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金属材料学基础金属材料学基础 国网山西省电力科学研究院 杜晓刚 2017.5.102金属材料学基础金属的概述金属的概述金属的性能金属的性能电网中常见金属电网中常见金属常用金属检验方法常用金属检验方法实例分析实例分析3第一章 金属的概述 金属是以过渡族金属为基础的纯金属及含有金属、半金属或非金属的合金。1-1 金属的定义 51-2 1-2 金属的分类金属的分类按纯度分按纯度分纯金属纯金属合金合金 具有金属特征单一的基本不含任何杂物的物质，如铁、铜、铝等。是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。如铜和锌组成的黄铜、铁和碳组成的钢等均属于合金。按颜色分按颜色分黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁、锰、铬及其合金 除黑色金属以外的其他金属及其合金，如铜、铝、铅等。按其他方法分类按其他方法分类难熔金属难熔金属轻金属轻金属稀土金属稀土金属 一般指熔点高于1650并有一定储量的金属（钨、钽、钼、铌、铬、钒、钛、锆等）。密度小于4500千克/立方米的一类合金元素，最常见的是钛、铝、镁、钾、钙等。对应的重金属，如铅、锌、锡、镉、汞等。又称稀土元素，指元素周期表中B族中钪、钇、镧系17种元素的总称。81-3 1-3 金属的基本结构金属的基本结构 原子是组成物质的最基本单位。根据原子在物质内部的排列方式，可将固态物质分为两大类：1）晶体内部原子呈规则排列的物质。如固态金属；2）非晶体内部原子无规则排列的物质。如松香、玻璃等。金属的晶体结构：是指金属的晶体结构：是指金属材料内部的原子的排列金属材料内部的原子的排列规律。它决定着材料的显微规律。它决定着材料的显微组织特性和材料的宏观性能。组织特性和材料的宏观性能。金属中常见的晶体结构金属中常见的晶体结构铬、铬、铁、铁、钛、钨、钼、钛、钨、钼、钒、铌等钒、铌等bcc bcc 镁、锌、铍、镁、锌、铍、钛、镉等钛、镉等hcphcp铁、铝、铁、铝、铜、镍等铜、镍等fccfcc同素异构同素异构体：组成体：组成元素相同，元素相同，但结构和但结构和性质不同。性质不同。如石墨和如石墨和金刚石金刚石金属的性能物理性能化学性能机械性能第二章第二章 金属的性能金属的性能2-1 2-1 金属的物理性能金属的物理性能 金属在力、热、光、电等物理作用下所反映的特性称为金属在力、热、光、电等物理作用下所反映的特性称为金属的物理性能，其主要物理性能指标有：金属的物理性能，其主要物理性能指标有：n密度：密度：金属单位体积的质量，单位为克金属单位体积的质量，单位为克/立方厘米，用立方厘米，用表示。例表示。例如钢的密度为如钢的密度为7.85g/cm7.85g/cm3 3，铝的密度为，铝的密度为2.7g/cm32.7g/cm3 。n熔点：熔点：金属由固态转变为液态时的温度称为熔点，用金属由固态转变为液态时的温度称为熔点，用t tR R表示。不同表示。不同的金属有不同的熔点。易熔金属的金属有不同的熔点。易熔金属(如锂、镁、锡、铅等如锂、镁、锡、铅等)具有很好具有很好的塑性、铸造性和焊接性，可用于制作熔断件和焊料。难熔金属的塑性、铸造性和焊接性，可用于制作熔断件和焊料。难熔金属(如钨、钼、钽、铌、钛、锆等如钨、钼、钽、铌、钛、锆等)有很高的硬度、高温强度和耐腐有很高的硬度、高温强度和耐腐蚀性，可用来制作各种耐高温器件。蚀性，可用来制作各种耐高温器件。n比热容：比热容：c c表示单位质量的物体每升高表示单位质量的物体每升高1 1 所吸收的热量，或每降所吸收的热量，或每降低低1 1 所放出的热量，是制定材料热加工工艺规范的重要工艺参所放出的热量，是制定材料热加工工艺规范的重要工艺参数。数。n热导率：热导率：金属材料热传导速度的物理量，衡量材料导热性好坏的金属材料热传导速度的物理量，衡量材料导热性好坏的指标，用指标，用表示。表示。n热膨胀系数：热膨胀系数：金属在加热过程中发生体积增大的性能，通常以线膨胀金属在加热过程中发生体积增大的性能，通常以线膨胀系数系数a al l 做指标。做指标。n电导率（电阻率）：电导率（电阻率）：指金属和合金传导电流的能力。用电导率指金属和合金传导电流的能力。用电导率或电或电阻率阻率来表示来表示(二者互为倒数关系二者互为倒数关系)。导电性高的常见金属有银。导电性高的常见金属有银(定为定为100%)100%)，铜，铜(97%)(97%)，铝，铝(57%)(57%)等，等，铜和铝由于导电性高且价格便宜，在铜和铝由于导电性高且价格便宜，在电力工业中被大量作为导电材料使用。