳体；同硫生成MnS，消除硫在钢中的有害影响。含量一般为，消除硫在钢中的有害影响。含量一般为0.25% 0.8%。硅硅-有益元素有益元素（溶入（溶入F使钢的强度、弹性提高。硅的含量一使钢的强度、弹性提高。硅的含量一般不超过般不超过0.4%，并不明显降低钢的塑性和韧性。

3、），并不明显降低钢的塑性和韧性。）磷磷-有害元素有害元素（少量的磷在钢中全部溶入（少量的磷在钢中全部溶入F中，起强烈的固中，起强烈的固溶强化作用，使强度、硬度显著提高，塑、韧性急剧降低，溶强化作用，使强度、硬度显著提高，塑、韧性急剧降低，特别在低温时，使钢的冲击韧性明显下降，这种现象称为特别在低温时，使钢的冲击韧性明显下降，这种现象称为“冷脆冷脆”。含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏。含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏 氢氢-有害元素（有害元素（氢溶入钢中使钢的塑性、韧性降低，氢溶入钢中使钢的塑性、韧性降低，引起引起“氢脆氢脆”及白点）及白点） 氮和氧氮和氧-有害元素（有害元素（氮使钢的强度、硬度

4、提高，塑性、韧氮使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低而脆性增大，因而含氮量过高对钢有害。氧使钢的强性降低而脆性增大，因而含氮量过高对钢有害。氧使钢的强度和塑性降低，特别是以氧化物夹杂的形式（如度和塑性降低，特别是以氧化物夹杂的形式（如FeO、SiO2）存在时，会大大降低钢的疲劳强度，增加钢的热脆性）存在时，会大大降低钢的疲劳强度，增加钢的热脆性）锰硅锰硅有益元素有益元素 硫磷氢氧氮硫磷氢氧氮有害元素有害元素二、碳钢的分类二、碳钢的分类碳素结构钢：碳素结构钢：S 0.035%0.05% P 0.035%0.045%优质碳素结构钢优质碳素结构钢:S 0.035% P 0.035%高级优质碳素结构钢

5、：高级优质碳素结构钢：S 0.02% P 0.03%3、按质量分：、按质量分：碳素结构钢：机械零件及金属构件碳素结构钢：机械零件及金属构件碳素工具钢：各种工具碳素工具钢：各种工具2、按用途分：、按用途分：低碳钢（低碳钢（C 0.25%）中碳钢（中碳钢（C=0.25%0.55%）高碳钢（高碳钢（C 0.55%）1、按含碳量分：、按含碳量分：4、按脱氧程度分：、按脱氧程度分： 沸腾钢（沸腾钢（F）镇静钢（镇静钢（Z）半镇静钢（半镇静钢（b）三、碳钢的编号、性质和用途三、碳钢的编号、性质和用途1、碳素结构钢、碳素结构钢carbon structural steels（5类类20种）种）编号：编号：Q

6、质量等级质量等级脱氧程度脱氧程度用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通 小零件小零件2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢编号：编号：平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数较高含锰量钢较高含锰量钢Q 235A F20、4560Mn 、65Mn较高含锰量较高含锰量: C 0.6%时时,0.71.0%Mn C0.6%时时,0.9 1.2%Mn低碳钢（低碳钢（10、15、20、25） 性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，焊接性好性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，焊接性好 用途：金属构件、型钢、钢板、钢管等用途：金属构件、型钢、钢板、钢管等 电厂中用于电厂中用于500

7、C以下受热面管子以下受热面管子,如水冷壁如水冷壁中碳钢（中碳钢（35、40、45、50） 性能：良好的综合机械性能性能：良好的综合机械性能 用途：重要机械零件，如轴、齿轮、螺栓用途：重要机械零件，如轴、齿轮、螺栓 高碳钢（高碳钢（60、65、65Mn） 性能：高强度、高弹性性能：高强度、高弹性 用途：弹簧、高强度零件用途：弹簧、高强度零件3、碳素工具钢、碳素工具钢carbon tool steels编号：编号：T 或或T 用途：各种量具、刃具、磨具用途：各种量具、刃具、磨具含碳量为含碳量为0.65 1.3% 平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数T8、T10、T10A高级优质钢高级优质钢性能：硬

8、度高、耐磨性好性能：硬度高、耐磨性好3、碳素铸钢、碳素铸钢carbon cast steels编号：编号： 铸造碳钢：铸造碳钢：ZG 工程用铸钢：工程用铸钢：ZG 铸钢件铸钢件：将钢水直接铸成零件毛坯后，不再进将钢水直接铸成零件毛坯后，不再进 行锻压加工的钢件行锻压加工的钢件铸钢：制造铸钢件的钢铸钢：制造铸钢件的钢平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度（Mpa）ZG25（ ZG 230-450）性能性能:一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性用途：用途：400-450C以下铸件，如汽缸、隔板、蒸汽以下铸件，如汽缸、隔板、蒸汽

