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1、第一章第一章 工程材料的性质工程材料的性质第一节第一节 材料的种类与主要性能材料的种类与主要性能1-1 1-1 材料的种类材料的种类 材料是工业和科学技术的物质基础，是人类社会材料是工业和科学技术的物质基础，是人类社会赖以生存和发展的重要条件，是衡量一个国家经济实赖以生存和发展的重要条件，是衡量一个国家经济实力与技术水平的重要标志，它与信息、能源并列为现力与技术水平的重要标志，它与信息、能源并列为现代化技术的三大支柱，而能源和信息的发展又依托于代化技术的三大支柱，而能源和信息的发展又依托于材料材料。因此世界各国都把对材料的研究开发放在材料材料。因此世界各国都把对材料的研究开发放在突出的地位。突
2、出的地位。工程材料工程材料金属材料金属材料高分子材料高分子材料无机非金属材料无机非金属材料复合材料复合材料功能材料功能材料钢铁合金钢铁合金有色合金有色合金纤维：天然纤维、合成纤维纤维：天然纤维、合成纤维 橡胶：通用橡胶、特殊橡胶橡胶：通用橡胶、特殊橡胶塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料水泥水泥玻璃玻璃耐火材料耐火材料陶瓷：普通陶瓷、特殊陶瓷陶瓷：普通陶瓷、特殊陶瓷树脂基树脂基金属基金属基 陶瓷基陶瓷基：力学功能材料、物理功能材料、化学功能材料、：力学功能材料、物理功能材料、化学功能材料、生物功能材料、智能功能材料等生物功能材料、智能功能材料等钢：碳钢、合金钢、
3、特殊性能钢钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢铸铁：白口铸铁、灰口铸铁等铸铁：白口铸铁、灰口铸铁等铜及其合金铜及其合金铝及其合金铝及其合金其它：轴承合金、钛合金、镁合金等其它：轴承合金、钛合金、镁合金等 2.2.工艺性能工艺性能材料的主要性能是指材料的主要性能是指:1.1.使用性能使用性能（1 1）力学性能）力学性能（2 2）物理性能）物理性能（3 3）化学性能）化学性能加工成形的性能1-2 1-2 材料的主要性能材料的主要性能n力学性能力学性能 材料在外力作用下所表现出的特性。材料在外力作用下所表现出的特性。（一）外力作用下材料的变形与失效（一）外力作用下材料的变形与失效 作用在机件上的外力作用在机
4、件上的外力载荷载荷FFF=F （MPa）外力外力 内力内力应力应力FF静载荷静载荷动载荷动载荷=F/S一、材料的力学性能一、材料的力学性能（1 1）弹性变形：）弹性变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种形状，这种随外力消失而消失的变形随外力消失而消失的变形，称为，称为弹性变形弹性变形。1.1.两种基本变形两种基本变形 （2 2）塑性变形）塑性变形:材料在外力作用下材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形产生永久的不可恢复的变形，称，称为为塑性变形塑性变形。2 2变形的三个阶段变形的三个阶段弹性变形弹性变形3.3.常见的几
5、种失效形式常见的几种失效形式（1 1）断裂）断裂（2 2）塑性变形）塑性变形（3 3）过量弹性变形）过量弹性变形（4 4）磨损）磨损（5 5）腐蚀）腐蚀塑性变形塑性变形断裂断裂拉伸实验拉伸实验kbb b 极限载荷点极限载荷点（二）材料的力学性能（二）材料的力学性能Fee e 弹性极限点弹性极限点sS S 屈服点屈服点K K 断裂点断裂点拉伸曲线拉伸曲线FFL应力应力应变曲线应变曲线缩颈o1 1强度强度：当当材材料料单单位位面面积积上上所所受受的的应应力力 e e时，时，材料材料将产生塑性变形。将产生塑性变形。材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力。（1
6、1）弹性极限强度弹性极限强度（e）与弹性模量E指材料在弹性变形阶段的最大应力。指材料在弹性变形阶段的最大应力。e e=Fe/S=Fe/S0 0 （MPaMPa）它表征了材料抵抗塑性变形的能力。它表征了材料抵抗塑性变形的能力。在在弹性变形阶段弹性变形阶段：所以：所以：当当材材料料单单位位面面积积上上所所受受的的应应力力 e e s s时，时，材料材料将产生明显的塑性变形。将产生明显的塑性变形。E表征了材料在外力作用下产生弹性变形的难易程度，表征了材料在外力作用下产生弹性变形的难易程度，在工程上称为材料的刚度。在工程上称为材料的刚度。（2 2）屈服强度屈服强度（S）指材料在外力作用下，产生屈服现象