导电性低的材料则作为电阻元电力工业中被大量作为导电材料使用。导电性低的材料则作为电阻元件，还有导电性很微弱的锗、硅、硒等则做半导电体用。通常金属的件，还有导电性很微弱的锗、硅、硒等则做半导电体用。通常金属的导电性随温度的升高而下降导电性随温度的升高而下降。n磁导率：磁导率：磁导率是磁感应强度和磁场强度的比值，用磁导率是磁感应强度和磁场强度的比值，用表示，用来衡表示，用来衡量磁性材料磁化难易程度的指标，单位特斯拉量磁性材料磁化难易程度的指标，单位特斯拉/安培每米。安培每米。2-22-2金属的化学性能金属的化学性能 金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温条件下，抵抗各种腐蚀介质对它进行化学侵蚀的一种能力。工程结构和机械设备总在一定的环境介质中服役。环境介质对构件材料的力学性能往往有着重要的影响。有时腐蚀性很弱的介质，如水、潮湿空气也能起到很大的破坏作用。研究这方面的能力对提高材料的寿命有重大关系。耐腐蚀性能：指金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力；抗氧化性能：指金属材料抵抗高温氧化气氛腐蚀作用的能力。2-3 2-3 金属的机械性能金属的机械性能 金属材料的机械性能（也称力学性能）是指金属材料金属材料的机械性能（也称力学性能）是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、强度、抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标衡量材料性能极其重要的指标 。2024/11/4 周一 拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、压缩试验、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、压缩试验、扭转试验、剪切试验、蠕变试验、应力松弛试验、疲劳试扭转试验、剪切试验、蠕变试验、应力松弛试验、疲劳试验、断裂韧性试验、磨损试验、工艺试验、复合应力试验验、断裂韧性试验、磨损试验、工艺试验、复合应力试验等等.根据金属材料受力的状态的不同，根据金属材料受力的状态的不同，可分为静载荷受力和动可分为静载荷受力和动载荷受力两类。如：拉伸、压缩、剪切、扭曲、弯折等均载荷受力两类。如：拉伸、压缩、剪切、扭曲、弯折等均属于静载荷，而冲击则属于动载荷。属于静载荷，而冲击则属于动载荷。常用的金属力学试验方法有常用的金属力学试验方法有：金金属属材材料料的的拉拉伸伸试试验验是是应应用用最最广广泛泛的的力力学学性性能能试试验验方方法法之之一一。它它具具有有简简单单易易行行、试试样样制制备备方方便便等等特特点点。试试验验所所得得到到的的材材料料强强度度和和塑塑性性性性能能数数据据，对对于于设设计计和和选选材材、新新材材料料的的研研制制、材材料料的的采采购购和和验验收收、产产品品的的质质量量控控制制以以及及设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值。设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值。金金属属材材料料的的拉拉伸伸试试验验是是用用静静拉拉伸伸力力对对试试样样轴轴向向拉拉伸伸，测测量量力力和和相相应应的的伸伸长长，一一般般拉拉至至断断裂裂，测测定定其其力力学学性性能能指标。指标。2-3-1 2-3-1 金属材料的拉伸试验金属材料的拉伸试验液压电伺服万用材料试验机加工后的力学拉伸标样 用于金属材料弹性、强度、塑性、应变、韧性等力学指标的测量。目前在金属技术监督中多用于铁塔材料力学性能检验，螺栓强度复验，失效金属部件强度校核等。电网中常用标准：DL/T 764.4-2002输电线路铁塔及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母、GB/T 3098-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱。室温拉伸试验试件图例室温拉伸试验试件图例n试验方法试验方法一定的速度拉伸一定的速度拉伸记录伸长量记录伸长量l l与拉力与拉力F F应变：应变：=l l/l l0 0 应力：应力：=F F/A A0 0 n试验结果试验结果u拉伸曲线拉伸曲线一般拉伸试验机通常带有自动记录装置，以记录试件所受的载荷F和伸长量l=l-l0之间的关系曲线。其中l为加载后标距间的长度。这种曲线通常称为拉伸图。