金属材料与热加工基础 教案 李蕾 第四章常用金属材料的应用

《金属材料与热加工基础》

课程教案

系（部）教研室

课程代码学分

课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）

授课专业授课班级

任课教师职称

考核方式

金属材料马拉加工基础敖案（章节备课）

章次第四章常用金属材料的应用

课时安排总学时数：14理论教学时数：12实验教学时数：2

教本章主要通过合金元素对金属材料性能的影响，掌握金属材料的分类、牌号、性

目

与能、用途及热处理特点。初步具有根据金属材料的化学成分分析材料性能的能力

以及根据零件性能的要求合理选择常用零件材料的能力。

/钢铁材料基础知识

本章

常r合金钢与非合金钢的应用

知识

钢铁材料的应用<低合金钢的应用

属24铸铁的应用

结构料।,硬质合金的应用

鲁非铁金属材料的应用

图示

、金属材料选择及分析

章重点重点：钢铁材料的应用

与难点

难点：金属材料选择及分析

1.教法：

（1）案例引导法

（2）问题法

（3）小组讨论法

教学方法手2.学习法：

段

（1）文献查阅法

（2）分组合作学习法

（3）自主学习法

3.教学手段：

多媒体、各种材料应用的视频。

主要参

金属材料与热加工基础

考资料

备注

金属材料马拉加工基础敖嗓(课时备课)

