材料學(xué)基礎(chǔ)知識

1、&1金屬材料的性能為了更好的選用金屬材料，首先要了解它的性能。金屬材料的性能包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能等。對于一般常用金屬來說，以上性能中以力學(xué)性能最為重要。因此，重點(diǎn)介紹力學(xué)性能。金屬材料的機(jī)械性能零件或工具在使用過程中往往會受到不同性質(zhì)的外力（或稱載荷）的作用。如起重機(jī)上的鋼絲繩，受到懸吊物件拉力的作用;千斤頂?shù)捻敆U，受到重物壓力的作用;起重機(jī)大梁受到彎力的作用;連接兩塊鋼板的鉚釘，受到剪刀的作用;卷揚(yáng)機(jī)中的傳動軸，受到扭力的作用;這種拉力、壓力、彎力、剪力、扭力等分別使金屬材料引起拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等變形，如圖1-1-1所示。拉立壓力剪力%扭力彎力圖1-1-1幾

2、種外力的作用這些外力作用的結(jié)果，對金屬材料有一定的破壞性。因此要求金屬材料必須具有抵抗外力作用而不致發(fā)生變形或破壞的能力，這就是機(jī)械性能或稱力學(xué)性能。機(jī)械性能主要包括強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、硬度等。1.1.1強(qiáng)度和塑性起重機(jī)鋼絲繩在懸吊物件時受到拉力作用。懸吊的物件越重，鋼絲繩受到的拉力就越大。當(dāng)懸吊物件超過一定重量時，鋼絲繩就會逐漸變形伸長，假使懸吊物太重，鋼絲繩便吃不住這樣大的拉力而斷裂。金屬材料的這種在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力叫作強(qiáng)度。根據(jù)外力性質(zhì)的不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度等。一般抗拉強(qiáng)度應(yīng)用比較廣泛（因抗拉強(qiáng)度都和其他強(qiáng)度有一定關(guān)系）?？估瓘?qiáng)

3、度是通過拉伸試驗(yàn)測定的。它是一定形狀與尺寸的試樣（圖1-1-2）裝夾在拉力試驗(yàn)機(jī)上，然后逐漸施加拉力，隨著拉力的增大，試樣逐漸變形伸長直至拉斷。在拉伸過程中試驗(yàn)機(jī)自動記錄了每一瞬間的拉力與變形的關(guān)系曲線，即拉伸曲線（圖1-1-3）。當(dāng)載荷不超過Pe時，拉伸曲線中OE是直線，即變形與外力成正比，此時只產(chǎn)生彈性變形，就是說，外力去除變形便立即消失，試樣恢復(fù)原長。所以Pe稱為彈性極限載荷。當(dāng)載荷增加超過Pe時，拉伸曲線出現(xiàn)明顯彎曲，此時發(fā)生塑性變形，就是說，外力去除后試樣也不會恢復(fù)原來長度（即產(chǎn)生永久變形）。當(dāng)載荷增加到Ps時，雖然外力維持不變，但試樣的變形（伸長）仍不斷增加（拉伸曲線趨于水平），這

4、種現(xiàn)象叫作屈服，引起試樣發(fā)生屈服的載荷Ps叫作屈服載荷，S點(diǎn)叫作屈服點(diǎn)。當(dāng)載荷繼續(xù)增加時，變形急劇增大（拉伸曲線又再上升），在達(dá)到某一最大值Pb時，試樣的局部截面產(chǎn)生縮頸，這時拉力減小，變形很快增大，直到試樣被拉斷。圖1-1-2拉伸試樣惟力圖1-1-3拉伸曲線當(dāng)金屬材料受外力作用時，在其內(nèi)部也產(chǎn)生抵抗力。在試樣橫截面上，單位面積上的抵抗力稱為應(yīng)力：o=P/F（1-1）式中o應(yīng)力（MPa）;P外力（N）;F橫截面面積（mm2）。對應(yīng)于彈性極限載荷Pe時的應(yīng)力oe=Pe/Fo，稱為彈性極限（F0試樣原來的橫截面面積）。對應(yīng)于屈服載荷Ps時的應(yīng)力os=Ps/F,稱為屈服點(diǎn)。為了確定各種材料的屈服極限

5、，工程上規(guī)定產(chǎn)生殘余（塑性）變形等于一定值（通常為0.2%）時的應(yīng)力稱為“條件屈服強(qiáng)度”，以o0.2表示。對應(yīng)于最大載荷Ps時的應(yīng)力ob=Pb/F0，稱為抗拉強(qiáng)度。上述的os和ob是衡量金屬材料力學(xué)性能的兩個很重要指標(biāo)，二者具有實(shí)際意義。因?yàn)樵诠ぷ鲿r不允許產(chǎn)生塑性變形的零件，必須根據(jù)os來計(jì)算出其尺寸;而在工作時不允許斷裂的零件，可以根據(jù)ob來計(jì)算出其尺寸;同樣利用這些特性可以來校核現(xiàn)有的零件尺寸是否安全。以上說明了通過拉伸試驗(yàn)可以確定金屬材料的強(qiáng)度。下面介紹通過該試驗(yàn)還可以確定塑性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們很熟悉這種現(xiàn)象：低碳的鐵絲使用時可以任意彎折而不易折斷;而高碳且經(jīng)熱處理的鋸條一折彎就要斷。