试样拉断的瞬间 拉断前后试样对比 OEOE：弹性段：弹性段过过E E：塑性变形：塑性变形A A点：上屈服点点：上屈服点C C点：下屈服点点：下屈服点CDCD：屈服：屈服DBDB：形变强化：形变强化B B点：抗拉强度，颈缩点：抗拉强度，颈缩K K点：断裂。断裂强度点：断裂。断裂强度 典型碳钢拉伸试验曲线图典型碳钢拉伸试验曲线图补充、完善状态量。各种拉伸曲线各种拉伸曲线 陶瓷陶瓷 铜合金铜合金 高锰钢高锰钢 钢丝钢丝 纯铜纯铜 晶态高分子晶态高分子脆性材料脆性材料：断裂前无塑性变形：断裂前无塑性变形 塑性材料塑性材料：断裂前有塑性变形：断裂前有塑性变形 塑性金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。塑性金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。断后伸长率：拉伸试验拉断后试样原始标距的伸长量与原始标距之比的百分率断后伸长率：拉伸试验拉断后试样原始标距的伸长量与原始标距之比的百分率A A。断面收缩率：拉伸试验试样拉断后，颈缩处横截面积的最大减缩量与原始截面积断面收缩率：拉伸试验试样拉断后，颈缩处横截面积的最大减缩量与原始截面积之比的百分率之比的百分率Z Z。几种材料的强度、塑性和韧性指标几种材料的强度、塑性和韧性指标材料屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率(%)断面收缩率(%)aK(J/cm2)Ag3512550/Al152040505070/Cu33.320960/Q2351953202243/45调质35065017384520CrMnTi渗碳淬回78498010507865Mn淬火回火800100083044GCr15淬火回火16672157/GCr15退火3535881045/3Cr13淬火回火5407351240291Cr18Ni9Ti固溶2065394055/拉伸试验主要标准：拉伸试验主要标准：nGB/T 228.1-2010GB/T 228.1-2010金属材料金属材料 室温拉伸试验方法室温拉伸试验方法nGB/T 4338-2006GB/T 4338-2006金属材料金属材料 高温拉伸试验方法高温拉伸试验方法nGB/T 13239-2006GB/T 13239-2006金属材料金属材料 低温拉伸试验方法低温拉伸试验方法nGB/T 2039-1997 GB/T 2039-1997 金属拉伸蠕变及持久试验方法金属拉伸蠕变及持久试验方法 金金属属的的硬硬度度是是表表示示金金属属材材料料抵抵抗抗局局部部变变形形，特特别别是是塑塑性性变变形形、压痕或划痕的能力。压痕或划痕的能力。常常用用的的金金属属硬硬度度试试验验方方法法有有：布布氏氏硬硬度度试试验验、洛洛氏氏硬硬度度试试验、维氏硬度试验和里氏硬度试验等。验、维氏硬度试验和里氏硬度试验等。金金属属材材料料的的硬硬度度与与强强度度有有一一定定的的对对应应关关系系，其其中中碳碳钢钢与与合合金金钢钢的的硬硬度度与与强强度度极极限限的的相相互互换换算算可可查查阅阅GB/T GB/T 1172117219991999黑色金属硬度及强度换算值黑色金属硬度及强度换算值。2-3-3 2-3-3 金属材料的硬度试验金属材料的硬度试验布氏硬度试验是用布氏硬度试验是用一一定直径的球体定直径的球体，以相，以相应的试验力压入试样应的试验力压入试样表面，经规定保持时表面，经规定保持时间后卸除试验力。用间后卸除试验力。用测量的测量的表面压痕直径表面压痕直径计算硬度。数据通常计算硬度。数据通常用用HBSHBS（钢球）或（钢球）或HBWHBW（硬质合金球表（硬质合金球表示）。示）。n电厂锅炉管取样布电厂锅炉管取样布氏硬度测试样品氏硬度测试样品维氏硬度试验是将相对维氏硬度试验是将相对夹角为夹角为1361360 0的的正四棱锥正四棱锥体金刚石体金刚石压头，以选定压头，以选定的试验力压入试样表面，的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除经规定保持时间后卸除试验力，用测量的压痕试验力，用测量的压痕对角线长度对角线长度计算硬度。计算硬度。数据通常用数据通常用HVHV表示。表示。