第1次课2学时

第一节钢铁材料基础知识

£次

重点：钢和铸铁的分类；钢中杂质及合金元素对钢性能的影响

点

售

难点：合金元素对钢性能的影响

点

生

案例导入备注：

一、钢铁材料的分类

钢铁材料是钢和铸铁的总称。钢和铁都是以铁和碳为主要元素组成的

合金，也称为铁碳合金。

1钢.的分类

钢的分类方法很多，表4-1介绍了钢的主要分类方法。

2.铸铁的分类

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金的总称。表4-2介绍了铸铁的主

要分类。

二、钢中杂质元素及合金元素对钢性能的影响

1.常存杂质元素对钢性能的影响

钢中常存杂质元素是硅、钵、硫和磷(还有非金属杂质等)。

教学

内容(1)硅的影响

与进

程安(2)钵的影响

并非

(3)硫的影响

硫以共晶的形式分布在晶体的界面上，易导致钢在热加工时产生开裂，

也就是常说的“热脆”或“红脆”，因此，钢中硫的质量分数必须严格

控制。

(4)磷的影响

在室温下使钢的塑性、韧性急剧下降，特别是它能使钢的冷脆性急剧加

大，对钢材产生很大的危害，故要严格制磷在钢中的质量分数。

2.合金元素在钢中的作用

(1)合金元素在钢材中的存在形式及作用

合金元素在钢中主要以两种形式存在：

1)形成合金铁素体

2）形成合金碳化物

（2）合金元素对热处理的影响

合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中

的相变等方面：

1）阻碍奥氏体的晶粒长大

2）提高淬透性

3）提高回火稳定性。

除此之外，一些碳化物形成元素如铭、鸨、钳、巩等，在回火过程中

乂析出了新的更细的特殊碳化物，发挥了第二相的弥散强化作用，使

硬度进一步提高。

提示：钢中的杂质元素是炼钢过程中，随着炼钢原料中大量的杂质元素

带入钢液中的，不是故意添加的：而合金元素是为了提高钢的某种性

能故意添加的，两者有着本质的不同。

三、小结及作业布置

金属材斜后拉加工基砒教嗓（课时备课）

第2次课1学时

第二节非合金钢的应用

T归次

T重点：非合金钢结构钢的牌号性能和用途；非合金工具钢、非合金铸造钢的牌号性

1W置点能和用途。

隹点

无难点：每种材料的性能和用途

备注：

一、非合金结构钢（碳素结构钢）（15分钟）

1.普通质量非合金结构钢

（1）牌号

由屈服强度的“屈”拼音字首的"Q"+屈服强度数值+质量等级符号

+脱氧方法等四部分组成。如Q235AF钢，表示的是屈服强度大于

235MPa,质量等级为A级的沸腾钢。

（2）性能及用途

普通质量的碳素结构钢的牌号、质量等级、化学成分和力学性能

见表4-3o

2.优质非合金结构钢

教学（1）牌号

内容

与进通常被称优质碳素结构钢。其牌号用两位数字表示，两位数字表

程安

示该钢的平均碳的质量分数的万倍，如“45”钢表示平均碳的质量分

抖非

数（TVc）=O.45%的优质非合金结构钢；08表示平均碳的质量分数（Wc）=

0.08%的优质非合金结构钢。

（2）性能及用途

优质非合金结构钢的牌号、质量等级、化学成分和力学性能见表

4-4o

二、非合金工具钢（10分钟）

习惯被称碳素工具钢，是用于制造刀具、模具和量具的钢。

1.牌号

以碳的汉语拼音字首”T开头，其后的数字表示碳的质量分数的千

倍。例如，T8表示平均碳的质量分数为Wc=0.80%的非合金工具钢。

如T12A表示平均碳的质量分数为Wc=l.2%的高级优质非合金工具钢。

如在末尾加上Mn,则表示含钵量较高。

2.性能及用途

见表4-5

三、非合金铸造钢

1.牌号

非合金铸造钢也称铸造碳钢，其牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音

字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度的最低值，

第二组数字代表抗拉强度的最低值。例如，ZG200-400表示屈服强度

>200MPa,抗拉强度2400MPa的一般工程用铸造碳钢2.性能及用途

2.性能及用途

见表4-6

金属材姆S兹加工基础教案（课时备课）

第2次课1学时

第三节合金钢的应用

才忙次重点：低合金高强度钢的用途和牌号；低合金耐候钢、其他低合金专用钢的用途和

W良点

1牌号。

隹点

见难点：相关材料的性能与用途

合金钢的概念备注：

一、合金结构钢

1.工程用合金结构钢

（1）低合金高强度结构钢

是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素而组成的。

1）牌号

由代表屈服强度的汉语拼音首位字“Q”+屈服强度数值+质最等

级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。例如，Q390A表示屈

服强度2390MPa,质量为A级的低合金高强度结构钢。如果是专•用结

构钢一般则在低合金高强度结构钢牌号表示方法的基础上附加钢产品

的用途符号，如Q345HP表示焊接气瓶用钢、Q345R表示压力容器用

教学

钢、Q390G表示锅炉用钢、Q420Q表示桥梁用钢等。

内容

与进2）化学成分、性能及用途

程安

利非低合金高强度结构钢具有良好的使用价值和经济价值，广泛用于

制造桥梁、车辆、船舶、建筑工程、化工、锅炉等，见表4-7

（2）低合金耐候钢

1）牌号

我国目前使用的耐候钢分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢

两大类。

焊接结构用耐候钢的牌号是由“Q+数字+NH”组成。其中“Q”

