常用金屬材料簡(jiǎn)介

常用金屬材料簡(jiǎn)介第1頁(yè)/共29頁(yè)常用的金屬材料有哪些？金屬材料黑色金屬有色金屬碳鋼合金鋼。。。銅合金鋁、鎂合金。。。鑄鐵第2頁(yè)/共29頁(yè)碳鋼

碳鋼指的是含碳量在2.11%以下的鐵碳合金，根據(jù)含碳量的多少可分為低碳鋼（0.1~0.25%）、中碳鋼（0.25~0.6%）和高碳鋼（0.6~1.7%）。幾種常用碳鋼的化學(xué)成分：牌號(hào)化學(xué)成分，%CSiMnCrNiCuSP不大于250.22~0.290.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035450.42~0.500.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035800.77~0.850.17~0.370.50~0.800.250.300.250.0350.035第3頁(yè)/共29頁(yè)碳鋼牌號(hào)力學(xué)性能硬度抗拉強(qiáng)度/Mpa屈服強(qiáng)度/Mpa伸長(zhǎng)率/%斷面收縮率/%25未熱處理≤170HB≥450≥275≥23≥5545熱軋鋼≤229HB退火鋼≤197HB調(diào)質(zhì)硬度HRC22~34≥600≥355≥17≥4080未熱處理≤285HB淬火硬度可≥62HRC≥1080≥930≥6≥30幾種常用碳鋼力學(xué)性能對(duì)比：隨著含碳量的增加，碳鋼的硬度和強(qiáng)度增加，塑韌性下降。第4頁(yè)/共29頁(yè)

材料的力學(xué)性能是由它的組織結(jié)構(gòu)決定的，碳鋼組織結(jié)構(gòu)隨化學(xué)成分和熱處理制度的不同而不同。

碳鋼顯微組織對(duì)比08鋼×100倍退火組織45鋼×400倍退火組織T8鋼×1000倍退火組織T8鋼×

7000倍退火組織示意圖組織硬度/HB塑性變形能力/%鐵素體（F）60~8030~50滲碳體（Fe3C）700~800極小珠光體（P）160~5005~20需要說(shuō)明的是珠光體的力學(xué)性能隨熱處理工藝的不同會(huì)有較大的差異。第5頁(yè)/共29頁(yè)什么是鐵素體、滲碳體和珠光體？為什么力學(xué)性能會(huì)有如此差異？α-Fe原子排列示意圖鐵素體就（F）是碳在α-Fe中的間隙固溶體Fe3C結(jié)構(gòu)示意圖

Fe3C是一種金屬化合物珠光體（P）實(shí)際就是鐵素體（F）和滲碳體（Fe3Ｃ）的機(jī)械混合物。第6頁(yè)/共29頁(yè)不同成分碳鋼的應(yīng)用領(lǐng)域低碳鋼強(qiáng)度、硬度較低，但有著較好的塑、韌性，冷成形性良好，常用于鈑金件。如：汽車(chē)車(chē)身、電腦主機(jī)箱、空調(diào)外殼、機(jī)械設(shè)備的外殼等。第7頁(yè)/共29頁(yè)不同成分碳鋼的應(yīng)用領(lǐng)域中碳鋼擁有較好的綜合力學(xué)性能，在碳鋼中應(yīng)用范圍最廣，適合制造機(jī)械零部件和作為建筑材料使用。第8頁(yè)/共29頁(yè)不同成分碳鋼的應(yīng)用領(lǐng)域高碳鋼擁較高的強(qiáng)度和硬度，高的彈性極限和疲勞極限，但焊接性能和冷塑性變形能力差。常用于制造對(duì)硬度和耐磨性要求較高的錘、撬棍、銷(xiāo)等，高碳鋼還曾用于制造鉆頭、絲攻、鉸刀等切削工具，但因切削效率不高，難以加工高硬度、高強(qiáng)度材料逐漸被其它材料取代。第9頁(yè)/共29頁(yè)材料的強(qiáng)度、硬度和塑韌性對(duì)切削加工性能有著怎樣的影響？材料的硬度和強(qiáng)度越高，塑性越大，其切削溫度越高，刀具越容易磨損，切削加工性越差。低碳鋼硬度低，塑韌性高，變形大，斷屑難，容易粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；中碳鋼性能適中，加工性良好；高碳鋼硬度高，塑性低，切削力大，溫度高，刀具耐用度低，加工性差。碳鋼的切削加工性能第10頁(yè)/共29頁(yè)合金鋼在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加其它合金元素就構(gòu)成了合金鋼。根據(jù)添加合金元素的多少可以將合金鋼分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）、中合金鋼（5%~10%）和高合金鋼（≥10%）。幾種常用的低合金鋼16Mn（現(xiàn)已歸入Q345）廣泛應(yīng)用于橋梁、車(chē)輛、船舶、建筑、壓力容器等。GB/T1591對(duì)Q345A的化學(xué)成分的要求如下：C≤0.20%，Mn≤1.70%，Si≤0.50%，P≤0.035%，S≤0.035%。在碳鋼中加入Mn元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：可以大幅提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，對(duì)材料的塑、韌性影響較小。但也會(huì)降低材料的焊接性和耐腐蝕性。含碳量相近的15號(hào)鋼屈服強(qiáng)度僅略大于225Mpa，而加入Mn元素后材料的屈服強(qiáng)度超過(guò)了345Mpa。第11頁(yè)/共29頁(yè)幾種常用的低合金鋼40Cr40Cr鋼是機(jī)械制造業(yè)使用最廣泛的鋼之一，可用于制造汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸、齒輪、曲軸、連桿、機(jī)床蝸桿等。化學(xué)成分如下表（與40鋼對(duì)比）：牌號(hào)化學(xué)成分/%CSiMnCrNiPSCu400.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2540Cr0.37~0.440.17~0.370.50~0.800.80~1.10≤0.030≤0.035≤0.035≤0.030碳鋼中加入Cr元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：顯著提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，同時(shí)降低塑性和韌性。通過(guò)加入Cr元素，屈服強(qiáng)度由40號(hào)鋼的335Mpa提高到了785Mpa。第12頁(yè)/共29頁(yè)幾種常用的低合金鋼35CrMo用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的各種機(jī)器中的重要零件，如軋鋼機(jī)人字齒輪、曲軸、錘桿、連桿、緊固件，汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)主軸、車(chē)軸，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)零件等?；瘜W(xué)成分如下表（與35鋼對(duì)比）：牌號(hào)化學(xué)成分/%CSiMnCrMoNiPSCu350.37~0.440.17~0.370.50~0.80≤0.25-≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2535CrMo0.32~0.400.17~0.370.40~0.700.80~1.100.15~0.25≤0.30≤0.035≤0.035≤0.30碳鋼中加入Mo元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：可以是材料的晶粒細(xì)化，并提高熱強(qiáng)性，進(jìn)而提高材料的使用溫度。