里氏硬度计的检测原理：里氏硬度计的检测原理：里氏硬度计里氏硬度计的冲击装置将冲头从固定位置释放，的冲击装置将冲头从固定位置释放，冲头快速冲击在试件表面上，通过线冲头快速冲击在试件表面上，通过线圈的电磁感应测量冲头距离试件表面圈的电磁感应测量冲头距离试件表面1 1毫米处的冲击速度与反弹速度（感应毫米处的冲击速度与反弹速度（感应为冲击电压和反弹电压），里氏硬度为冲击电压和反弹电压），里氏硬度值即值即以冲头反弹速度和冲击速度之比以冲头反弹速度和冲击速度之比来表示：来表示：HL=(Vr/Vi)HL=(Vr/Vi)式中：式中：HL-HL-里氏硬里氏硬度值；度值；Vr-Vr-冲头反弹速度；冲头反弹速度；Vi-Vi-冲头冲冲头冲击速度（注：实际应用装置中是以冲击速度（注：实际应用装置中是以冲击装置中的闭合线圈感应的冲击电压击装置中的闭合线圈感应的冲击电压和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）。常用。常用HLHL表示。表示。优点：里氏硬度计的主机接收到冲击装置获得的信号进行优点：里氏硬度计的主机接收到冲击装置获得的信号进行处理、计算，然后在屏幕上直接显示出里氏硬度值，便携式处理、计算，然后在屏幕上直接显示出里氏硬度值，便携式里氏硬度计用里氏（里氏硬度计用里氏（HLHL）测量后可以转化为）测量后可以转化为：布氏（：布氏（HBHB）、）、洛氏（洛氏（HRCHRC）、维氏（）、维氏（HVHV）、肖氏（）、肖氏（HSHS）硬度。或用里氏原理）硬度。或用里氏原理直接用布氏（直接用布氏（HBHB）、洛氏（）、洛氏（HRCHRC）、维氏（）、维氏（HVHV）、里氏（）、里氏（HLHL）、）、肖氏（肖氏（HSHS）测量硬度值，同时可折算出材料的抗拉强度）测量硬度值，同时可折算出材料的抗拉强度b b，还可以将测量结果储存、直接打印输出或传送给计算机作进还可以将测量结果储存、直接打印输出或传送给计算机作进一步的数据处理。应用范围：一步的数据处理。应用范围：里氏硬度计是一种便携袖珍装里氏硬度计是一种便携袖珍装置，置，可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。缺点：受现场工件表面状况影响较大，准确性相对较低，尤缺点：受现场工件表面状况影响较大，准确性相对较低，尤其是与其它硬度换算。其是与其它硬度换算。洛氏硬度试验是在初始试洛氏硬度试验是在初始试验力及主试验力先后作用验力及主试验力先后作用下，将压头（下，将压头（金刚石圆锥金刚石圆锥或钢球或钢球）压入试样表面，）压入试样表面，经规定保持时间后卸除主经规定保持时间后卸除主试验力，用测量的残余压试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度。根痕深度增量计算硬度。根据标尺不同表征的洛氏硬据标尺不同表征的洛氏硬度有度有HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC。金金属属的的韧韧性性是是指指金金属属材材料料在在断断裂裂前前吸吸收收变变形形能能量量的的能能力力，一一般是通过冲击试验进行测定的。般是通过冲击试验进行测定的。金金属属夏夏比比缺缺口口冲冲击击试试验验是是用用规规定定高高度度的的摆摆锤锤对对处处于于简简支支梁梁状状态态的的缺缺口口试试样样进进行行一一次次击击打打，测测量量试试样样折折断断时时冲冲击击吸吸收收能量的试验。能量的试验。2-3-2-3-4 4 金属材料的冲击试验金属材料的冲击试验 试验方法：用一定尺寸和试验方法：用一定尺寸和形状的金属试样在规定类形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性。冲击功表征材料的韧性。冲击试验可用于检测电冲击试验可用于检测电网金属部件抵抗冲击破坏网金属部件抵抗冲击破坏的能力。的能力。冲击试验机n在检验材料内部结构变化、脆性破坏缺口及热加工质量方在检验材料内部结构变化、脆性破坏缺口及热加工质量方面，面，冲击试验具有比其它方法更为敏感的优点，并且方法冲击试验具有比其它方法更为敏感的优点，并且方法比较简单，所以广泛应用于生产中。比较简单，所以广泛应用于生产中。n当温度降低时，金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温当温度降低时，金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域，称为度区域，称为脆性转变温度脆性转变温度或称为韧性脆性转变温度。或称为韧性脆性转变温度。因测定方法不同有多种表示方法。因测定方法不同有多种表示方法。n在脆性转变温度区域以上，金属材料处于韧性状态，发生在脆性转变温度区域以上，金属材料处于韧性状态，发生断裂的形式主要是韧性断裂；在此温度区域以下，材料处断裂的形式主要是韧性断裂；在此温度区域以下，材料处于脆性状态，断裂主要为脆性状态。于脆性状态，断裂主要为脆性状态。n在工程应用中，为防止构件脆断，应选用脆性转变温度低在工程应用中，为防止构件脆断，应选用脆性转变温度低于构件下限工作温度的材料。