是“屈”字汉语拼音字母的字首，数字表示钢的最低屈服强度数值，

字母“NH”是“耐候"二字汉语拼音字母的字首，牌号后缀质量等级

代号（C、D、E）,如Q355NHC的表示屈服强度大于355MP,质量等

级为C级的焊接结构用耐候钢。焊接结构用耐候钢适用于桥梁建筑及

其他要求耐候性的钢结构。

高耐候性结构钢的牌号是“Q+数字+GNH”组成。与焊接结构用

耐候不同的是“GNH”表示“高耐候”三字汉语/音字母的字首。含

Gr、Ni元素的高耐候性结构钢在其牌号后面后缀字母“L”,如Q345GNHL

钢。

2）化学成分及用途

耐候钢是指耐大气腐蚀钢。它是在低碳非合金钢的基础上加入少量

铜、铭、银、铝等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的低合金钢。

为了进一步改善耐候钢的性能，还可再加微量的锯、钛、帆、错等元

素。

耐候性结构钢适用于机车车辆、建筑、塔架和其他要求高耐候性

的钢结构，并可根据不同需要制成螺栓连接卸接和焊接结构件等。

（3）低合金专用钢

为了适应某些专业的特殊需要，对低合金高强度结构钢的化学成

分、加工工艺及性能作相应的调整和补充，从而发展了门类众多的低

合金专用钢，如锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽

车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、工程建设混凝土及预应

力用钢和建筑结构用钢等。

二、小结及作业布置

金属材料S捡加工及砒敖嗓（课时备课）

第4次课4学时

第三节合金钢的应用

本次重点：机械零件用的合金结构钢的用途和牌号；合金工具钢、特殊性能钢的用途和

重点

牌号

难点

难点：合金钢的应用

备注：

2.机械零件用的合金结构钢

机械零件用的合金结构钢主要用于制造各种机械零件，大多需经

热处理后才能使用。按其用途和热处理特点，可分为合金渗碳钢、合

金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。前三类钢的的牌号由“数字

（两位）+元素符号+数字”组成。其中，前两位数字是以平均万分数

表示的碳的质量分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号

后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。

（1）合金渗碳钢

1）化学成分及性能

含碳量一般在0.10〜0.25%之间，以保证淬火后零件心都有足够的

教学

内容塑性和韧性：渗碳钢中的主要合金元素是Cr,还可加入Ni、Mn、B、

与进

、、等合金元素。在零件表层形成的合金碳化物主要提高渗碳层

程安WVTi

抖非的耐磨性。

2）热处理

预先热处理和最终热处理

3）用途

由于具有外硬内韧的性能，主要用来制作用于承受冲击的耐磨件，如

汽车、拖拉机中的变速齿轮（如图4-15所不）、内燃机上的凸轮轴、

活塞销等。表4-8所示为常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及

用途。

（2）合金调质钢

1）化学成分及性能

合金调质钢的WC=0.25%〜0.5%,以0.4%居多，合金调质钢中加入合

金元素Mn、Si、Cr、Ni、B等主要作用是增大钢的淬透性；加入W、

Mo、V、Ti等元素可形成稳定的合金碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，

细化晶粒机防止回火脆性，以获得高而均匀的综合力学性能，特别是

高的屈强比。

2）热处理

3）用途

中碳成分的调质钢一般经调质处理后使用。合金调质钢主要用于

制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，

要求具有良好综合力学性能的重要零件。见表4-9

（3）合金弹簧钢

1）化学成分及性能

合金弹簧钢的含碳量一般在0.5%〜0.9%之间，以保证得到高的

疲劳强度和屈服强度。合金弹簧钢中加入的合金元素主要是Mn、Si、

Cr等，其作用是强化铁素体、提高钢的淬透性、弹性极限及I可火稳定

性。辅加少量的合金元素Mo、W、V,可减少钢的过热倾向和脱碳，

细化晶粒，进一步提高弹性极限、屈强比和耐热性及冲击韧度。

2）热处理

①冷成形弹簧

②热成形弹簧

3）用途

60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产

量的80%。常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及

用途见表4-10o

（4）滚动轴承钢

1）牌号

常见的滚动轴承钢的牌号由“G+Cr+数字”组成。其中“G”是“滚”

