金屬工藝學(xué)8(第6章1)

第六章金屬材料(1)藥械教研室

人類文明的發(fā)展和社會的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金

不銹鋼、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小。③特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復(fù)合材料等。

§6.1概述

一、金屬材料的分類1、黑色金屬以鐵和碳為主形成的金屬叫黑色金屬

碳素鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼）合金鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼）鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵）金屬通常分為黑色金屬和有色金屬

2、有色金屬銅及銅合金（黃銅、青銅、白銅、純銅）鋁及鋁合金（純鋁、變形鋁合金、鑄造鋁合金）鈦金鈦合金軸承合金（錫基軸承合金、鉛基軸承合金、鋁基軸承合金）

二、碳鋼中的雜質(zhì)元素和合金元素的作用1、雜質(zhì)元素對鋼的影響

（1）硅和錳——有益元素作用：脫氧劑，形成MnS，固溶強(qiáng)化，減少FeO的影響。（2）硫和磷——有害元素危害：形成低熔點(diǎn)的FeS，使鋼產(chǎn)生熱脆；使鋼產(chǎn)生冷脆。

2、合金元素在鋼中的作用（1）對基本相的影響形成和金鐵素體(強(qiáng)化/固溶強(qiáng)化)形成碳化物(細(xì)化晶粒)（2）對熱處理和力學(xué)性能的影響減緩?qiáng)W氏體化過程細(xì)化晶粒提高鋼的淬透性提高鋼的回火穩(wěn)定性提高抗氧化和耐蝕能力經(jīng)常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb、Zr等。

§6.2碳素鋼

一、碳鋼的分類

1.按碳的含量分類

2.按質(zhì)量分類

3.按用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件（如齒輪、軸、螺柱、彈簧等）。（2）碳素工具鋼主要用于種類刀具、量具和模具。如絲錐、板牙、刮刀、鋸條、沖模等。（3）專用鋼包括鍋爐鋼、船用鋼、易切削鋼等。

4.按鋼液脫氧程度分類

（1）沸騰鋼（F）脫氧不完全，組織不致密，成分不均勻，性能較差。（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）脫氧完全，組織致密，成分較均勻，性能較好。（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。

1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700—1988)

表示方法：用Q、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級和脫氧方法組成。牌號Q235—D示例說明：

Q—鋼的屈服點(diǎn)“屈”字漢語拼音字頭；

235—最低屈服點(diǎn)值235MPa;

D—表示質(zhì)量等級為D級。

有時(shí)牌號后面還要分別附加下列符號：

F—沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼；

Z—鎮(zhèn)靜鋼；TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。

由于D級質(zhì)量鋼均為特殊鎮(zhèn)靜鋼，故“TZ”符號可以省略。如Q235—D—TZ可寫為Q235-D。符號“Z”有時(shí)亦可省略。二、碳素結(jié)構(gòu)鋼

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼：

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275強(qiáng)度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。

這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進(jìn)行熱處理。但對某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼板鋼筋建筑構(gòu)件螺釘鉚釘鋼橋梁

三、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

表示方法：用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，較高含錳量再加Mn。如：45鋼，碳的平均含量為萬分之四十五，即0.45%。含錳較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼要標(biāo)出Mn，例如：45Mn。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用來制造各種機(jī)器零件。

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

螺栓齒輪

曲軸彈簧

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；

10、20鋼

冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；

35、40、45、50鋼

經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機(jī)械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件；

60、65鋼

主要用來制造彈簧。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。

四、碳素工具鋼

碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.65%～1.35%之間。表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分?jǐn)?shù)的數(shù)字，較高質(zhì)量再加“A”。特級的加“E”如T8，表示平均碳含量為0.80%的碳素工具鋼。碳素工具鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼，若含硫、磷更低，則為高級優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號后標(biāo)注“A”字。例如，T12A表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

碳素工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具等。

常用碳素工具鋼：

T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具。

T9、T10、T11硬度高，韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具等。

T12、T13硬度很高，韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。碳素工具鋼使用前都要進(jìn)行熱處理。

常用碳素工具鋼：銼刀量規(guī)鉆頭

五、鑄鋼表

表示方法：ZG（1）力學(xué)性能—用最小屈服數(shù)值、最小抗拉強(qiáng)度表示

ZG200－400表示最小屈服強(qiáng)度200MPa、最小抗拉強(qiáng)度400MPa的鑄鋼。（2）化學(xué)成分—用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)和化學(xué)元素符號及含量百分?jǐn)?shù)表示。

ZG45表示平均含碳量為0.45％的鑄鋼。

鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。