6、可見這兩種材料在變形方面的性能是不同的。金屬材料的這種在外力作用下破壞前產(chǎn)生變形的能力稱為塑性。因?yàn)榻饘俨牧显诶鞎r長度和橫斷面積都要變化，因此，塑性指標(biāo)是以伸長率8和斷面收縮率來表示的。=xlOO%（1-2）FxlOO%（1-3）式中L0和L試樣原長和拉斷時長度；F0和F試樣原斷面積和拉斷時斷面積。塑性也是金屬材料很重要的性能。由于某些金屬材料具有塑性，可以用較大的變形量軋制、鍛造或沖壓使其成形;另外，金屬材料的塑性低，也就是脆性大，因此在受拉力的情況下，幾乎不給我們?nèi)魏斡嵦枺ㄈ顼@著的伸長，或出現(xiàn)縮頸）就突然斷裂了。所以不能用脆性材料的鑄鐵來制作承受沖擊的零件（如彈簧等）。112硬度“硬”和

7、“軟”是相對來講的，例如，用鋸鋸工件時，材料軟，容易鋸斷，硬則不容易鋸斷。金屬材料的這種抵抗堅(jiān)硬物體壓入而引起塑性變形的能力稱為硬度。常用的硬度指標(biāo)有以下三種：（1）布氏硬度HB用一定壓力P（如30000N）把一定大?。ㄖ睆紻為10mm）的淬硬鋼球壓在金屬材料表面上（圖1-1-4）,然后根據(jù)壓成的球面壓痕直徑d的大小就可確定布氏硬度值（一般可在硬度表上查得）。顯然，金屬材料越硬，壓痕的直徑越小，布氏硬度越大。圖1-1-4布氏硬度試驗(yàn)圖1-1-5洛氏硬度試驗(yàn)布氏硬度測量主要用來測量硬度不超過HB450的較軟金屬材料（退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、有色金屬）以及組織不均勻的鑄鐵的硬度，因鋼球本身存在變形問題

8、，故它不適于測量HB450的金屬材料的硬度。因壓痕較大，不適合檢查成品。（2）洛氏硬度HRCHRC是洛氏硬度的一種，它的測量方法與布氏硬度相似，不過它所采用的壓頭不是淬硬鋼球而是頂角120。的圓錐形金剛石（圖1-1-5）,加的壓力P也較小（150kgf）。根據(jù)壓痕深度確定洛氏硬度值。該值在硬度試驗(yàn)機(jī)上直接讀出。顯然，金屬越硬，壓痕的深度越小，洛氏硬度就越大。HRC用于測量HB=230700的金屬（如淬火鋼）的硬度。HRC和HB可以查表換算，一般HB-10HRC。洛氏硬度測量主要優(yōu)點(diǎn)是：快速，而且壓痕小，對零件破壞性小，克服了HB的缺點(diǎn)；缺點(diǎn)是：各國洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)有差別，不便于比較和使用各國數(shù)據(jù)。

9、（3）維氏硬度HVHV是采用高硬度的金剛石四角錐壓頭和小的載荷來測量金屬的硬度。HV的意義基本上和HB相同，它也是表示壓痕單位面積上所能抵抗的壓力，因此，HV和HB可以互相轉(zhuǎn)換，凡金屬硬度在HB300以下時，HV-HB；在HB300以上時，由于布氏硬度測量時鋼球變形，所以HB稍低于HV。由于HV測量時所加載荷小，壓入深度淺，所以專用來測量薄而硬的零件的硬度（如滲碳層、氮化層、氰化層）以及小零件（如儀表絲錐、鉆頭）的硬度。缺點(diǎn)是：操作較麻煩，故生產(chǎn)上少用。在以上介紹的幾種硬度中，以HB尤其是HRC最常用。由于在生產(chǎn)中測定硬度比較方便，而且硬度與強(qiáng)度有一定的關(guān)系例如，對于低碳鋼，ob=036HB;

10、對于高碳鋼ob0.34HB;對于合金調(diào)質(zhì)鋼，ob0.325HB;對于鑄鐵，ob1/6（HB-40）o因此在零件技術(shù)條件中常標(biāo)注硬度，熱處理質(zhì)量檢查時主要是指硬度。另外，有時根據(jù)金屬材料的硬度可以選用金屬材料。比如，有些切削刀具、量具就要求一定的硬度，這樣才能在使用中不致很快磨鈍、磨損；即使一般的結(jié)構(gòu)材料，對硬度也都有所要求。關(guān)于幾種硬度之間的換算，見表1-1-1。表1-1-1洛氏、布氏、維氏硬度換算表洛氏硬度布氏硬度維氏硬度洛氏硬度布氏硬度維氏硬度HRCHRAHBHVHRCHRAHBHV(70)(86.6)(1037)4573.2423438(69)(86.1)(997)4472.641342

