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常见金属材料基础知识金属材料基础, 生铁, 华阳, 铸铁常见金属材料基础知识（华阳恩赛有限公司）0 1 l1 x/ q8 i# R6 u目 录7 w* H5 a% H0 J+ H2 $ S前 言.47 $ Q! |. V7 C; z第一章 概述. 51 P# x) 9 b3 m0 j0 M第二章 金属材料. 73 o n! k- q3 L& g* H: p第一讲 黑色金属. 7( N7 k+ v! m9 |第一节 铁及其分类. 72 * Z s# b0 2 A1.生铁. 8- o: z x/ u8 n5 d5 U1 W% p F2.铸铁. 9! z, x: D- I( CN: 8 H$ R第二节 钢及其分类. 13* J! H J+ % A2 g1.按品质分类. 13% H5 n3 T9 c: s0 o2.按化学成份分类. 14d- V4 w- t6 m0 3.按成形方法分类. 149 v3 d, / k- 0 i4.按用途分类. 14; X8 p( L# g. F2 : , G, _0 r* Q5.按金相组织分类. 15 6.综合分类. 17m , l; O% M M: a% S7.按冶炼方法分类. 177 F- u3 . | T / w8.按钢材外形分类. 176 第三节 中国钢号表示方法. 18+ g9 G. |3 O3 T! d1.中国钢号表示方法概述. 184 2.中国钢号表示方法的分类说明. 183 q& K9 ? T- z第四节 板材知识. 26+ 1.钢板（包括带钢）的分类. 26/ O:2.硅钢片牌号表示方法. 27 M: G5 B( H/ n9 Q1 , Y) F3.电镀锡板和热镀锌板. 27& O1 z! x8 K/ j4.沸腾钢板与镇静钢板. 296 m, k P& : ) i, 5.优质碳素结构钢板. 30 |9 z1 y# f% t+ 0 j6 f6.专用结构钢板. 308 C5 |; w$ x# O/ i% Y7.彩色涂层钢板. 31# k e; I9 H7 x4 l. g9 g8.船体用结构钢. 315 : J, W$ f ! D9.宝钢1550 冷轧产品牌号命名方法. 31 o1 Z& Z% v8 v第五节 型材知识. 321 R9 m f( Z: ?; q2 o/ q0 _( c1.型材的分类. 32& 0 I0 . b0 S2 U7 t/ Y- h) V2.型钢中大、中、小型的划分. 33) X; 0 C6 i3.热轧带肋钢筋. 34& M5 n+ z$ q; c4.热轧H型钢. 353 Q6 9 L( W4 X, 4 g5.冷弯型钢. 37 E# e: Q( p Q$ K3 b _0 B第六节 管材知识. 36# p R2 W2 e. A1.管材的分类. 2.无缝钢管. 363 J+ C! k, JT- L5 . C3.焊接钢管. 37! B; x Q( I1 N) g- B) S* G6 w第七节 不锈钢知识. 37, Yp+ E, K6 k8 G3 1.不锈钢热轧钢. 376 ; R2 ?0 uj2 V2.不锈钢冷轧钢板. 38# k/ e4 X% h7 8 3.各种不锈钢的特性和用途. 39; h9 w: p) D$ p+ y- F6 1 o4.世界各国不锈钢标准钢号对照表. 398 q l# j+ z! H3 _7 N第二讲 有色金属材料（非黑色金属）. 427 s:第一节 有色金属概述. 426 t6 C$ Z9 E9 f1.有色金属分类. 42& |+ |8 K7 l/ 2 u5 q$ n2.有色金属产品牌号表示方法. 43+ u6 $ a! S) ) p. a9 O# q3 t- m第二节 铜及铜合金. 46* 8 t. A4 K* T. $ u2 u1.纯铜. 465 Z2.铜合金. 46$ J S; k: p p : U3.铜材. 493 A$ 8 a9 % S第三节 铝及铝合金. 52- + r7 R+ H. p4 P* k. q7 t0 C) u1.纯铝产品. 52; ; G; a6 % B& E3 E& X( B2.压力加工铝合金. 53* Br3.铝材. 54& 4.铸造铝合金. 54( B/ S0 ?( i7 t u% |5.高强度铝合金. 55+ T9 g% Q4 r/ U5 L$ s5 q+ S6 B第三章 金属腐蚀基础. 56% U6第一讲 金属腐蚀概述. 56, sc7 I6 z9 3 g: B8 第一节 金属腐蚀的分类. 56% UQ3 E, i. H5 p- l9 v第二节 金属腐蚀的形态. 56/ 4 h* - 7 i% R1 Y7 q1.全面（均匀）腐蚀. 571 z/ K9 a* ) P2.孔蚀. 570 t+ e5 i6 H6 R( R3.缝隙腐蚀.) d0 v$ v5 A4 u( C0 W6 z4.脱层腐蚀. 59! tL5.晶间腐蚀. 596 , I$ A b6.选择性腐蚀. 60( q8 P5 a1 _& O7.磨损腐蚀. 606 V) u- F G/ 3 m0 _8.应力腐蚀破裂. 9.氢腐蚀. 620 N d! n10.腐蚀疲劳. 63# w! Y& M# o3 K第二讲 黑色金属及其合金耐蚀性. 646 j N1 b8 B) X第一节 碳钢和普通铸铁的耐蚀性. 64, L& t f$ 3 x7 9 V$ U1 N, _# _: i1.耐蚀性能. 648 O9 q( . N1 |5 d2.影响耐蚀性的因素. 646 m. A+ |: WL* 3 _& o- n第二节 耐蚀合金铸铁. 64# | $ B9 I( g) f/ n( 第三节 耐蚀低合金钢. 