金屬工藝學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)展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志?，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。

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，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。

§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，固溶強化，減少FeO的影響。（2）硫和磷——有害元素危害：形成低熔點的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(強化/固溶強化)形成碳化物(細化晶粒)（2）對熱處理和力學性能的影響減緩奧氏體化過程細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“屈”字漢語拼音字頭；

235—最低屈服點值235MPa;

D—表示質(zhì)量等級為D級。

有時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，不再進行熱處理。但對某些零件，也可以進行正火、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數(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)量分數(shù)在0.65%～1.35%之間。表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分數(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，在鋼號后標注“A”字。例如，T12A表示碳質(zhì)量分數(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）力學性能—用最小屈服數(shù)值、最小抗拉強度表示

ZG200－400表示最小屈服強度200MPa、最小抗拉強度400MPa的鑄鋼。（2）化學成分—用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)和化學元素符號及含量百分數(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雜，需要一定強度、塑性和韌性的零件，例如機車車輛、船舶、重型機械的齒輪、軸，以及軋輥、機座、缸體、外殼、閥體等。