11、0(68)(85.1)(959)4372.24414416785.09234271.63913996684.48894171.73803886583.98504070.53703776483.38253970.03603676382.8795383503576282.276637341347續(xù)表洛氏硬度布氏硬度維氏硬度洛氏硬度布氏硬度維氏硬度6181.7730363323386081.2713353233295980.6688343143205880.1664333063125779.5642322983045679.0620312912965578.5599302832895477.9579

12、292762815377.4561282692745276.9543272632685176.3(501)525262572615075.8(488)509252512554975.3(474)493242452404874.7(461)478232402434774.2449463222342374673.743644921229231沖擊韌度上面介紹的測定強(qiáng)度和硬度的方法是屬于靜力試驗(yàn)。這里將介紹測定金屬材料另一種重要性能沖擊韌度的動力試驗(yàn)。不少機(jī)器零件在工作時都或多或少地受到一些沖擊力的作用。例如，行駛著的汽車的板彈簧，內(nèi)燃機(jī)工作時的連桿。金屬材料這種抵抗沖擊力破壞的能力叫作沖擊韌度。試

13、匸刁神擊力圖1-1-6沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)一般在沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。如果沖斷金屬材料試樣（圖1-1-6）需要的能量越大，則該金屬的沖擊韌度就越好，因此可以用沖擊試樣時單位面積所需要的能量來表示它的沖擊韌度。通常以符號aK來表示：式中Ak沖斷試樣時需要的能量J）;F試樣沖斷處的斷面積（cm2）。1.1.4疲勞強(qiáng)度大多數(shù)機(jī)械零件（如機(jī)床主軸、齒輪）是在重復(fù)或變換（交變）載荷作用下工作的。金屬材料在重復(fù)或變換載荷作用下，經(jīng)過很長時間而逐漸破裂的現(xiàn)象叫作“疲勞”。該載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)值遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限毎。金屬材料在破壞前也不發(fā)生永久變形。金屬材料能夠經(jīng)受多次重復(fù)或變換載荷卻不會因“疲勞”而破裂的最大應(yīng)力稱為疲

14、勞強(qiáng)度極限或稱疲勞強(qiáng)度。金屬材料的物理、化學(xué)性能物理性能主要指的是密度（一個物體的重量與同等體積水的重量之比值）、熔點(diǎn)（從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化時的溫度）、導(dǎo)電性（傳導(dǎo)電的性能）、導(dǎo)熱性（傳導(dǎo)熱的性能）、熱膨脹性（溫度升高時產(chǎn)生的體積脹大現(xiàn)象）等。化學(xué)性能主要指的是耐腐蝕性和耐熱性。金屬材料的工藝性能金屬材料通常經(jīng)過鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、切削加工等方法制成機(jī)械零件。標(biāo)志金屬材料經(jīng)受這些加工方法的能力稱為工藝性能。在設(shè)計(jì)零件和選擇工藝方法時，都要考慮金屬材料的工藝性能。（1）鑄造性能鑄造性能好主要是指流動性好，收縮和產(chǎn)生偏析（化學(xué)成分的不均勻）的傾向小。（2）可鍛性可鍛性好是指金屬材料的塑性好及鍛壓

15、時所需外力小，即容易鍛壓。（3）可焊性可焊性好是指金屬材料在接合處不產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜等缺陷，同時焊接接頭具有一定的機(jī)械性能。（4）熱物理性能詳見本節(jié)“三、金屬材料（鋼）熱處理”內(nèi)容。（5）切削性切削性好是指金屬材料在被切削時消耗動力小、刀具壽命長及加工表面光潔等。常用金屬材料性能及特點(diǎn)1.4.1碳素鋼碳素鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼兩類。碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩種;碳素工具鋼又可分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級碳素工具鋼兩種。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼內(nèi)部所含雜質(zhì)較多，所以質(zhì)量差些，價格低廉。這種鋼可分為三類。1）甲類鋼國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，出廠材料只保證機(jī)械性能，而不保證化學(xué)成分。

16、代號以A表示，其牌號有：AO、A1、A2.A7，數(shù)字表示強(qiáng)度增長的順序。鋼的牌號順序數(shù)字愈大，表示強(qiáng)度愈大，而塑性則愈低。這類鋼用途較廣，主要用來制造不太重要的機(jī)器零件，如軸、螺釘、螺栓、螺母等，或制成各種型材，如角鋼、槽鋼等。力學(xué)性能及應(yīng)用，見表1-4-1。表1-4-1甲類鋼的力學(xué)性能及應(yīng)用牌號力學(xué)性能應(yīng)用舉例抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)os(MPa)伸長率（%）ob/MPa1組2組3組8s5bA1AF3204003328受輕載荷的機(jī)件，如鉚釘、墊片、外殼等A2A2F3404202202001903126受力不大的鉚釘、螺釘、軸焊接件或滲碳零件等A3AF3804702402002202202102622螺