35號(hào)鋼屈服強(qiáng)度315Mpa，35CrMo的屈服強(qiáng)度為835Mpa。第13頁(yè)/共29頁(yè)幾種常用的低合金鋼20CrMnTi多用于制造齒輪化學(xué)成分如下表（與20鋼對(duì)比）：牌號(hào)化學(xué)成分/%CSiMnCrTiNiPSCu200.17~0.230.17~0.370.35~0.65≤0.25-≤0.30≤0.035≤0.035≤0.2520CrMnTi0.17~0.230.17~0.370.80~1.101.00~1.300.04~0.10≤0.30≤0.035≤0.035≤0.30碳鋼中加入Ti元素對(duì)材料力學(xué)性能的影響：可以細(xì)化晶粒，強(qiáng)化晶界，改善焊接性。

20號(hào)鋼硬度一般≤156HB，而20CrMnTi的硬度則略小于217HB；

20號(hào)鋼的屈服強(qiáng)度略大于245Mpa，而20CrMnTi的屈服強(qiáng)度則高達(dá)835MPa。第14頁(yè)/共29頁(yè)與碳鋼相比低合金鋼的切削加工性能如何？與碳鋼相比，低合金鋼通過(guò)加入Cr、Mn、Mo、Ti、Ni、Nb、W、V等合金元素，大幅提高了材料的強(qiáng)度和硬度，而塑、韌性通常會(huì)略有下降。因此，切削加工性較碳鋼要差些。第15頁(yè)/共29頁(yè)不銹鋼根據(jù)組織的狀態(tài)不銹鋼可以分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。幾種常用的不銹鋼304（0Cr18Ni9）【304L(00Cr19Ni10)】主要用于不銹鋼餐具、浴室廚房用具以及某些對(duì)抗腐蝕性能要求較高的零件。主要力學(xué)性能見(jiàn)下表：抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%斷面收縮率/%硬度/HB≥520≥205≥40≥60≤187從304不銹鋼力學(xué)性能參數(shù)來(lái)看，強(qiáng)度和硬度都不算高，有很好的塑、韌性。屈服強(qiáng)度和硬度比20號(hào)鋼還略低，抗拉強(qiáng)度也僅僅只是與45號(hào)鋼相當(dāng)。第16頁(yè)/共29頁(yè)幾種常用的不銹鋼但304不銹鋼有著很強(qiáng)的加工硬化傾向，這就意味著在進(jìn)行切削加工時(shí)實(shí)際切削力要遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度相近的45號(hào)鋼，并且這種加工硬化的特性還會(huì)加劇刀具后面的磨損。此外304含Ni量較高，這使得材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，因此該種不銹鋼的導(dǎo)熱能力較差，因此切削熱無(wú)法迅速傳導(dǎo)出去，致使刀尖溫度過(guò)高，影響刀具壽命。并且304的塑、韌性較好，容易粘刀，不容易斷屑，這些特性使得304成為一種很難加工的材料。所以為了改善304的切削加工性能，牌號(hào)為303的不銹鋼應(yīng)運(yùn)而生。303在304的基礎(chǔ)上加入了少量的S、P，顯著的提升了304的切削加工性能。但降低了材料的抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性，并大幅降低材料的沖擊韌性。第17頁(yè)/共29頁(yè)幾種常用的不銹鋼316（0Cr18Ni12Mo2）【316L（00Cr17Ni14Mo2）】在304不銹鋼的基礎(chǔ)上提高了Ni含量，并加入了約2%的Mo，大幅提升了抗氯化物腐蝕的能力，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材。410（1Cr13）