字汉语拼音字首，“口”是合金元素铭的符号，数字是以名义干分数表

示的珞的质量分数，

2）化学成分及性能

目前常用的面碳高倍轴承钢，其Wc=0.95%〜1.15%,以获得高强

度、硬度及高的耐磨性。主要合金元素为Cr,IV二.=0.4%〜1.65%,Cr

一部分溶入奥氏体，以提高淬透性；一部分与C形成细小颗粒均匀分

布的碳化物，以提高接触疲劳强度和耐磨性。另外，制造大尺寸轴承

时，可加Si、Mn,以进一步提高其淬透性。同时，轴承钢还要严格限

制P、S的质量分数。

3）热处理

滚动轴承钢预备热处理是球化退火。

最终热处理是淬火后低温回火。对于精密轴承零件，为了保证使用过

程中的尺寸稳定性，淬火后还应该进行冷处理，使残余奥氏体转变，

然后再进行低温回火八

4）用途

常用的滚动轴承钢的牌号、成分、热处理及用途见表4-11所示。

二、合金工具钢

合金工具钢主要用于制造重要的刃具、量具和模具等。

合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢类似，不同的是只用一位数

字表示含碳量的千分数,且含碳量大于1%时不予标出。如3Cr2W2V（含

碳量为0.3%）、W18Cr4V（含碳量大于1%）。

1.合金刃具钢

合金刃具钢是低合金刃具钢和高合金刃具钢（即高速钢）的总称。

（1）低合金刃具钢

1）化学成分及性能

2）热处埋

3）用途

常用的低合金力具钢的牌号、化学成分、热处理及用途见表4T2所示。

（2）高合金刃具钢

1）工作条件及性能

2）化学成分

3）热处理

常用高速钢的牌号、成分、热处理和用途见表4-13。

提示：高速钢与低合金刃具钢相比，具有高的抗弯强度，以及高

红硬性、高耐磨性，因此被广泛地用于制造切削速度较高、承受冲击

载荷较大、形状比较复杂的刀具。

2.合金量具钢

合金量具钢的工作部分要求高硬度、高耐磨性和高的尺寸稳定性,

一般都采用变形很小的合金工具钢制造，以保证其尺寸的稳定性。

（1）性能及化学成分

（2）热处理

（3）用途

合金量具钢是用于制造各种量具的钢。如图4-24所示的游标卡尺和图

4-25所示的千分尺等：高精度量具（如块规）可采用Cr2、CrWMn等

量具钢制造。

常用合金量具钢的牌号、成分、热处理和用途见表4-14。

（3）合金模具钢

合金模具钢是指用于制造冲压、热锻、压铸等成形模具的钢。根

据工作条件的不同，可分为冷变形模具钢和热变形模具钢。

（1）冷作模具钢

1）性能及化学成分

2）热处理

3）用途

冷作模具钢用于冷态金属成形的模具用钢，如制造各种冷冲模、冷挤

压模、冷拉模、切边模等的钢种。

常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能和用途见表4-15。

（2）热作模具钢

1）性能及化学成分

2）热处理

3）用途

常用热作模具钢的成分、热处理、性能和用途见表4-16。

三、特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢。特殊性能钢的种类

很多，常用的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

不锈钢、耐热钢、耐磨钢的牌号由“数字+合金元素符号+数字”

组成。前一组数字是以碳WcW0.03%或0.08%时，睥号前分别冠以“00”