于构件下限工作温度的材料。紧紧固固件件（含含螺螺栓栓、螺螺母母、螺螺钉钉和和螺螺柱柱）作作为为电电网网企企业业广广泛泛应应用用的的设设备备构构件件之之一一，其其性性能能优优劣劣对对保保障障设设备备安安全全、正正常常运运行行具具有有极极其其重重要要的的作作用用。企企业业生生产产的的各各类类紧紧固固件件必须符合国家相关标准的要求。必须符合国家相关标准的要求。2-4 2-4 紧固件机械性能紧固件机械性能国家标准紧固件机械性能标准国家标准紧固件机械性能标准GBGB系列系列uGB/T 3098.1GB/T 3098.12010 2010 紧固件机械性能紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱螺栓、螺钉和螺柱uGB/T 3098.2GB/T 3098.22000 2000 紧固件机械性能紧固件机械性能 螺母螺母 粗牙螺纹粗牙螺纹uGB/T 3098.3GB/T 3098.32000 2000 紧固件机械性能紧固件机械性能 紧定螺钉紧定螺钉uGB/T 3098.4GB/T 3098.42000 2000 紧固件机械性能紧固件机械性能 螺母螺母 细牙螺纹细牙螺纹uGB/T 3098.5GB/T 3098.52010 2010 紧固件机械性能紧固件机械性能 自攻螺钉自攻螺钉uGB/T 3098.6GB/T 3098.62010 2010 紧固件机械性能紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱不锈钢螺栓、螺钉和螺柱 uGB/T 3098.20GB/T 3098.202004 2004 紧固件机械性能紧固件机械性能 蝶形螺母蝶形螺母 保证扭矩保证扭矩uGB/T 3098.21GB/T 3098.212008 2008 紧固件机械性能紧固件机械性能 不锈钢自攻螺钉不锈钢自攻螺钉uGB/T 3098.22GB/T 3098.222009 2009 紧固件机械性能紧固件机械性能 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱第三章第三章 电网中常见金属电网中常见金属n概述概述n 电网中金属技术监督主要受监设备有：电网中金属技术监督主要受监设备有：杆塔、架构等重要金属构件，杆塔、架构等重要金属构件，电力金具，高压绝缘开关，绝缘子及套管，压力容器等。电力金具，高压绝缘开关，绝缘子及套管，压力容器等。这些设备中这些设备中所用到的材料主要是金属，金属材料的材质和性能必须符合国家标准所用到的材料主要是金属，金属材料的材质和性能必须符合国家标准和行业标准。和行业标准。n 尤其是受监督的金属材料必须经质量验收合格，应有合格证或质量尤其是受监督的金属材料必须经质量验收合格，应有合格证或质量保证书。保证书。金属材料应标明牌号、化学成分、机械性能及必要的金相、金属材料应标明牌号、化学成分、机械性能及必要的金相、热处理工艺等。热处理工艺等。电瓷材料瓷件规定部位的制造厂商标及制造年份应清电瓷材料瓷件规定部位的制造厂商标及制造年份应清晰、牢固，并应具有永久性。晰、牢固，并应具有永久性。n 受监督的金属材料若系有色金属、合金钢时，在使用前应进行受监督的金属材料若系有色金属、合金钢时，在使用前应进行光谱分光谱分析析，检测结果与设计要求相符才能使用。重要部件除进行光谱分析外，检测结果与设计要求相符才能使用。重要部件除进行光谱分析外，必要时还应进行金相及硬度抽查，符合要求才能使用。必要时还应进行金相及硬度抽查，符合要求才能使用。n目前在电网中常见的金属材料主要有：碳素结构钢，低合金高强钢，目前在电网中常见的金属材料主要有：碳素结构钢，低合金高强钢，不锈钢，铸造铝合金和铜合金等。不锈钢，铸造铝合金和铜合金等。3-1 3-1 碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢是一类含碳量约碳素结构钢是一类含碳量约0.050.050.700.70的碳素钢，个别高达的碳素钢，个别高达0.900.90。电网中主要用于铁塔承重部件，金具紧固用螺栓和螺母等机电网中主要用于铁塔承重部件，金具紧固用螺栓和螺母等机械零件。械零件。这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用Q Q数数字表示字表示 ，其中，其中“Q Q”为屈服点为屈服点“屈屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如服点数值，例如Q275Q275表示屈服点为表示屈服点为275MPa275MPa。