17、栓、螺釘、螺母、拉桿、軸和焊接件等A4AF4205202602502402420拉桿、軸和機(jī)械中一般零件A55006202802702602016重要的盤桿、軸、銷、齒輪A66007203103003001612承受較大載荷的齒輪和軸鍵或牙嵌離合器等A7700108冋上，制造強(qiáng)度大的耐用性零件注：屈服強(qiáng)度os按鋼材尺寸分組，見GB7001988。2）乙類鋼國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，出廠材料只保證化學(xué)成分，而不保證力學(xué)性能。代號以B表示，其牌號有：BO、B1、B2.B7,數(shù)字表示含碳量增長的順序。這類鋼主要用來制造不重要的受熱影響的機(jī)器零件或加熱鍛造的金屬構(gòu)件，如加熱爐上的軸、螺釘和經(jīng)鍛造的地腳螺栓等。因?yàn)?/p>

18、這類鋼經(jīng)加熱或鍛造，使其力學(xué)性能發(fā)生了變化，致使加熱前的力學(xué)性能失去了意義，所以這類鋼是按化學(xué)成分供應(yīng)的，可以進(jìn)行熱處理。其化學(xué)成分見表1-4-2。表1-4-2乙類鋼的化學(xué)成分鋼號化學(xué)成分（）牌號CSiMnPS不大于（或）BBF0.230.0700.060BB1F0.060.120.120.300.250.500.0450.0550.05B2B2F0.090.150.120.300.070.250.500.0450.055續(xù)表鋼號化學(xué)成分（）牌號CSiMnPS不大于（或）B3B3F0.140.220.120.300.070.450.500.300.600.0450.055B4F0.180.27

19、0.120.307活塞銷、齒輪、凸輪、凸輪軸、小軸20Cr800106齒輪、凸輪、活塞銷、小軸、蝸桿、頂桿20MnZB100087中等載荷變速箱齒輪、離合器、主軸20MnVB110097可代替合金鋼滲碳齒輪或其他滲碳零件20CrMnTi1100107高速大載荷齒輪、螺旋傘齒輪、蝸輪22CrMnMo1100108主軸、曲軸、連桿、大型拖拉機(jī)終傳齒輪3）合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量在0.30%0.50%之間，主要加入的合金元素有鎢、鎳、錳、鉬、硅、硼等。這類鋼經(jīng)凋質(zhì)處理（淬火后高溫回火）后，具有良好的綜合力學(xué)性能，即同時具有高的強(qiáng)度和良好的韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼常用來制造承受較大載荷的機(jī)器零件，如齒輪軸

20、、連桿、蝸桿、齒輪等。常用的鋼號有40Cr、80CrMnSi,40CrNiMo、30CrMnTi等。合金調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能和用途，見表1-4-6。表1-4-6合金調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能及用途牌號力學(xué)性能用途obos5(%)(%)aK/(x105J/m2)MPa45Mn90075010456軸、螺栓、蝸桿40Cr10008009456軸、螺栓、連桿、齒輪、蝸桿35CrMo100085012458中速重載咼疲勞極限主軸、連桿、曲軸30CrMnSi110090010455高壓鼓風(fēng)機(jī)葉片、飛機(jī)重要零件40MnVB105085010457代替40Cr30CrMnTi145013009456汽車、拖拉機(jī)主動傘齒輪

21、4）合金彈簧鋼合金彈簧鋼的含碳量在0.5%0.7%之間，主要加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩等。這類鋼經(jīng)熱處理（淬火后中溫回火）后，具有很高的彈性、高的疲勞強(qiáng)度和足夠的韌性。合金彈簧鋼主要用來制造力學(xué)性能要求高、受力大、截面積大的彈簧，如汽車、拖拉機(jī)板彈簧、螺旋彈簧和測力彈簧等。常用的鋼號有65Mn、60Si2Mn等。合金彈簧鋼的力學(xué)性能及用途，見表1-4-7。表1-4-7常用合金彈簧鋼的力學(xué)性能和用途鋼號力學(xué)性能用途obo0.25(%)(%)MPa65Mn1000800830用于截面小于25mm2的各類彈簧60Si2M于截面小于25mm2的汽車板彈簧以及測力彈簧60S