7、时的应力。指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。S S=Fs/S=Fs/S0 0 （MPaMPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。E E 材料抵抗弹性变形的能力越大。材料抵抗弹性变形的能力越大。kbFes100%0.2%b b=Fb/S0 （MPa）（3 3）抗拉强度）抗拉强度（b）抗拉强度是材料在拉断前抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。承受最大载荷时的应力。它表征了材料在拉伸条件下它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力所能承受的最大应力。抗拉强度抗拉强度 是脆性材料选材的依据。是脆性材料选材的依据。条件屈服强度:0.2=F 0.2/S
8、0（MPa）屈服强度屈服强度 是塑性材料选材和评定的主要依据。是塑性材料选材和评定的主要依据。2.2.塑性塑性常用常用 和和 作为衡量塑性的指标。作为衡量塑性的指标。伸长率：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。塑性加工的必要条件。(2)(2)洛氏硬度（洛氏硬度（HRCHRC）1 1：10103 3硬度硬度是是材材料料抵抵抗抗局局部部变变形形的的能能力力。是是衡衡量材料软硬程度的指标。量材料软硬程度的指标。(1)(1)布氏硬度（布氏硬度（HBHB）
9、：）：特特别别是是指指材材料料抵抵抗抗塑塑性性变变形形压压痕痕、划划痕痕的的能能力力。是是材材料料塑塑性性与与弹弹性性的的综合反映综合反映4 4冲击韧性冲击韧性 AK=G（H1 H2）（J）ak=AK/S （J/m2）低碳钢：b3.6HB高碳钢：b3.4HB调质合金钢：b3.25HB材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。5 5疲劳强度疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。循环基数循环基数钢钢：受交
10、变载荷作用的零件，在受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。裂。而且是脆性断裂。据统计，约据统计，约80%80%的机件失效的机件失效为疲劳破坏。为疲劳破坏。有色金属：有色金属：6 6断裂韧性断裂韧性 (K(K1C1C)材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标。材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标。由于金属材料内部不可避免的存在着各种宏观缺陷，这由于金属材料内部不可避免的存在着各种宏观缺陷，这些缺陷在材料中的作用相当于裂纹。当材料受外力作用时，些缺陷在材料中的作用相当于裂纹。当材料受外力作用时，这
11、些裂纹的尖端附近便出现应力集中，应力不断增大，裂这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，应力不断增大，裂纹自动扩张，直到最终断裂。纹自动扩张，直到最终断裂。在外力作用下，裂纹扩展的难易程度用断裂韧性表示。在外力作用下，裂纹扩展的难易程度用断裂韧性表示。断裂韧性是材料本身的一种力学性能指标，主要取决断裂韧性是材料本身的一种力学性能指标，主要取决于材料本身的成分、组织和结构。于材料本身的成分、组织和结构。力学性能力学性能bs强度强度塑性塑性刚度刚度硬度硬度韧性韧性疲劳强度疲劳强度断裂韧性断裂韧性（三）力学性能与失效形式的关系（三）力学性能与失效形式的关系失效形式失效形式断裂断裂塑性变形塑性变形过量弹变过
12、量弹变磨损磨损 （三）材料的工艺性能：加工性能（三）材料的工艺性能：加工性能二、二、材料的物理、化学及工艺性能材料的物理、化学及工艺性能（一）材料的物理性能：（一）材料的物理性能：比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀系数。热膨胀系数。（二）材料的化学性能：（二）材料的化学性能：耐酸性、耐碱性、抗氧化性。耐酸性、耐碱性、抗氧化性。2-1 金属的晶体结构金属的晶体结构 第二节第二节 金属及合金的结构与结晶金属及合金的结构与结晶原子作无序排列原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体所有的金属和合金都
13、是晶体晶格晶格原子排列形成的空间格子原子排列形成的空间格子晶胞晶胞组成晶格最基本的单元组成晶格最基本的单元晶体：晶体：非晶体：非晶体：原子作有序排列原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。有固定的熔点；各向异性。一、金属的理想晶体结构一、金属的理想晶体结构Cr、Mo、W、V、-FeCu、Ni、Ag、AuMg、Be、Zn、-Ti、-Cr金属的典型晶体结构金属的典型晶体结构体心立方晶格：体心立方晶格：面心立方晶格：面心立方晶格：密排六方晶格：密排六方晶格：二、金属的实际晶体结构二、金属的实际晶体结构1 1点缺陷点缺陷空位和间隙原子空位和间隙原子空位：是指未被原子占空位：是指未被原子占据的晶格节点。