若牌号后面标注字母若牌号后面标注字母A A、B B、C C、D D，则表示钢材质量等级不同，含，则表示钢材质量等级不同，含S S、P P的量依次降低，的量依次降低，钢材质量钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母依次提高。若在牌号后面标注字母“F F”则为沸腾钢，标注则为沸腾钢，标注“b b”为半为半镇静钢，不标注镇静钢，不标注“F F”或或“b b”者为镇静钢。例如者为镇静钢。例如Q235-A.FQ235-A.F表示屈服点表示屈服点为为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢，级沸腾钢，Q235-CQ235-C表示屈服点为表示屈服点为235MPa235MPa的的C C级镇静钢。级镇静钢。碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常下直接使用。通常Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235钢碳的含量较低，焊钢碳的含量较低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钉、螺母等零件。钉、螺母等零件。Q255Q255和和Q275Q275钢碳的质量分数稍高，强度钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。轴节、销等零件。具体化学成分和力学性能可参考标准具体化学成分和力学性能可参考标准GB/T 700-GB/T 700-20062006碳素结构钢碳素结构钢和和DL/T 764.4-2002DL/T 764.4-2002输电线路铁塔输电线路铁塔及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母。3-2 低合金高强钢 低合金高强钢，这是一类可焊接的低碳工程结构用钢。低合金高强钢，这是一类可焊接的低碳工程结构用钢。其含碳量通常小于其含碳量通常小于0.250.25，在冶炼过程中还增添一些合金，在冶炼过程中还增添一些合金元素，其合金元素总含量不超过元素，其合金元素总含量不超过5 5。加入合金元素后可加入合金元素后可明显提高钢材强度，使钢结构构件的强度、刚度、稳定性明显提高钢材强度，使钢结构构件的强度、刚度、稳定性三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负荷结构中优点更为突出，荷结构中优点更为突出，一般可比碳素结构钢节约一般可比碳素结构钢节约2020左左右用钢量。右用钢量。国家标准中规定，分为国家标准中规定，分为8 8个牌号，个牌号，Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460、Q500Q500、Q550Q550、Q620Q620、Q690Q690；由于质量不同分为；由于质量不同分为A A、B B、C C、D D、E E等级。等级。具体化学成分和力学性能可参考标准具体化学成分和力学性能可参考标准GB/T 1591-2008GB/T 1591-2008低低合金高强度结构钢合金高强度结构钢，主要变化是增加了，主要变化是增加了Q500Q500、Q550Q550、Q620Q620、Q690Q690的强度级别，取消了的强度级别，取消了Q295Q295强度级别。强度级别。n不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的统称。它们化学成分上的共同不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的统称。它们化学成分上的共同特点一般是含有特点一般是含有1212以上的以上的CrCr的以铁为基的合金。的以铁为基的合金。不锈钢的研不锈钢的研究开发近年来取得了重大进展，出现了化学成分和性能上有独究开发近年来取得了重大进展，出现了化学成分和性能上有独特之处且工业上已获得应用的一些钢种。特之处且工业上已获得应用的一些钢种。n电网金具，拉杆，夹具电网金具，拉杆，夹具很多采用的都是不锈钢。很多采用的都是不锈钢。3-3 不锈钢不锈钢按照基体金相组织基本分5类：na)a)马氏体不锈钢：马氏体不锈钢：含含CrCr量量12121818，高温得到单相，高温得到单相，。如，。如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、1Cr17Ni21Cr17Ni2等；等；nb)b)铁素体不锈钢：铁素体不锈钢：加热、冷却时没有加热、冷却时没有转变，有转变，有Cr13Cr13型、型、Cr16-Cr16-1919型和型和Cr25-28Cr25-28型三类。