22、i2MnA16001400526用于汽車、拖拉機(jī)的板彈簧和高應(yīng)力工作的重要彈簧50CrVA130011001045用于較大應(yīng)力的各類彈簧5）滾動軸承鋼滾動軸承鋼的含碳量一般在0.95%1.10%之間，主要加入的合金元素有鉻，其次有適量的硅和錳。這類鋼經(jīng)熱處理（淬火后低溫回火）后，可得到很高的硬度、高的耐磨性、高的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，它主要用來制造滾動軸承的內(nèi)外環(huán)、滾珠和滾柱。常用的滾動軸承鋼有：用來制造1020mm的滾珠的GCr9鋼;制作壁厚小于20mm的內(nèi)外環(huán)和直徑小于50mm鋼球的用鋼，如GCr15、GSiMnV、GMnMoVRe等。（2）合金工具鋼合金工具鋼具有較高的硬度和耐磨性、足夠的

23、韌性，熱處理變形小和具有耐高溫性能，常用來制造重要的刃具、量具和模具等。按用途的不同，合金工具鋼可分為以下幾種：刃具鋼刃具鋼主要是用來制造車刀、銃刀、鉆頭等切削工具的。當(dāng)切削刀具在切削金屬時，刀具受到工作的壓力，刃部與切屑之間發(fā)生摩擦力。因此刃具鋼必須具有高的硬度，一般應(yīng)在HRC60以上;要有足夠的強(qiáng)度、韌性和高的耐磨性;還要有較高的熱硬性，即高溫硬度。刃具鋼的含碳量一般在0.8%1.5%之間，主要加入的合金元素有鉻、錳、鎢、硅、鉬、釩等。按合金元素的含量，刃具鋼可分為低合金工具鋼、高速鋼和硬質(zhì)合金三種。低合金工具鋼所加入合金元素總含量一般不超過3%5%,在低速切削的條件下，切削速度V=121

24、5m/min,主要用來制造絲錐、板牙、鉸刀和一些冷沖模等。常用低合金工具鋼的牌號有9CrSi、CrWMn、CrMn、9Mn2V等。9CrSi可以用來制作板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板、冷沖模等;CrWMn、CrMn用來制作長絲錐、長鉸刀、拉刀、量具等;9Mn2V用來制作樣板量規(guī)、中小型模具、精密絲桿、絲錐板牙等。咼速鋼咼速鋼是一種咼合金工具鋼，主要合金兀素有鎢、鉬、鉻、釩等。咼速鋼經(jīng)適當(dāng)熱處理后，可獲得良好的切削金屬的性能，又稱鋒鋼。它比低合金工具鋼具有更高的切削速度(V=3040m/min)和熱硬性(耐熱溫度600650C,HRC6265)。常用的牌號有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。硬質(zhì)

25、合金硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC)與粘結(jié)劑(鉆)混合、加壓成形后燒結(jié)而成的一種合金。硬質(zhì)合金的耐熱溫度可達(dá)8501000C，硬度HRA8793,耐磨性好，作切削刀具切削速度可達(dá)V=200m/min。硬質(zhì)合金有三類：鎢鉆類硬質(zhì)合金主要用來切削鑄鐵和有色金屬，其牌號有YG3、YG6、YG8等;鎢鉆鈦類硬質(zhì)合金主要用來切削碳鋼和合金鋼，其牌號有YT5、YT15、YT30等;鎢鉆鉭鈦類硬質(zhì)合金具有上述兩類的綜合力學(xué)性能，它既可切削鑄鐵、有色金屬，還可切削碳鋼，其牌號有YA9、YW2、YW10等。量具鋼量具鋼主要用來制造卡尺、卡規(guī)、樣板等。這類鋼具有較

26、咼的硬度和耐磨性，還有熱處理變形小，使用過程中尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)。量具鋼含碳量在0.9%1.5%之間，主要合金元素有鉻、鎢、錳等。這些合金元素不但可以提咼鋼的熱處理硬度層，還可以減少熱處理的變形和達(dá)到尺寸穩(wěn)定性的要求。其牌號有CrMn、CrWMn、9Mn2V等。模具鋼模具鋼是用來制造鍛模、沖模和壓模的。根據(jù)模具工作條件之不同，模具鋼又分為冷壓模具鋼和熱壓模具鋼兩種。冷壓模具鋼具有高的硬度和耐磨性，足夠的韌性和熱處理變形小的特點(diǎn)，尺寸大的模具熱處理后也有足夠的硬度層。常用的牌號有T8A、T10A，形狀復(fù)雜的用CrWMn、9Mn2V，大尺寸低變形的用Cr12和Cr12MoV等。熱壓模具鋼具有高的高溫強(qiáng)

27、度(400500C),足夠的韌性、耐磨性、抗疲勞和抗氧化等特性。常用的牌號有T7、5CrMnMo、5SiMnMoV;大型的復(fù)雜鍛模用5CrNiMo;熱擠壓模、壓鑄模用3Cr2W8V等。特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼。這類鋼包括不銹耐酸鋼、耐熱鋼、電熱合金、低溫用鋼、耐磨鋼和電工用鋼等。不銹鋼耐酸鋼簡稱不銹鋼。它在空氣、酸、堿、溶液或其他介質(zhì)中，具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，并因生銹量少、生銹速度慢而得名。常用不銹鋼主要有鉻鋼和鉻鎳鋼，在此基礎(chǔ)上根據(jù)性能的要求，加入適當(dāng)?shù)钠渌辖鹪兀珏i、鉬、硅、鈦、鉆、銅等。常用的牌號有1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18