65) W1 K* e6 i9 X, p8 S9 A4 A f7 S第四节 不锈钢的耐蚀性. 65* B$ F& P. E3 G/ I1.铬13 不锈钢. 650 w: I w( i2.铬17 不锈钢. 663 b1 n! q$ y d! d2 D3.铬18 镍9 不锈钢. 665 d( |- v1 j* y s0 B& % z, r4.铬18 镍12 钼（钛）不锈钢. 67# x8 Q$ U1 u4 Y; V4 o5.铬20 镍2230 不锈钢20 号合金. 67( |2 j/ G1 - j) b# g第三讲 有色金属及其合金耐蚀性. 681 U第一节 铜及其合金. 683 1.纯铜. 68 m2.铜合金. 687 1 b0 S% N( F3 V3 O. ?第二节 铝及其合金. 690 |9 b8 A! q, U; r. 1.铝. 690 2.铝合金. 69/ c( N; X7 R- o第三节 钛及其合金. 69! 1.纯钛. 69p/ 2.钛合金. 702 q0第四节 镍及其合金. 703 P( z* z2 N; |6 % f5 S6 w# M1镍. 70* P% H9 O3 U& S3 n& v2.镍合金. 706 R) E3 r p8 L6 r6 x9 + L! G* F9 ?5 |# z& q常见金属材料基础知识6 B7 F2 y8 B4 I第一章 概述. K* g+ o! x& e8 w/ x在机械、工程等工业领域中，采用的材料种类及品种繁多、涉及范围及其广泛。其分类如下：铁、黑色金属、碳钢、合金钢、金属材料1、轻有色金属、有色金属、重有色金属、稀土金属、合成塑料、有机非金属材料、合成橡胶、合成纤维、树脂基复合材料、非金属材料、复合材料、金属基复合材料、非金属基复合材料、陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属材料、石磨及碳、工程材料（基本材料）、木材、水泥、混凝土等。9.1 金属组织0 P- t- H8 L: f0 V金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性，并且其导电能力随 l温度。固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固 的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分 溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。随着生产的迅速发展，特别是电子产业、航空航天技术的突飞猛进，不断地对材料的性能提出了愈来愈高的要求。而传统单一材料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方面的要求，为使各种材料之间的优点互补，获得性能更加优越的材料，人们研制出各种新型复合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能通常兼有组成材料的各种优点，有着非常广阔的发展前景。中国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅能生产100 多个钢种、400 多个品种的钢材发展到现在能生产1000 多个钢种、4 万多个品种的钢材，特别是国防工业和高精尖技术，包括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属材料。都已由国内自行研制开发成功，最大限度满足了其需要。7 m) b0 K. j% m a 金属材料性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能（机械性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。& C7 e, d3 |% R$ 1）机械性能（力学性能）：机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。% W8 f f t/ Y C% W屈服点（s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产0.2%L时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。4 k- G- r5 / C+ SX, q抗拉强度（b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米（N/mm2）表示。$ |6 a. N$ q ; g/ d o6 G延伸率（）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 * Y+ n3 Ej3 e/ w断面收缩率（）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。 V1 q4 r9 R; 硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC） 。3 K* I( h% j r G! d6 冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）. F x( ( d- o+ X9 X: L2）工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。