常用金屬型材基本資料

1、常用金屬型材基本資料金屬型材是通過軋制、擠出、拉拔、鑄造等工藝制成的，具有一定幾何形狀、定強(qiáng)度和韌性的金屬（鐵、鋼和有色金屬等）物體，由于具有易加工、切割，節(jié)約人力和資源等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣矫?。一般把平板、圓棒、圓管，角鋼、槽鋼、工字鋼等稱為普通型材，各種橢圓形管、波紋板、C形、U形材等稱為異形材。按材料的類別，型材可分為鋼鐵型材和有色金屬型材，前者包括鑄鐵、鑄鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不鎊鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金型材等；后者是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬（如銅、鋁、錫、鉛、鋅）及其合金（黃銅、青銅、白銅、鋁合金和軸承合金等）型材。此外還有特種金屬材料型材

2、。型材的性能一般分為使用性能和工藝性能兩類。前者是指機(jī)械零件在使用條件下表現(xiàn)出來的性能，如力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等；后者則是指加工過程中在規(guī)定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能，如可鑄性、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。fJ力學(xué)性能術(shù)語比例極限：在拉伸應(yīng)力圖上，材料的應(yīng)力與變形完全為直線關(guān)系（符合虎克定律）段的應(yīng)力最髙點(diǎn)，即材料能夠承受的沒有偏離應(yīng)力-應(yīng)變比例特性時(shí)的最大應(yīng)力，一般用符號(hào)&表示，單位為MPa（N/mm2）0彈性極限：在拉伸外力消除后，不產(chǎn)生任何永久變形的條件下,材料能承受的最大應(yīng)力，一般用符號(hào)CTe表7K，單位為MPa（N/mm2)彈性模量：低于比例極限的應(yīng)力與相

3、應(yīng)應(yīng)變的比值，一般用符號(hào)作”表示，單位為MPa(N/mm2)。剪切模量：切應(yīng)力與切應(yīng)變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)切應(yīng)力與切應(yīng)變之比，一般用符號(hào)“G”表示，單位為MPa(N/mm2)。泊松比：低于材料比例極限的軸向應(yīng)力所產(chǎn)生的橫向應(yīng)變與相應(yīng)軸向應(yīng)變的負(fù)比值，一般用符號(hào)表不。最大扭矩：屈服階段之后所能承受的最大扭矩，對(duì)于無明顯屈服(連續(xù)屈服)的金屬材料，為試驗(yàn)期間的最大扭矩。沖擊韌度：是材料抵抗沖擊載荷的能力一般用外表示，單O位為J/cm2O沖擊吸收功：是指規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功。一般用Ak表示，單位為J。屈服點(diǎn)：在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，即使應(yīng)力不再增加，而試

4、樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，產(chǎn)生此現(xiàn)象的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。S3金屬材料力學(xué)性能力學(xué)性能是金屬在一定溫度條件下承受外力作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力。其主要指標(biāo)如下。1.2.1應(yīng)力和強(qiáng)度(1)應(yīng)力是試驗(yàn)期間任一時(shí)刻的作用力(F)除以試樣原始橫截面積(SO)m之商，單位為MPa(N/mm2)。正應(yīng)力：垂直于給定平面的應(yīng)力分量，有拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力之分，單位同應(yīng)力。切應(yīng)力：平行于給定平面的應(yīng)力分量，單位同應(yīng)力。軸向應(yīng)力：施加力方向上的應(yīng)力分量，單位同應(yīng)力。橫向應(yīng)力：垂直于施加力方向的應(yīng)力分量，單位同應(yīng)力。U)強(qiáng)度表示材料在外力作用下抵抗變形和破壞的極限能力，可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭

5、強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等?？估瓘?qiáng)度尺n:也叫強(qiáng)度極限，指材料在拉斷前所能承受最大應(yīng)力值，其值為拉伸試驗(yàn)到斷裂過程中的最大試驗(yàn)力除以試樣原始橫截面積。單位同應(yīng)力?？箟簭?qiáng)度指材料在壓裂前所能承受最大應(yīng)力值，其值為壓縮試驗(yàn)到壓裂過程中的最大試驗(yàn)力F除以試樣原始橫截面積，單位m同應(yīng)力。對(duì)于脆性材料，試樣壓至破壞過程中的最大壓縮應(yīng)力；對(duì)于在壓縮中不以粉碎性破裂而失效的塑性材料，則抗壓強(qiáng)度取決于規(guī)定應(yīng)變和試樣幾何形狀?？辜魪?qiáng)度指材料在剪斷前所能承受最大應(yīng)力值，單位同力?？箯潖?qiáng)度指材料在彎斷前所能承受最大應(yīng)力值，即彎曲試驗(yàn)中試樣破壞時(shí)拉伸側(cè)表面的最大正應(yīng)力，單位同應(yīng)力?？古?qiáng)度rb:指材料在扭斷前所能承受最大剪切應(yīng)