28、Ni9Ti等。主要用途如汽輪機(jī)葉片、醫(yī)療器械、酸類容器、酸類輸送管道等。耐熱鋼耐熱鋼是指在具有高溫條件下不被氧化并保持高強(qiáng)度性能的鋼。這類鋼中加入鉻、硅、鋁等合金元素，可以提高鋼的抗氧化能力;而加入鎢、鉬、釩等合金元素，可以提高鋼的高溫強(qiáng)度。常用的耐熱鋼的牌號有15CrMo、40Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、15A3MoWTi等。這類鋼主要用來制造高壓鍋爐、汽輪機(jī)葉片、熱處理爐金屬構(gòu)件、內(nèi)燃機(jī)排汽閥等。耐磨鋼耐磨鋼主要用來制造拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)的鏟斗、破碎機(jī)的牙搓板、球磨機(jī)的襯板、鐵道道岔等，要求能承受強(qiáng)烈的沖擊，并有很高的耐磨性。這種鋼含碳量一般在0.9%1.3%之間，含錳量在11%1

29、4%之間。由于具有加工硬化的特點(diǎn)，所以很難對其進(jìn)行加工，一般采用鑄造成形。常用的耐磨鋼的牌號有ZGM13。這種鋼經(jīng)水韌處理后，硬度并不高(HB180220)，但它有加工硬化的特點(diǎn)，當(dāng)它受到壓力或沖擊時很快就產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，硬度可達(dá)HB450550,因此具有很高的耐磨性。所謂水韌處理也是一種熱處理(淬火)操作，其方法是把鋼加熱至10001100C，保溫一段時間，然后迅速地把鋼浸淬于水中冷卻的方法。鑄鐵鑄鐵是用鑄造的方法將各種生鐵配制而成的鐵碳合金，其含碳量大于2%。工業(yè)上常用的鑄鐵含碳量在2.5%4%之間，還有較多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。由于含碳量較多，這就大大降低了鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性，同時卻

30、使它的熔點(diǎn)下降，使它具有良好的流動性和較小的收縮率，從而易于進(jìn)行鑄造，再加上切削性能好，生產(chǎn)方便、價格低廉，所以應(yīng)用廣泛，是機(jī)器制造上必不可少的金屬材料。鑄鐵之所以具有上面所說的優(yōu)越性，除了因?yàn)樗暮剂枯^高以外，還因其硅含量較高(1%3%)，使得其中的碳大部分以游離的石墨狀態(tài)存在。由于石墨本身具有潤滑作用，因而使鑄鐵具有良好的減磨性和切削性能。根據(jù)鑄鐵中石墨形狀之不同，鑄鐵有下面幾種：白口鑄鐵白口鑄鐵的碳全部以化合物Fe3C形態(tài)存在，斷口呈銀白色，所以叫白口鑄鐵。白口鑄鐵的硬度很高(HB450),脆性大，很難加工，因此工業(yè)上很少直接用它來制造機(jī)器零件，只有軋輥、拉絲模、球磨機(jī)襯墊等零件，或可

31、鍛鑄鐵毛胚件用白口鑄鐵?；铱阼T鐵灰口鑄鐵中的碳大部分或全部以片狀石墨形式存在，斷口呈灰色，所以稱灰口鑄鐵?；铱阼T鐵中的片狀石墨對基體有割裂作用，破壞了基體的連續(xù)性。又因石墨強(qiáng)度極低，片狀石墨近似于基體上的“微裂縫”，當(dāng)鑄鐵受到拉力或沖擊作用時，就容易從這些微裂縫的尖端引起破壞。灰口鑄鐵抗拉強(qiáng)度小、塑性差、不能進(jìn)行壓力加工。但由于硬度低、性質(zhì)軟故易于切削加工。而熔點(diǎn)低、流動性好、冷卻凝固時收縮量小，又使其具有優(yōu)良的鑄造性能。所以灰口鑄鐵應(yīng)用廣泛，常用灰口鑄鐵制造大型機(jī)器機(jī)身、箱體或其他受力較小的零件，如手輪、蓋等，其牌號、力學(xué)性能和用途，見表1-4-8。表1-4-8灰口鑄鐵的力學(xué)性能及用途牌號抗

32、拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度硬度用途obobbobcHBMPaHT10-26100260500143229低載荷不重要的零件，如蓋、罩、手輪、重錘等HT15-33150330650163229承受中等載荷的零件，如立柱、底座、齒輪箱等HT20-40200400750172241承受較大應(yīng)力的重要零件，如汽缸、飛輪、活塞軸承座、油桿等HT25-472504701000170241HT30-403004001100187255承受較咼變曲應(yīng)力的零件，如連桿聯(lián)軸器、熱壓模座等HT35-61350610120197269HT40-68400680207269(3)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是將白口鑄鐵進(jìn)行長時間的高度