与“0”。如3Crl3表示碳的质量分数仅40.3%,格的质量分数WR%

13%的不锈钢；00Crl9Nill表示碳的平均质量分数WcW0.03%、倍的

质量分数低产19%、银的质量分数WN产11%的不锈钢,0Cr!9Ni9表

示WcW0.08%、WCr^l9%>WN产9%的不锈钢。另外，当Wsi^l.5%,

WMn*2%时,牌号中不予标出。

1.不锈钢

不锈钢是用来抵抗大气腐蚀或抵抗酸、碱、盐等化学介质腐蚀的

钢,

（1）性能及化学成分

Cr是最重要的合金元素，且平均铭的质量分数至少为10.5%,它能提

高钢基体的电极电位，使钢呈单一的铁素体组织。Cr在氧化性介质中

生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。

（2）热处理

常用的不锈钢按化学成分可分为铭不锈钢、银铭不锈钢、镒铭不锈

钢等；按金相组织持点可分为马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体

不锈钢等。

1）铁素体不锈钢〔属于铭不锈钢）加热时没有组织转变，为单相铁

素体组织，故不能用热处理强化，通常在退火状态下使用。这类不锈

钢抗大气与酸的能力强，耐蚀性、高温抗氧化性、塑性和焊接性好。

2）奥氏体不锈钢（属于银格不锈钢）具有单用奥氏体组织、很好

的耐腐蚀性、耐热性、优良的抗氧化性和较高的力学性能，室温及低

温韧性、塑性和焊接性也是铁素体不锈钢不能比拟的，在工业上应用

最广。

奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1100C左右，然

后水淬快冷至室温，获得单相奥氏体组织。固溶强化的作用是使碳化

物完全溶入并固定在奥氏体中，可大大提高钢的耐蚀性。

3)马氏体不锈钢马氏体不锈钢随着钢中碳的质量分数的增加，钢

的强度，硬度，耐磨性提高，但耐蚀性下降，用于力学性能要求较高，

耐蚀性能要求一般的一些零件。

这类钢在锻造后需退火，以降低硬度改善切削加工性。在冲压后

也需进行退火，以消除硬化，提高塑性，便于进一步加工。

(3)用途

不锈钢在日常生活中广泛应用，也在机械、石油化工、原子能、

宇航、海洋开发、国防工业和一些尖端科学技术中广泛应用，主要用

来制造在各种腐蚀介质中工作的零件或工具，如化工装置中的各种管

道、阀门和泵，热裂解设备零件，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。

常用不锈钢的牌号、成分、热处理、力学性能及用途见表九

2耐.热钢

(1)性能及化学成分

所谓钢的耐热性是其抗氧化性和高温强度的综合概念。

(2)热处理

根据性能特点，将耐热钢分为抗氧化钢和热强钢。

1)抗氧化钢

2)热强钢

(3)用途

抗氧化钢主要用于制造各种加热炉底板、渗碳箱等长期工作在高温

下的零件，常用的有4Cr9Si2；热强钢主要用于制造在高温下有良好的

抗氧化能力并具有较高的高温强度的零件，如汽轮机叶片、大型发电

机排气阀等，常用的有15CrM。。

常用耐热钢的牌号、成分、热处理、力学性能及用途见表4-18。

3耐.磨钢

耐磨钢是指具有高耐磨性的钢利广义上也包括结构钢、工具钢、

滚动轴承钢等。

(1)性能及化学成分

（2）热处理

（3）用途

高锦钢主要用于工作过程中承受高压力、严重磨损和强烈冲击的

零件，如坦克车履带板（如图4-28所示）、挖掘机铲齿（如图4-29所

示）、破碎机鄂板和铁轨分道叉、防弹板等。

常用的耐磨钢有ZGMnl3・l、ZGMnl3-2.ZGMnl3-3>ZGMnl3-4

等。其中ZGMnl3-l主要用于低冲击件，ZGMnl3-2用于普通件、

ZGMnl3-3适用于复杂件、ZGMnl3-4适合于高冲击件。

四、小结及作业布置（5分钟）

金属材料马拉加工及砒数嗓（课时备课）

第5次课2学时

第四节铸铁的应用

本次重点：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的牌号和性能

重点

难点难点：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的应用

一、灰铸铁的应用备注：

1.灰铸铁的牌号

灰铸铁的牌号用"HT+数字”表示。其中“HT”是"灰铁"两字汉语拼音的

字首，其后的数字表示灰铸铁的最低抗拉强度.如HT100表示最低抗

拉强度为lOOMPa的灰铸铁。

2.灰铸铁的性能

（1）铸造性能：具备良好的铸造性能。

（2）减振性能：灰铸铁具有良好的减振性。

（3）减摩性能：灰铸铁具有良好的减摩性能。

（4）切削加工性能：石灰铸铁切削加工性能良好。

教学（5）缺U敏感性能：片状石墨相当于许多微小缺口，从而减小了铸

内容

件对外来缺口的敏感性，表面加工质量不高或内部组织的缺陷对铸铁

与进

程安

疲劳强度的不利影响要比对钢的影响小得多。

利非

3.灰铸铁的应用