6、力值，單位同應(yīng)力。屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加時(shí)的應(yīng)力。有上屈服強(qiáng)度只和下屈服強(qiáng)度eL之分：前者是試樣發(fā)生屈服而首次下降前的最髙應(yīng)力值，后者是在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力值。非比例延伸強(qiáng)度i?非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分P:率時(shí)的應(yīng)力。使用的符號(hào)應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率，例如fpQ.2,表示規(guī)定非比例延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。2疲勞強(qiáng)度：很多機(jī)械零件在交變應(yīng)力作用下工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生斷裂，而交變應(yīng)力大小和斷裂循環(huán)次數(shù)之間有一定的關(guān)系。在實(shí)際工作中，常把循環(huán)次數(shù)達(dá)到某一數(shù)值（常用鋼材的循環(huán)基數(shù)為107,有色金屬和某些超髙強(qiáng)度鋼的循

7、環(huán)基數(shù)為108）時(shí)不發(fā)生斷裂的最髙應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。1.2.2塑性和脆性塑性表示金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的最大能力，通常以伸長(zhǎng)率A和試樣斷面收縮率Z表示。（1）伸長(zhǎng)率：指金屬材料受拉力作用斷裂時(shí)，試棒原始標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距（Lq）之比的百分率（）。短試棒求得的伸長(zhǎng)率代號(hào)為灸（試棒的標(biāo)距等于5倍直徑）；長(zhǎng)試棒求得的伸長(zhǎng)率代號(hào)為而。（試棒的標(biāo)距等于10倍直徑）。標(biāo)距是用來測(cè)定試樣應(yīng)變或長(zhǎng)度變化的試樣部分原始長(zhǎng)度。斷后伸長(zhǎng)率A:斷后標(biāo)距的殘余伸長(zhǎng)（LuLo）與原始標(biāo)距（LO）之比的百分率，對(duì)于比例試樣，若原始標(biāo)距不為5.65#（=5為平行長(zhǎng)度的原始橫截面積），符號(hào)應(yīng)附以下腳注說明所

8、使用的比例系數(shù)。例如：An.表示原始標(biāo)距（LO）為11.3的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于非比例試樣，符號(hào)A應(yīng)附以下腳注說明所使用的原始標(biāo)距，mm。例如，A8Qmm表示原始標(biāo)距（LO）為80mm的斷后伸長(zhǎng)率。斷面收縮率Z:材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積（SOSu）與原始斷面積（Sq）的百分比（）。脆性斷裂百分率斷脆性部分的面積占試樣斷總面積的百分率。塑性斷裂百分率：斷塑性部分的面積占試樣斷總面積的百分率。1-2.3硬度硬度是材料抵抗變形，特別是壓痕或劃痕形成的永久變形的能力。常用的有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）o布氏硬度HB布氏硬度有HBS或HBW兩種表示方法。HBS表示壓頭為淬

9、硬鋼球，用于測(cè)定布氏硬度值在450以下的材料，如軟鋼、灰鑄鐵和有色金屬等。HBW表示壓頭為硬質(zhì)合金，用于測(cè)定布氏硬度值在650以下的材料。布氏硬度的表示方法：HBS或HBW之前的數(shù)字為硬度值，后面按順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件：壓頭的球體直徑；試驗(yàn)載荷；試驗(yàn)載荷保持的時(shí)間（1015s不標(biāo)注）。例如170HBS10/1000/30表示用直徑10mm的鋼球，在9807N（lOOOkgf）的試驗(yàn)載荷作用下，保持30s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為170。而530HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N（750kgf）的試驗(yàn)載荷作用下，保持1015s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為530。洛氏硬度HR材料抵抗通