如型三类。如0Cr130Cr13、Cr17Ti,Cr25TiCr17Ti,Cr25Ti等；等；nc)c)奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢：应用最为广泛，约占不锈钢总产量的应用最为广泛，约占不锈钢总产量的2/32/3，典型成，典型成分为分为1818-Cr8%Ni,-Cr8%Ni,其特点是利用铬、镍的配合来获得单相奥氏体并提其特点是利用铬、镍的配合来获得单相奥氏体并提高耐蚀性。如高耐蚀性。如0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等；等；nd)d)铁素体铁素体-奥氏体不锈钢（双相不锈钢）：奥氏体不锈钢（双相不锈钢）：目前精选成分为目前精选成分为181826 26 CrCr、4 47%Ni7%Ni。如。如AISI329AISI329、3RE603RE60等等ne)e)奥氏体奥氏体-马氏体型沉淀硬化不锈钢：马氏体型沉淀硬化不锈钢：属超高强度不锈钢。如属超高强度不锈钢。如17177PH7PH、AM350AM350等。等。l0Cr18Ni9钢是一种含碳量超低的奥氏体不锈钢，不但具有良好的耐蚀性钢是一种含碳量超低的奥氏体不锈钢，不但具有良好的耐蚀性还具有一定的抗晶间腐蚀能力。该钢的焊接性能也较好，焊后不需要热还具有一定的抗晶间腐蚀能力。该钢的焊接性能也较好，焊后不需要热处理。塑性和低温韧性也很好，并能抛光。处理。塑性和低温韧性也很好，并能抛光。1.1.用途：用途：用于制造要求耐腐蚀的设备零部件，并可用作耐酸容器及设备用于制造要求耐腐蚀的设备零部件，并可用作耐酸容器及设备衬里，输送管道等设备和零件。衬里，输送管道等设备和零件。这类材料即使在苛刻条件下焊接和使用，这类材料即使在苛刻条件下焊接和使用，也没有产生晶间腐蚀的危险。可应用于石油、化工、纺织、轻工、核能也没有产生晶间腐蚀的危险。可应用于石油、化工、纺织、轻工、核能等工业中要求焊接的容器、塔、槽、管道等。等工业中要求焊接的容器、塔、槽、管道等。2.2.化学成分（）：化学成分（）：C C：0.060.06；SiSi：1.001.00；MnMn：2.002.00；S S：0.0300.030；P P：0.0350.035；CrCr：17.0017.0019.0019.00；NiNi：8.008.0011.0011.00。3 3.化学性能：这类钢中含化学性能：这类钢中含C C量降到量降到0.100.10以下，即使较长时间敏化处理以下，即使较长时间敏化处理（或焊接），由于没有或仅有少量铬碳化物的沉淀，在腐蚀介质作用下，（或焊接），由于没有或仅有少量铬碳化物的沉淀，在腐蚀介质作用下，也不会再出现晶间腐蚀。在不同浓度和不同温度的一些有机酸和无机酸也不会再出现晶间腐蚀。在不同浓度和不同温度的一些有机酸和无机酸中，尤其在氧化性介质中都有良好的耐蚀性能。中，尤其在氧化性介质中都有良好的耐蚀性能。3-3-2 3-3-2 几种常见不锈钢几种常见不锈钢n1Cr17Ni2钢属于马氏体型钢，经淬火至低温回火后，具有高的强度、韧钢属于马氏体型钢，经淬火至低温回火后，具有高的强度、韧性和耐腐蚀性能，可以用各种方法进行焊接。性和耐腐蚀性能，可以用各种方法进行焊接。另外还具有良好的切削性另外还具有良好的切削性能、冷冲压性能及品抛光性能。为控制钢中能、冷冲压性能及品抛光性能。为控制钢中a a铁素体含量，以免引起力铁素体含量，以免引起力学性能降低，应控制钢的铬、镍含量，即铬控制在学性能降低，应控制钢的铬、镍含量，即铬控制在10101717，镍控制，镍控制在在2 22.52.5。该钢经淬火回火后在。该钢经淬火回火后在400400以下使用。以下使用。n1.1.用途：用于高强度和高耐腐蚀性的零部件，如要求耐蚀的叶片、叶轮、用途：用于高强度和高耐腐蚀性的零部件，如要求耐蚀的叶片、叶轮、主轴、高中压阀杆及紧固件。主轴、高中压阀杆及紧固件。n2.2.化学成分（）：化学成分（）：C C：0.110.110.170.17；SiSi：0.800.80；MnMn：0.800.80；S S：0.0300.030；P P：0.0350.035；CrCr：16.0016.0018.0018.00；NiNi：1.501.502.502.50。n3.3.力学性能：力学性能：95095010501050油冷，油冷，275275350 350 空冷回火；空冷回火；R Rm m1100MPa1100MPa；A A1010；a ak k 50J/cm50J/cm2 2；HB(HB(退火退火)285)285。n4.4.