9、室、喷嘴室、轴承盖室、喷嘴室、轴承盖含碳量为含碳量为0.15 0.55% 成分：成分：2.5-4%C,Si,S,P,Mn 组织：碳以组织：碳以Fe3C及及C形式存在形式存在 性能：性能：1）强度、塑性、韧性低）强度、塑性、韧性低 2）良好的减振性、减摩性、切削加工性）良好的减振性、减摩性、切削加工性 铸造性，低的缺口敏感性铸造性，低的缺口敏感性第五节：铸第五节：铸 铁铁cast iron工业铸铁工业铸铁铸铁：含碳量大于铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金的铁碳合金一、铸铁的分类一、铸铁的分类1、白口铸铁（碳以、白口铸铁（碳以Fe3C存在）存在）2、灰口铸铁、灰口铸铁gray cast iron

10、 （片状石墨）（片状石墨） 4、球墨铸铁、球墨铸铁nodular graphite iron（球状石墨）（球状石墨）3、可锻铸铁、可锻铸铁malleable cast iron（团絮状石墨）（团絮状石墨） 2)在一定条件下，由液态和固态铸铁中在一定条件下，由液态和固态铸铁中 直接直接 析出石墨析出石墨 二、铸铁的石墨化二、铸铁的石墨化形式形式1）Fe3CFe+C温度C%FeFe3CLAL+AL+ Fe3CA+ Fe3CF+ Fe3CF+AFADECFPSKGQ 1）成分：）成分：C、Si、Al、Cu、Ni促进石墨化促进石墨化 S、Mn、Cr、Mo、W阻止石墨化阻止石墨化 2）冷却速度：冷速越慢

11、，越有利于石墨化）冷却速度：冷速越慢，越有利于石墨化影响石墨化的因素影响石墨化的因素三、灰口铸铁三、灰口铸铁 性能：抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性低，硬性能：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度、抗压强度取决于基体组织牌号：牌号：HT用途：不受冲击、承压、减振零件，用途：不受冲击、承压、减振零件， 如机身、机座、泵体、阀门如机身、机座、泵体、阀门 汽缸套汽缸套组织：组织：F+G,P+G,F+P+G抗拉强度抗拉强度HT200 组织：组织：F+G,P+G, G呈团絮状呈团絮状四、可锻铸铁四、可锻铸铁性能：强度、塑性、韧性高于灰口铸铁性能：强度、塑性、韧性高于灰口铸铁牌

12、号：牌号：KTB (白心可锻铸铁）白心可锻铸铁） KTH（黑心铁素体可锻铸铁）（黑心铁素体可锻铸铁） KTZ （黑心珠光体可锻铸铁）（黑心珠光体可锻铸铁）用途：形状复杂、受动载荷作用，用途：形状复杂、受动载荷作用， 要求强度、塑韧性较高铸要求强度、塑韧性较高铸 件，如连杆、低中压阀门、件，如连杆、低中压阀门、 管接头管接头b(%)组织：组织：F+G,P+G,F+P+G,B下下+G五、球墨铸铁五、球墨铸铁 性能：强度高于其他铸铁，塑性、性能：强度高于其他铸铁，塑性、 韧性高于灰口铸铁，屈强比高韧性高于灰口铸铁，屈强比高牌号：牌号：QT 用途：用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的重用途：用于要求强度

13、较高、受冲击、耐磨损的重 要零件，如后汽缸、后几级隔板、磨煤机要零件，如后汽缸、后几级隔板、磨煤机 衬板衬板b(%)六、合金铸铁六、合金铸铁alloy cast iron耐热铸铁的编号：耐热铸铁的编号：RT+元素符号元素符号+数字数字 RQT+元素符号元素符号+数字数字用途：锅炉受热面吊架、喷嘴、烟道挡板用途：锅炉受热面吊架、喷嘴、烟道挡板1、耐热铸铁、耐热铸铁heat-resistant cast iron-铬、硅、铝铬、硅、铝铸铁的耐热性：在高温下抗氧化、抗生长并保持较铸铁的耐热性：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高的强度、硬度及抗蠕变的能力铸铁的生长：铸铁在铸铁的生长：铸铁在400 C以上，特别是经反复以上，特别是经反复 加热，体积逐渐增大的现象加热，体积逐渐增大的现象RTCr16(900 C)RQTAL22(1100 C) 3）中锰球墨铸铁：在球墨铸铁中加入锰）中锰球墨铸铁：在球墨铸铁中加入锰59.5% 含硅含硅3.35%得到的球墨铸铁得到的球墨铸铁 用于球磨机的衬板、钢球、煤粉机锤头用于球磨机的衬板、钢球、煤粉机锤头 1）冷硬铸铁：在砂型中