制作抗弱腐蝕介質(zhì)并承受載荷的零件，如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、螺栓、螺母等。馬氏體型不銹鋼，淬、回火后抗拉強(qiáng)度≥540MPa，屈服強(qiáng)度≥345MPa，低于300℃回火硬度可以達(dá)到338HBS。430（1Cr17）常用于熱水罐、供熱水系統(tǒng)、衛(wèi)生器具、家庭用耐用器具、自行車(chē)飛輪等。鐵素體型不銹鋼，抗拉強(qiáng)度≥450MPa，屈服強(qiáng)度≥205MPa，硬度一般≤183HB。第18頁(yè)/共29頁(yè)不銹鋼的切削加工性能不同的不銹鋼的切削性能有很大的差異：奧氏體不銹鋼雖然強(qiáng)度和硬度不高，但加工硬化嚴(yán)重，導(dǎo)熱系數(shù)低，塑、韌性好，不易斷屑，切削性能較差。馬氏體型不銹鋼一般在淬火、回火狀態(tài)下使用，淬、回火后強(qiáng)度和硬度均較高，如果在該狀態(tài)下進(jìn)行切削加工則較為困難。但如果在退火狀態(tài)下進(jìn)行加工則切削加工性能和一般的碳鋼相當(dāng)。鐵素體型的切削加工性能均會(huì)隨著含碳量的增加而變差，這點(diǎn)與碳鋼很相似?？傮w而言鐵素體不銹鋼切削加工性能較好。第19頁(yè)/共29頁(yè)鑄鐵

鑄鐵是指含碳量大于2.0%的鐵碳合金，工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。鑄鐵中還含有較多的硅（0.6%~3%）、錳、硫、磷等元素。鑄鐵按斷口顏色可以分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵?；铱阼T鐵經(jīng)球化處理可獲得球墨鑄鐵，蠕化處理可獲得蠕墨鑄鐵，白口鑄鐵經(jīng)退火處理可獲得可鍛鑄鐵。其中灰口鑄鐵和球墨鑄鐵使用最為廣泛。第20頁(yè)/共29頁(yè)灰口鑄鐵和球墨鑄鐵有什么區(qū)別？灰口鑄鐵顯微組織球墨鑄鐵顯微組織在電子顯微鏡下灰口鑄鐵中石墨的形態(tài)在電子顯微鏡下球墨鑄鐵中石墨的形態(tài)第21頁(yè)/共29頁(yè)灰口鑄鐵和球墨鑄鐵有什么區(qū)別？石墨存在形式強(qiáng)度塑性韌性脆性消振性主要用途灰口鑄鐵片狀低差差大好強(qiáng)度要求不高的零件，如各類(lèi)箱體、底座等球墨鑄鐵球狀較高較好良好較小略差強(qiáng)韌性要求高且形狀復(fù)雜的零件，如曲軸、連桿等。材料特性需要說(shuō)明的是使用鑄鐵制造的曲軸、連桿，力學(xué)性能要比使用鍛鋼鍛造成型的曲軸要差的得多，僅用于少數(shù)抵擋、小排量的微車(chē)，如五菱N系列的微車(chē)，奇瑞QQ等。第22頁(yè)/共29頁(yè)鑄鐵的強(qiáng)度和硬度大致處于什么范圍呢？牌號(hào)力學(xué)性能硬度抗拉強(qiáng)度/MpaHT100≤170HBW（鑄鐵經(jīng)高頻淬火，表面硬度可以達(dá)到HRC50~60）≥100HT250HBW180~225≥250HT350HBW220~290≥350QT350≤160HBW≥350QT500HBW150~230≥500QT600HBW190~270≥600QT900HBW280~360≥90045調(diào)質(zhì)硬度HRC20~30≥600第23頁(yè)/共29頁(yè)鑄鐵的切削加工性能如何？鑄鐵中的石墨本身的強(qiáng)度和塑性幾乎為零，石墨就像金屬基體中的孔洞和裂縫，破壞了基體的連續(xù)性，這使得鑄鐵的強(qiáng)度和硬度都較低，因此切削力較小，且斷屑容易。此外，由于石墨具有潤(rùn)滑作用，對(duì)刀具來(lái)說(shuō)是一種”潤(rùn)滑劑“，可以減少刀具的磨損，進(jìn)而提高刀具壽命。和碳鋼一樣，鑄鐵的切削加工性能會(huì)隨著強(qiáng)度和硬度的提高而下降。如：HT350的切削加工性能是要比HT100差的。第24頁(yè)/共29頁(yè)鋁合金及其切削加工性能鋁合金強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低，導(dǎo)熱性好，且鑄造鋁合金的塑性較低，因此鋁合金對(duì)刀具磨損較小，刀刃處溫度不高，切削加工性能較好，切削速度較高。但鋁合金熔點(diǎn)較低，溫度升高后塑性增大，容易粘刀，容易影響工件表