由于灰铸铁具有以上一系列性能特点并且灰铸铁成本低，因此灰铸铁

被广泛地用来制作各种受力不大或以承受压应力为主和要求减振性好

的零件。

灰铸铁的牌号、性能及用途见表4-19

二、球墨铸铁

1牌.号

球墨铸铁的牌号用"QT+数字+数字"表示。“QT”是“球铁”两字汉

语拼音的字首，两组数字分别代表球墨铸铁的最低抗拉强度和最低断

后伸长率。

2性.能

球墨铸铁的强度塑性与韧性都大大优于灰铸铁，强度不亚于钢，屈强

比明显高于钢。

3.用途

球墨铸铁常用于制造受力复杂，强度、硬度、韧性等要求较高的机械

零件，如汽车、拖拉机或柴油机中的连杆、曲轴、凸轮轴、齿轮以及

蜗轮等。

常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表4-20

三、蠕墨铸铁的应用

1牌.号

蠕墨铸铁的牌号用"RuT+数字〃表示。"RuT〃是蠕铁两字汉语拼音及字

首，其后数字表示蠕墨铸铁的最低抗拉强度。例如，牌号RUT260表示

最低抗拉强度为260MP的蠕墨铸铁。

2性.能

3用.途

蠕墨铸铁的力学性能优于灰铸铁而低于球墨铸铁,但蠕墨铸铁在铸造

性能、导热性能等方面要比球墨铸铁好。蠕墨铸铁常用于制造机床的

立柱、柴油机的汽打盖等。

常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表4-21

四、可锻铸铁的应用

1牌.号

可锻铸铁的牌号是用“KTH+数字一数字”或"KTZ+数字一数字”表示。

2性.能

3用.途

可锻铸铁主要用于制造形状复杂,承受冲击载荷的薄壁（壁厚V25mm）

中、小型零件，如汽车、拖拉机前后轮壳，管道弯头等。

常用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途见表4-22

五、常用合金铸铁

常用的合金铸铁有耐耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

1.耐磨铸铁

不易磨损的铸铁称为耐磨铸铁。耐磨铸铁包括减磨铸铁和抗磨铸

铁两大类。

（1）减磨铸铁

减磨铸铁要求磬损小、导热性好、切削加工性好。

用于制作机床导轨和工作台，汽车的气缸和活塞环等。

（2）抗磨铸铁

抗磨铸铁是在无润滑、干摩擦条件下工作的。

耐热铸铁是指可以在高温下使用，其抗氧化或抗热生长性能符合

使用要求的铸铁。

耐热铸铁主用于制作工业加热炉附件，如炉底板、烟道挡板、废

气道、传动链构件、渗碳坨烟、交换器、反应锅压铸模等。

3,耐蚀铸铁

耐蚀铸铁不仅具有一定的力学性能，而且能耐电化学腐蚀。耐蚀

铸铁主要用于化工机械，如管道、阀门、耐酸泵、反应锅及压力容器

等。

六、小结及作业布置

金属材料与忿加工基础教嗓（课时备课）

第6次课2学时

第五节非铁金属的应用第六节硬质合金的应用

次

忙才

点

直

其重点：铝及铝合金的应用：铜及铜合金的应用：硬质合金的应用

点

隹4

难点：合金的应用

备注：

一、铝及铝合金的应用

i._L业纯铝性能及应用

2.常用铝合金

（1）变形铝合金

变形铝合金可通过压力加工制成型材，故要求合金应具有良好的塑性。

常用的变形铝合金的牌号，性能及用途见表4-24。

（2）铸造铝合金

铸造铝合金具有良好的铸造性能.塑性较差，一般只用于铸造成

形。根据主加元素的不同，铸造铝合金分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg

系和Al-Zn系四类，其中以Al-Si系应用最为广泛。

常用的铸造铝合金的牌号，性能及用途见表4-25。

二、铜及铜合金的应用

教学

内容1.工业纯铜及应用（表4-26）

与进

程安2.铜合金应用

知非

铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜和白铜（铜锲合金）。在机

械生产中普遍使用的铜合金是黄铜和青铜。

（1）普通黄铜（表4-27）

（2）特殊黄铜在铜锌合金中加入Pb、Mn、Al、Sn、Si等元素后

形成的铜合金。这些合金元素都能提高其强度。特殊黄铜代号为H+主

加元素符号+铜及合金元素含量闾。如HPb59—1,表示此=59%、

轴勺铅黄铜。

（3）铸造黄铜用表示铸铜的符号“ZCu”加上合金元素的化学

符号及含量（酚表示其牌号。

三、钛及钛合金的应用

钛及钛合金具有质量轻、强度高、耐高温和抗腐蚀等其他金属所

不具备的优异特点，是制造火箭、人造卫星、航天飞机和宇宙飞船等

航天器件的理想材料，所以有“太空金属”之称。

1.纯钛

钛的塑性好、稳定、抗氧化能力强。钛及钛合金在海水、淡水和

水蒸气中具有极高的耐蚀性。室温下，钛对酸、藏等溶液均具有极高

的稳定性。钛具有同素异构转变现象。

工业纯钛按纯爱分为三个等级，其代号为TAI、TA2、TA3oT为钛

的汉语拼音字首，序号越大纯度越低。工业纯钛常用于制造350℃以