33、石墨化退火，從而獲得絮狀石墨的一種鑄鐵。由于石墨呈絮狀，大大減輕了石墨對基體的割裂作用，所以它的強(qiáng)度、韌性和塑性都比灰口鑄鐵高。可鍛鑄鐵也不能鍛造，這個名稱只是表明了它比灰口鑄鐵具有較高的韌性和塑性。可鍛鑄鐵主要是用來制造一些形狀復(fù)雜又要經(jīng)受振動的薄壁零件，如汽車、拖拉機(jī)的后橋殼或搖臂等。常用可鍛鑄鐵的牌號、性能及用途，見表1-4-9。表1-4-9可鍛鑄鐵的力學(xué)性能及用途牌號力學(xué)性能用途obos5(%)HBMPaKT30-63006120163用于汽車、拖拉機(jī)零件，如后橋殼、輪殼、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)殼體、KT33-33308120163彈簧板支座以及各種管接頭等KT35-1035010120163KT3

34、7-1237012120163KTZ45-54502805152219曲桿、連桿、齒輪、凸輪軸搖臂、活塞環(huán)等KTZ50-45003404179241KTZ60-36004203201269KTZ70-27005502240270球墨鑄鐵球墨鑄鐵是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵材料，它是在澆鑄前在鐵水中加入一定量的鎂、鈣及稀土元素作為球化劑，使鑄鐵中的石墨呈球狀，這種經(jīng)過球化處理的鑄鐵叫作球墨鑄鐵。球墨鑄鐵中的碳大部分或全部以球狀石墨形態(tài)存在，由于球狀石墨對基體的割裂作用小，所以球墨鑄鐵具有優(yōu)良的力學(xué)性能、切削性能和鑄造性能，生產(chǎn)工藝簡便、成本低廉，應(yīng)用十分廣泛。常用的牌號、性能和用途，

35、見表1-4-10。表1-4-10球墨鑄鐵的力學(xué)性能及作用牌號力學(xué)性能用途obos5(%)aK/(x105J/m2)HBMPaQT45-0450360187255柴油機(jī)曲軸、凸輪軸、水泵軸、齒輪、活塞QT45-1.54503801.51.5187255環(huán)、汽車后橋、閥門、軸座、千斤頂座、球磨QT60-26004202.01.5197269機(jī)等機(jī)件QT45-54503305.02.0170207QT40-1040030010.03.0156197有色金屬有色金屬有許多與鋼鐵不同的特點(diǎn)，如鎂和鋁及其合金重量輕;銅和銀及其合金導(dǎo)電性好;鎢、鉬、鈮、鉭及其合金能耐高溫等。有色金屬的種類很多，在金屬材料中

36、占有很重要的地位。它不僅是制造各種合金所必需的合金元素，而且由于許多有色金屬及其合金具有重量輕、耐熱、耐蝕和具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電等一些特殊的物理性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)必不可少的金屬材料。下面將重點(diǎn)介紹工業(yè)中應(yīng)用較多的銅、鋁、鎂、鈦、鋁及其合金的性能、用途和牌號等。銅及其合金銅是人類歷史上應(yīng)用最早的金屬之一，用來制作兵器、祭器、酒器和生活器具?，F(xiàn)代人主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱元件和耐蝕器具。純銅(Cu)純銅呈玫瑰紅色，表面形成氧化膜后外觀顯紫紅色，所以又叫紫銅。它具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕性能，并有良好的塑性，易于壓力加工，常用冷壓成絲的方法制造導(dǎo)線、電纜、銅管等。純銅用電解方法制得，所以又叫電解銅。純銅

37、的性能、用途、牌號，見表1-4-11。表1-4-11純銅的牌號、成分和用途名稱牌號主要成分()用途舉例CuMn純一號銅T199.95用于導(dǎo)電材料、高純度合金材料銅二號銅T299.90三號銅T399.70一般用銅線，以及墊圈、鉚釘、油管等四號銅T499.95無一號無氧銅TU199.97真空儀器、儀表零件氧二號無氧銅TU299.95銅磷脫氧銅TUPTUMn99.50.010.04汽油、氣體管道、冷凝器、電子管材料錳脫氧銅99.60.10.3黃銅(Cu-Zn)銅和鋅的合金、呈黃色，故稱黃銅。黃銅具有良好的力學(xué)性能和耐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等物理性能。與純銅相比，還具有價格便宜，色澤美麗等特點(diǎn)。黃銅的顏色隨含