化学性能：在化学性能：在800800以下空气介质中，具有稳定的抗氧化性能。不同以下空气介质中，具有稳定的抗氧化性能。不同介质条件下（酸性、碱性）的耐腐蚀性能高。介质条件下（酸性、碱性）的耐腐蚀性能高。3-4 3-4 铸造铝合金铸造铝合金 铸造铝合金的合金元素添加量比变形铸造铝合金的合金元素添加量比变形AlAl合金多，约合金多，约为为8-25%8-25%。常加。常加SiSi、MgMg、MnMn、CuCu、ZnZn、NiNi、ReRe等。等。铸造铸造铝合金广泛应用于电网各种金具中。铝合金广泛应用于电网各种金具中。1 1）Al-SiAl-Si合金合金典型合金：典型合金：ZL102ZL102：SiSi：10-13%10-13%；特点：由于存在大量特点：由于存在大量Al-SiAl-Si共晶体而具有很好的流动性共晶体而具有很好的流动性（铸造性能好）。合金的抗蚀性和焊接性较好。但由于（铸造性能好）。合金的抗蚀性和焊接性较好。但由于硬硬SiSi质点而难以机械加工。一般工业合金为亚共晶和共质点而难以机械加工。一般工业合金为亚共晶和共晶成分，需进行变质处理（晶成分，需进行变质处理（NaNa盐）以细化组织。盐）以细化组织。变质处理变质处理170-220 MPa170-220 MPa。在。在Al-SiAl-Si系中加入系中加入MgMg和和CuCu可使强可使强度明显提高。通过度明显提高。通过Mg,SiMg,Si的沉淀作用产生较大的时效强的沉淀作用产生较大的时效强化，化，在飞机和汽车工业中有广泛应用。在飞机和汽车工业中有广泛应用。2）Al-Cu合金 Al-CuAl-Cu系合金具有高的强度和耐热性，系合金具有高的强度和耐热性，Cu4%Cu4%，加入，加入过渡族元素可进一步提高耐热性。可以进行固溶、时过渡族元素可进一步提高耐热性。可以进行固溶、时效强化，但抗蚀性、铸造性能不如效强化，但抗蚀性、铸造性能不如Al-SiAl-Si合金。合金。可用于制备叶轮、静叶片。例如用于柴油机活塞可用于制备叶轮、静叶片。例如用于柴油机活塞和飞机发动机气冷汽缸头的和飞机发动机气冷汽缸头的242242合金（合金（Al-4Cu-2Ni-Al-4Cu-2Ni-1.5Mg1.5Mg）。加入）。加入ReRe元素能使耐热性有进一步提高。元素能使耐热性有进一步提高。3）Al-Mg合金nAl-MgAl-Mg系铸造铝合金具有高的拉伸性能、抗蚀性和良好的切系铸造铝合金具有高的拉伸性能、抗蚀性和良好的切削加工性，但其铸造性能、热强度较差。削加工性，但其铸造性能、热强度较差。n铸造铝合金的发展向着高强、耐高温以及耐磨等方向发展。铸造铝合金的发展向着高强、耐高温以及耐磨等方向发展。提高原材料纯度，复杂合金化，改进热处理工艺，采用优提高原材料纯度，复杂合金化，改进热处理工艺，采用优质熔铸技术均为提高铸造铝合金性能的重要手段。质熔铸技术均为提高铸造铝合金性能的重要手段。具体牌号和技术要求参见具体牌号和技术要求参见GB/T 1173-1995GB/T 1173-1995铸造铝合铸造铝合金金。3-5 3-5 铜合金铜合金n铜是人类最早使用的金属。纯铜的导电、导热性能仅次于铜是人类最早使用的金属。纯铜的导电、导热性能仅次于AgAg（AgAg、CuCu、AlAl、MgMg、ZnZn、NiNi）；密度）；密度8.94g/cm38.94g/cm3，熔点熔点1083;1083;为为fccfcc结构，无同素异构转变。结构，无同素异构转变。n纯铜通常呈紫红色，故称紫铜。纯铜通常呈紫红色，故称紫铜。紫铜具有好的导电、导热、紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上制备导电、导热和耐蚀等器材。只能冷加工硬化，工业上制备导电、导热和耐蚀等器材。只能冷加工硬化，bmaxbmax：400400450 MPa450 MPa。为改善铜的性能，有时须添加某。为改善铜的性能，有时须添加某些其它微量元素。些其它微量元素。n无氧铜及脱氧铜所有杂质及微量元素均不同程度地降低无氧铜及脱氧铜所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。铜的导电性和导热性。n固溶于铜对于铜的导电性和导热性降低较多，而呈第二固溶于铜对于铜的导电性和导热性降低较多，而呈第二相析出则对铜的导电性和导热性降低较少。相析出则对铜的导电性和导热性降低较少。n铜合金分类：铜合金分类：黄铜：黄铜：Cu-ZnCu-Zn为基的铜合金；为基的铜合金；n 白铜：白铜：Cu-NiCu-Ni为基的铜合金为基的铜合金;n 青铜：除黄铜、白铜以外的铜合金。青铜：除黄铜、白铜以外的铜合金。n具体牌号和技术要求参见具体牌号和技术要求参见 GB/T 20078-2