10、過硬質(zhì)合金或鋼球壓頭，或?qū)?yīng)某一標(biāo)尺的金剛石圓錐體壓頭施加試驗(yàn)力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量，其值沒有單位。洛氏硬度有三種：HRA（金剛石圓錐壓頭），適用范圍為2088;HRB（01.588mm鋼球壓頭），適用范圍為20100;HRC（金剛石圓錐壓頭），適用范圍為2070。維氏硬度HV材料抵抗通過金剛石正四棱錐體壓頭施加試驗(yàn)力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量單位HV=0.102X試驗(yàn)力（N）/永久壓痕的表面積（mm2）0這種方法可用于測(cè)定很薄金屬材料的表面層硬度，測(cè)量范圍為51000。例如640HV30/20表示用30kgf（294.2N）保持20s,測(cè)定的維氏硬度值為640MPa。它具有布氏、洛氏法的主

11、要優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的基本缺點(diǎn)，但不如洛氏法簡(jiǎn)便。1.2.4沖擊韌度沖擊韌度表示金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，用擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)測(cè)定。將質(zhì)量為m的擺錘提升到/u髙度，擺錘由此高度下落時(shí)將試樣沖斷，并升到如髙度，沖斷試樣所消耗的功AkJ）為Ak=?（Ai。）。金屬的沖擊初度血（J/cm2）就是沖斷試樣時(shí)在缺處單位面積所消耗的功，即ak=Ak/A（A為試樣缺處原始截面積，cm2）。-113;物理性能金屬的物理性能主要指密度、熔點(diǎn)、線脹系數(shù)、磁性和電導(dǎo)率等。表1.1些金屬的物理性能AgA1AuBeBiCdCoCrCuFeIrMgMnMoNbNiPbPtSbSnTaTiZnZr銀白銀白金黃鋼

12、灰白蒼白鋼灰灰白紅灰白銀白銀白灰白銀白鋼灰白灰白銀白銀白銀白鋼灰暗灰淡灰鋼灰蒼灰淺灰密度/(g/cm310.492.7019.321.859.88.8.7.8.7.22.6519871.747.4310.8.8.11.21.6.573445687.316.4.6.5119.37.146.49培點(diǎn)/c960.5660.210631285271.2321149218551083153924546501244262524681455327.41772630.231.2996167719103400419.1852線脹系數(shù)電導(dǎo)率!%拉抗強(qiáng)度i/MPa伸燐斷面收縮率0/%布氏硬度(HB0.1891001

13、805090250.236608011032407090250.142711404090200.115273104502一1200.1341.4520一一90.31022652050200.125262505一1250.062122002809179231100.1659520024045506575400.1181625033025557085500.065322302一1700.2573620011.512.5360.2300.9脆一一2100.0493170030601600.071123002880750.135234005004070800.2937.715459050.089171

14、504090400.1134.151000450.230141520409050.06512350450254086850.0903.438036641150.0836.422017752640.043291100一一3500.3952712017040506080350.0593.84004502030一125/n1595)id化學(xué)性能金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性，以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對(duì)力學(xué)性能的影響等。LL5J工藝性能金屬的工藝性能是指金屬的可鑄性、可鍛性、可切削性、可焊性、熱處理性等?？设T性：指金

15、屬材料能用鑄造的方法獲得合格鑄件的性能，主要包括流動(dòng)性、收縮性和偏析?？慑懶裕褐附饘俨牧显趬毫庸ぃㄥN鍛、軋制、拉伸、擠壓等）時(shí)，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。可切削性：指金屬材料被刀具切削加工后而成為合格工件的難易程度。其指標(biāo)有加工后工件的表面粗糙度、允許的切削速度以及刀具的磨損程度等。可焊性：主要是指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。它包括焊接后材料的結(jié)合性能和使用性能?？蔁崽幚硇裕褐饕?xiàng)目有淬透性、二次硬化和回火脆性等。f6l熱處理熱處理是通過對(duì)金屬加熱、保溫和冷卻，改變固態(tài)金屬的組織，以得到所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的一種工藝。它只改變材料的使用性能和工藝性能，而不改變零

16、件的形狀和尺寸。有常規(guī)熱處理和化學(xué)熱處理兩大類。1.6.1常規(guī)熱處理退火指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其目的主要是降低金屬材料的硬度，提髙塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提髙組織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。正火指將鋼材或鋼件加熱到一定溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。其目的主要是提髙低碳鋼的力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。淬火指將鋼件加熱到Ad3或Adl（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工

17、藝。常見的淬火工藝有鹽浴淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火、火焰淬火和感應(yīng)淬火等。淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性,為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等?；鼗鹬镐摷?jīng)淬硬后，再加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。其目的主要是消除鋼件在淬火時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性，并具有所需要的塑性和韌性等。調(diào)質(zhì)指將鋼材（一般是中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼）進(jìn)行淬火+高溫回火的復(fù)合熱處理工藝，可獲得回火索氏體組織。其目的主要是使鋼鐵零件獲得一定的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性、韌性。固溶處理指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快