38、鋅量的增加，由深黃逐漸變?yōu)榈S。黃銅按成分和用途的不同，可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。(A)普通黃銅僅由銅鋅組成的黃銅稱為普通黃銅，也叫鋅黃銅。它具有較好的力學(xué)性能和工藝性能，可以制造各種要求塑性大、耐蝕的結(jié)構(gòu)零件。代號用H表示，后面的數(shù)字表示含銅量，其牌號、成分、性能和用途，見表1-4-12。表1-4-12普通黃銅牌號、力學(xué)性能及用途牌號力學(xué)性能用途ob/MPa6(%)HBH803205253用于鍍層及裝飾品，金屬網(wǎng)材料H7032055彈殼、冷凝器或其他零件H623304956彈簧、螺釘或各種金屬網(wǎng)H5939044用于熱壓熱軋零件(B)特殊黃銅在普通黃銅中再加入錫、鎳、錳、鉛、硅、鋁、鐵等元

39、素，就成為特殊黃銅。加入這些元素的目的，在于提高黃銅的強(qiáng)度，其中錫、錳、硅、鋁還能提高普通黃銅的耐腐蝕性和耐磨性。特殊黃銅可分為壓力加工黃銅和鑄造用黃銅兩種，前者加入合金元素較少，以保證在壓力加工時有足夠的變形能力;后者加入合金元素較多，不要求有很高的塑性，只是為了提高強(qiáng)度和鑄造性能。常用的特殊黃銅的牌號、性能和用途，見表1-4-13。表1-4-13特殊黃銅牌號、力學(xué)性能及用途HPb59-1軟的4004590具有良好的切削性能，適于熱沖壓及用切削加工方法制造的零件硬的65016140HA159-3-2軟的3805075在常溫下要求高強(qiáng)度的零件和化學(xué)性能穩(wěn)定的零件硬的65015155ZHSi80

40、-3-3砂型250785具有良好減磨性、適于軸承襯套等零件金屬型3001595ZHA17-25砂型3001280用于一般耐腐蝕性零件金屬型40015903）青銅青銅就是銅和錫的合金，也是人類歷史上應(yīng)用最早的銅合金。它具有比黃銅高的力學(xué)性能、高的耐磨性、耐蝕性和鑄造性能：古代遺留下來的古劍、鐘鼎就是用青銅制成的。青銅一般含錫量在3%14%之間，并含有少量的鋅、鉛、磷、鎳等元素。青銅按照性能和用途的不同，可分為鑄造青銅和壓力加工青銅兩類，代號用Q表示，其牌號、性能和用途，見表1-4-14。表1-4-14常用青銅牌號、性能及用途分類牌號1力學(xué)性能用途ob/MPa5(%)HB鑄造錫青銅ZQSn10-1

41、220380重要用途的軸承、齒輪、軸套等減磨零件200590ZQSn6-6-3100860減磨零件，如汽車、拖拉機(jī)用的軸承、軸套等2001065壓錫力青加銅工QSn4-33004060彈簧、配管件和化工配件QSn4-4-2.5300350354560汽車、拖拉機(jī)用的軸承、軸套、襯墊QSn6.5-0.435045060707090彈簧和耐磨零件無錫青銅ZQA19-440010100重要的耐磨耐蝕零件，如軸套、齒輪等50012110ZQPb3060425大功率汽車、拖拉機(jī)軸承QSi3-1350400506080彈簧和彈性零件以及耐蝕零件（2）鋁及鋁合金鋁及鋁合金是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的一類金屬結(jié)構(gòu)

42、材料。1）純鋁純鋁是一種白色的輕金屬，它的重量輕、熔點(diǎn)低，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好（僅次于銀和銅），抗大氣腐蝕能力強(qiáng)，塑性好。缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低。純鋁分高純鋁和工業(yè)純鋁兩類。高純鋁的純度在99.999%以上，主要用于科學(xué)試驗(yàn)、電子工業(yè)和化學(xué)工業(yè);工業(yè)純鋁的純度在98.9%以上，主要用于電纜電線的線芯和保護(hù)套管、電容器殼以及設(shè)備標(biāo)牌等。代號用L來表示，高純鋁的牌號有L01、L02.L04等;工業(yè)純鋁的牌號有L1、L2.L7等。數(shù)字愈小，純度愈高。純鋁強(qiáng)度較低，不能用來制造機(jī)器結(jié)構(gòu)零件。2）鋁合金在工業(yè)純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、錳等元素即為鋁合金。鋁合金則有較高的強(qiáng)度、相當(dāng)好的塑性及良好的耐蝕能力。按照鋁合金的成分變化和性能的不同，可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。(A)變形鋁合金變形鋁合金有較好的塑性，適于進(jìn)行冷的和熱的壓力加工。變形鋁合金又可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁等，其中硬鋁應(yīng)用較多，常用來制造精密機(jī)器的結(jié)構(gòu)零件，如繩輪、皮帶輪、齒輪、導(dǎo)軌等。其牌號、性能和用途，見表1-4-15。表1-4-15常用變形鋁牌號、性能及用途分類牌號力學(xué)性能用途obos5(%)HBMPa防LF21130502030塑性高、