/ m2 & y# J2 G3 Ms( J, 铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力； P& & V2偏析指化学成分不均性。g7 S b 6 Y+ 焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。预气锻性能：指金属材料能承授预锻而不破裂的性能。) Q4 r) 2 冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度（外角）或弯心直径d 对材料厚度a 的比值表示，a 愈大或d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。1 t% X3 p4 b( S$ 冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突 试验进行检验。$ Z锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。m/ 6 U$ V* q9 D5 I3）化学性能：指金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。8 o2 d% R& B) L! o1 g* h , O|耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。8 P2 o$ 9 z: E抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。) x: h+ o3 b( f第二章 金属材料8 p- P. G7 u F L$ T: w金属材料是应用最广泛的材料。从常用材料标准数据中，我们可以发现包括九大类约1200 余种常用材料，它们包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳，有色金属的棒材、线材、板材、带材及箔材、管材等9 大类。: D( e& g- d+ F第一讲 黑色金属, d* s; a& I+ R黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。习惯上把碳含量2.11%的归类于铁，碳含量2.11%的归类于钢。当铁中含C 在0.03%1.2%范围时则为钢，含C1.2%2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。& tU1 * k- _) 第一节 铁及其分类0 qS+ , w, C. i生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，也叫“铣铁”。生铁是高炉产品，可分为普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。生铁是含碳2.11%6.67%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。生铁的杂质元素主要是硅、硫、锰、磷等。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。y) z; W: Z! m: F8 G4 铁的主要矿石有：赤铁矿Fe2O3，含铁量在50%60%之间；磁铁矿Fe3O4，含铁量60%以上有磁性，还有褐铁矿2Fe2O3-3H2O、菱铁矿FeCO3和黄铁矿FeS2，它们的含铁量低一些，但比较容易冶炼。中国的铁矿资源非常丰富，著名的产地有湖北大冶、东北鞍山等。7 y- w1 a/ v$ s: S( 5 单质铁的制备一般采用冶炼法。以赤铁矿Fe2O3和磁铁矿Fe3O4为原料，与焦炭和助溶剂在熔矿炉内反应，焦炭燃烧产生CO2气，CO2气与过量的焦炭接触就生成CO 气，CO 气和氧化铁作用就生成金属铁。- Q9 E W/ B; E) c p* C+O2=CO2 CO2+C=2CO2 i) O# g8 r: E, L- wFe3O4+CO=3Fe+CO2 Fe2O3+CO=2Fe+CO2 FeO+CO=FeO+CO24 A v A- 5 W+ C% j/ S# 4 g6 另一种理解是：生铁、铁合金属于炉料，即治炼用原料。铸铁是用生铁（主要是铸造生铁）治炼后的产品。( ?- O A, E+ y C P5 t- ; o1.生铁! O8 N0 w. a- N* j, f% 生铁是含碳量大于2（2.11%）的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%4.0%，并含Si、Mn、S、P 等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）量分组，按含磷（P）量分级，按含硫（S）量分类。: n9 T: * U0 q# m: s# s4 e1 1）炼钢生铁5 F E+ e! m g; h2 O- j炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C 状存在。故硬而脆，断口呈白色。主要用作炼钢原料和可锻铸铁原料，炼钢生铁见下表所示。- j) _# h G9 Z炼钢用生铁（根据GB717-82）铁号 代号 L04 L08 L10: R6 U1 Y3 l5 1 s2 E2）铸造用生铁( l7 L* g7 X, U* $ |( |铸造生铁硅含量为1.253.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。软、易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。