18、速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。其目的主要是改善材料的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等。沉淀硬化指金屬在過飽和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和（或）由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導(dǎo)致硬化的一種熱處理工藝。其目的主要是獲得很髙的強(qiáng)度。時(shí)效處理指合金工件經(jīng)固溶處理、冷塑性變形或鑄造、鍛造后，放在較高溫度（或室溫）下的熱處理工藝。將工件放在較髙溫度下、處理較長(zhǎng)時(shí)間的稱為人工時(shí)效處理；在室溫或自然條件下長(zhǎng)時(shí)間存放的稱為自然時(shí)效處理。其主要目的是消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善力學(xué)性能等。振動(dòng)時(shí)效通過專業(yè)的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，使被處理的工件產(chǎn)生共振，將一定的振動(dòng)能量傳遞到工件的所有部位，使工件內(nèi)部

19、發(fā)生微觀的塑性變形，被歪曲的晶格逐漸回復(fù)平衡狀態(tài)，從而消除和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。防止工件在加工和使用過程中變形和開裂，保證工件尺寸精度的穩(wěn)定性。深冷處理指工件放在一100-200C的低溫環(huán)境中的處理方法，主要目的是促使淬火后的鋼中殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使殘留奧氏體量減到最小，提高工件的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性以及使用壽命。最常采用深冷處理的是髙碳髙鉻工具鋼和髙速工具鋼。1.6.2化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將金屬工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，滲入種或幾種元素，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。常見的化學(xué)熱處理工藝有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲鋁、滲硼等。其目的主要是提高鋼件表面的硬度、耐磨性

20、、抗蝕性、抗疲勞強(qiáng)度和抗氧化性等。氣體滲碳是指使氣體碳原子滲入到鋼表面層的過程，可使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。液體滲碳介質(zhì)以氰化鈉（NaCN）為主成分，所以既能滲碳又能氰化。固體滲碳是將工件放在填充粒狀滲碳劑的密封箱中進(jìn)行滲碳的工藝。它不需要專用設(shè)備，但周期長(zhǎng)、能耗大、勞動(dòng)條件差、滲碳質(zhì)量較難控制、難以采用直接淬火。通常只用于小批量、小零件、滲碳層要求薄的工件。碳氮共滲（氙化）是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過程，可在氣體、液體或固體中進(jìn)行。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（氣體軟氮

21、化）應(yīng)用較廣。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度；低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，主要目的是提髙鋼的耐磨性和抗咬合性。離子滲氮在低真空（2kPa）含氮?dú)夥罩?，利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝。適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、高速工具鋼和球墨鑄鐵等。117;金屬材料的交貨狀態(tài)表1.2鋼鐵材料的交貨狀態(tài)名稱說明熱軋（鍛）狀態(tài)鋼材在熱軋或鍛造后（終止溫度一般為800900*C）不再對(duì)其進(jìn)行專門熱處理，在空氣中自然冷卻后直接交貨由于表面覆蓋有一層氧化鐵皮，因而具有一定的酎蝕性,儲(chǔ)運(yùn)保管的要求不俅冷拉（軋）狀態(tài)交貨的鋼材那樣嚴(yán)格，大中型型鋼、中厗鋼板可以在露天貨場(chǎng)或經(jīng)苫蓋后存放續(xù)表熱作（軋、擠）狀態(tài)材料為熱擠壓狀態(tài)無加工硬化現(xiàn)象，其特性與軟狀態(tài)相似，但尺寸允許偏差和表面精度要求要比軟狀態(tài)低名稱冷拉（軋）狀態(tài)說經(jīng)冷拉、冷軋等冷加工成型的鋼材，不經(jīng)任何熱處理而直接交貨的狀態(tài)。由于鋼材尺寸精度商、表面質(zhì)狃好、表面粗糙度低，并有較高的力學(xué)性能，且表面沒有氧化皮,存在很大的內(nèi)應(yīng)力，極易進(jìn)受腐蝕或生銹，故一般均耑在庫(kù)房?jī)?nèi)保管，并應(yīng)注意控制庫(kù)房?jī)?nèi)的溫濕度正火狀態(tài)鋼材出廠前經(jīng)正火熱處理。由于鋼材的組織、性能均勻，因而有較商的綜合力學(xué)性能，并有