下工作、且受力不大的零件及冲压件，如飞机骨架、发动机部件、耐

海水管道及柴油机活塞、连杆等。

2.钛合金

工业用钛合金按其退火组织可分为«钛合金、B钛合金和a+B

钛合金三大类。其代号分别以TA、TB、TC表示。

（1）a钛合金

具有良好的焊接性和铸造性、高的蠕变抗力、良好的热稳定性；

塑性较低，对热处理强化和组织类型不敏感，唯一的热处理形式是退

火。与工业纯钛相比，它具有中等的室温强度和高的热强性，长期工

作温度可达450℃。主要用于制造发动机压气机盘和叶片等。

（2）B钛合金

这类合金强度较高，塑性、冲击韧性好，适于制造形状复杂、强

度要求高的板材及零件。

（3）a+B钛合金

这类合金热强度和加工性能处于a钛和B钛之间；可通过淬火

和时效进行强化，旦塑性较好，具有综合性能好的特点。

4）低温用钛合金

钛中加入倍、锡和饴，这些元素与钛组成的合金，组织均匀，晶

格畸变和内应力很小，具有极高的低温稳定性，在低温下能保持高的

塑性、韧性。

目前，专用的低温钛合金有Ti-5Al-2.5Sn（低氧），合金的使用

温度可达-253C,用于制造宇宙匕船的液氢容器，Ti-6A1-4V（低氧）

使用温度为T96C,用于制造低温高压容器，如导弹储氢容器等。钛

合金用作高、低温条件下的结构材料具有广阔的发展前景。

第六节硬质合金的应用

一、铝钻类硬质合金的应用

它的主要成分为碳化鸨和钻。牌号为“YG+数字”，“YG”为“硬”、

“钻”两字的汉语拼音字首，数字表示钻的质量分数的百倍。如YG8

表示含钻量为8%,余量为碳化鸽的鸨钻类硬质合金。该类硬质合金韧

性好，但硬度和耐磨性较差，主要用来制作切削加工脆性材料（如铸铁、

青铜等）的刀具。

二、铝钻钛类硬质合金的应用

其主要化学成分为碳化铐、碳化钛和钻。牌号为“YT+数字”，“YT”

表示“硬”、“钛”，数字表示碳化钛的百分含量。如YT15表示碳化钛

的最为15%,余晟为碳化铛及钻的鸨钻钛类硬质合金。该类硬质合金

硬度和耐磨性高，但韧性差，适用于制造切削高韧材料的刀具。

在上述两类硬质合金中，碳化物起坚硬、耐磨作用，钻则起粘结

作用。含钻越高.强度韧性越高,而硬度、耐磨性降低。因此,含钻

量较多的鸨钛类一般多用作粗加工，而含钻量较少的则用作精加工。

三、通用硬质合金的应用

通用硬质合金又称“万能硬质合金"，以碳化钛、碳化铝为硬质

相，以合金钢作粘结剂，故其可以进行锻造、热处理、焊接和切削加

工。其代号为“YW+数字”，为“硬”、“万”，数字表示顺序

号。如YW1、YW2等。它适用于切削各种钢材，特别适于切削不锈钢、

耐热钢、高镒钢等难以加工的钢材。

四、总结及布置作业

金属材料马拉加工及砒教嗓（课时备课）

第7次课2学时

第七节金属材料选择及分析

本次

重点重点：金属材料选材的原则、方法

难点

难点：典型零件的选材

备注：

一、金属材料选材的原则、方法和步骤

（一）选材的基本原则

1.使用性原则

使用性原则是指为保证零件正常工作而具备的性能，它决定了零

件的使用价值和工作寿命，是选材时要考虑的首要原则。

2.工艺性原则

工艺性原则是选材必须考虑的问题，是指零构件在各种加工过程

中所表现出来的性能，主要包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热

处理性能切削加工性能等。

3.经济性原则

质优、价廉、寿命高，是保证产品具有竞争力的重要条件。在选

教学

内容材时应注意降低零构件的总成本，这是选材的根本性原则。

与进

程安（二）选材的方法

料非

选材时应以零构件的力学性能要求作为主要，衣据，同时兼顾其他

性能要求。

1.以要求较高综合力学性能为主时的选材

2.以疲劳强度为主时的选材

3.以抗磨损为主时的选材

（三）选材的步骤

1.分析零（构）件的工作条件、失效形式，确定零（构）件的

性能要求（包括使用性能和工艺性能）和最关键的性能指标。一般主要

考虑力学性能，必要时还应考虑物理、化学性能。

2.对同类产品进行调研，分析选材的合理性。

3.选择合适的材料，确定热处理方法或其他强化方法。

4.通过试脸，检验所选材料及热处理方法能否达到各项性能要

求。

二、典型零件的选材

(-)轴类零件

轴类零件是机械行业中重要的基础零件之一，其作用是支承传动

零件和传递转矩。

1.轴类零件的工作条件

(1)工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；

(2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；

(3)轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷；

(4)多数轴会承受一定的过载载荷。

2.轴类零件的失效形式

机械零件的失放是指零件在使用过程中由于某种原因而丧失原设

计功能，使零件失去正常工作的现象。轴类零件的失效形式主要有