铸造生铁见下表所示：/ S0 m# s# m5 L1 + M+ X铸造用生铁（根据YB/T1491）A% n: x% V+ R6 i; u1 l8 Z牌号 铸34 铸30 铸26 铸22 铸18 铸14! U, d4 ( f. t4 X+ A$ c铁号+ t9 |6 k* S1 . M代号 Z34 Z30 Z26 Z22 Z18 Z14 _4 4 n 3 r5 x2 k. m; T3）球墨铸造用生铁2 q$ s- F3 M1 z5 Q! 球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：球墨铸铁用生铁（根据GB1412-85）: F! r, ?3 c8 B牌号 Q10 Q12 Q167 n; O- R) e z! z z8 f6 G0 K此外现在应用的还有含钒生铁、铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁，见下面两个表：s. d: V+ L: G4 C2 T% y0 Z含钒生铁（根据GB5025-85） v4 o+ e$ u* n4 y4 O+ L牌号 钒02 钒03 钒04 钒05 M+ A4 S; q % m铁号 7 l& o% + Dg9 1 8 w ?- y$ l代号 F02 F03 F04 F05 i3 e& % s 1 f; 5 S铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁（根据GB9949-88）) ta; ; i5 铁号 NMZ34 NMZ30 NMZ26 NMZ22 NMZ18 NMZ141 N3 ; j& o6 b$ _. r q) N* B2.铸铁+ A* M! 7 M1 z6 S0 M铸铁是含碳大于2.11%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。见下表：0 Q# S/ |& n2 石墨化进行程度 铸铁名称% ; f) A) O; 3 P g+ k f$ 第一阶段 第二阶段 第三阶段5 |/ V5 ) W8 yI% G特性及应用8 t+ X3 t+ J/ o! P6 D完全石墨化 N7 Y5 M3 6 % D& w部分石墨化 灰口铸铁，未石墨化铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这中铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造中业获得最广泛的应用。灰铸铁分级：HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。而灰铸铁中又可根据石墨的形态不同而分为普通灰铸铁、蠕虫状石黑铸铁、球黑铸铁以及可锻铸铁。球墨铸铁和蠕墨铸铁一般是用稀土镁合金对铁液进行处理，以改善石墨形态，从而得到比灰铸铁有更高机械性能的铸铁。球墨铸铁依照其基体和性能特点而分为六种：即铁素体（高韧性）球墨铸铁，珠光体（高强度）球墨铸铁，贝氏体（耐磨）球墨铸铁，奥氏体一贝氏体（耐磨）球墨铸铁，马氏体一奥氏体（抗磨）球墨铸铁及奥氏体（耐热、耐蚀）球墨铸铁。蠕墨铸铁具有不同比例的珠光体铁素体基体组织。铸铁性能与其石墨的蠕化程度（蠕化率）及基体有关。在石墨蠕化良好条件下，珠光体蠕墨铸铁的强度和硬度较高，耐磨性强。适于制造耐磨零件，如汽车的刹车鼓等。而铁素体蠕墨铸铁的导热性较好，在高温作用下，不存在珠光体分解问题，组织较稳定，适用于制造在高温下工作、需要有良好的抗热疲劳能力、导热性的零件，如内燃机汽缸盖、进排气管等。4 _+ E9 o! O6 m) Y# M7 I, x麻口铸铁 部分石墨化 白口铸铁 未石墨化可锻铸铁是将白口铸铁通过固态石墨化热处理（包括有或无脱碳过程）得到的具有团絮状石墨的铁碳合金。采用不同的热处理方法，可以得到具有不同组织和性能的可锻铸铁，即黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。当将白口铸铁毛坯件在密封的退火炉中进行热处理，即在中性炉气条件下退火时，得到的铸铁组织中有呈团絮状的石墨（退火碳）存在。这种石墨虽不很圆整和紧密，但它对基体的割裂作用则比灰铸铁中的片状石墨要小得多，因此它能使铸铁得到较高的强度及良好的韧性。铸铁的基体可以通过热处理来加以控制。使之成为铁素体或珠光体。用这种方法得到的铁素体基体可锻铸铁因组织中有石墨存在，因而铸铁的断面呈暗灰色，而在表层经常有薄的脱碳层呈浅灰色，故通称为黑心可锻铸铁。而珠光体可锻铸铁则是以其基体命名的。当将白口铸铁毛坯件在氧化性质的炉气条件下进行退火时，铸件断面上从外层到心部，发生强烈的氧化和脱碳。在完全脱碳层中无石墨存在，铸铁的组织为铸素体。实际上，在小断面尺寸条件下，铸铁的组织基本上为单一的铁素体和退火碳。而在大断面尺寸条件下，表层为铁素体，中间区域为珠光体和铁素体及退火碳，而心部区域则为珠光体及退火碳（间或有少量铁素体）。这种铸铁断面由于其心部区域有发亮的光泽，而表层色泽较暗，故通称为白心可锻铸铁。特种铸铁是指具有特殊使用性能的铸铁材料，主要包括抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁。为使铸铁具有这些特殊使用性能，需要使铸铁有一定的组织。特种铸铁中既有非合金铸铁（如普通白口抗磨铸铁），也有低合金铸铁、中合金铸铁和高合金铸铁（如中锰抗磨用球墨铸铁及高铬抗磨用白口铸铁等）。由于特种铸铁中含有大量合金元素，使得其在熔炼和铸造性能方面，与非合金化的铸铁有显著的差别。大多数合金元素降低铸铁的铸造性能，而含有大量合金元素的特种铸铁的铸