14、据的晶格节点。间隙原子：间隙原子：是指位于原是指位于原子间隙中的原子。子间隙中的原子。2 2线缺陷线缺陷位错位错位错：是指在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种位错：是指在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。有规律的错排现象。3 3面缺陷面缺陷晶界晶界晶界：是指在位向不同、相邻晶粒之间的过渡层。晶界：是指在位向不同、相邻晶粒之间的过渡层。合金合金 以一种金属为基础，加入其它金属或非金以一种金属为基础，加入其它金属或非金 属，所形成的具有金属特性的物质。属，所形成的具有金属特性的物质。合金是由两种以上的元素组成的。合金是由两种以上的元素组成的。固态合金的结构是由组元在结晶时
15、彼此之间所起的作用所固态合金的结构是由组元在结晶时彼此之间所起的作用所决定的。决定的。合金的晶体结构合金的晶体结构固溶体固溶体金属化合物金属化合物三、合金的晶体结构三、合金的晶体结构1 1、固溶体、固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同固溶体固溶体固溶体的性能特点：固溶体的性能特点：具有良好的塑性和韧性，具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。强度、硬度较低。F F：b b=250MPa =45=250MPa =4550%HB=8050%HB=80置
16、换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体溶质原子溶剂原子溶质原子溶剂原子2 2、金属化合物、金属化合物 合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质。金属特性的物质。金属化合物各元素之间呈整数比关系。金属化合物各元素之间呈整数比关系。如：如：FeFe3 3C C、WCWC、TiC TiC 等等金属化合物的性能特点：金属化合物的性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高的熔点。FeFe3 3C C：HB=800HB=800；b b =30MPa=30MPa；0%0%一、一、金属的结
17、晶过程金属的结晶过程1 1金属结晶的过冷现象金属结晶的过冷现象温度时间T T0 0T Tn n T T2-1 金属的结晶与同素异晶转变金属的结晶与同素异晶转变冷却曲线过冷度2 2金属的结晶过程金属的结晶过程结晶结晶形核形核长大长大过冷度过冷度=理论结晶温度理论结晶温度-实际结晶温度实际结晶温度自发形核非自发形核晶粒晶界 金属金属是由许多大小、形状、晶是由许多大小、形状、晶格排列方向均不相同的晶粒所组格排列方向均不相同的晶粒所组成的多晶体成的多晶体。一般金属的晶粒越细小，一般金属的晶粒越细小，其力学性能越好。其力学性能越好。3 3细化晶粒的方法细化晶粒的方法1 1）变质处理）变质处理2 2）增大
18、过冷度）增大过冷度3 3）机械的）机械的振动振动和搅拌和搅拌4 4）热处理）热处理5 5）压力加工再结晶）压力加工再结晶 同素异晶转变同素异晶转变在固态下，随着温度的变化，金属的晶体在固态下，随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。L1538 1394 912 一种金属能以几种晶格类型存一种金属能以几种晶格类型存在的性质在的性质 称为同素异晶性。称为同素异晶性。Fe、Sn、Ti、Mn温度时间1538 1394 912 体心面心体心Fe二、金属的同素异晶转变二、金属的同素异晶转变 铁素体铁素体 碳（碳（C C）溶入溶入
19、-Fe-Fe中中所形成的所形成的固溶体固溶体。727 0.02%727 0.02%C C 第三节第三节 铁碳合金铁碳合金一、铁素体（一、铁素体（F F）力学性能：力学性能：b b=250MPa =45=250MPa =4550%HB=8050%HB=80二、奥氏体（二、奥氏体（A A）奥氏体奥氏体 碳（碳（C C）溶入溶入-Fe-Fe中所形成的中所形成的固溶体。固溶体。1141148 2.11%C 8 2.11%C、727 0.77%727 0.77%力学性能：力学性能：b b=250 =250 350MPa =40350MPa =4045%45%HB=160 HB=1602002003-1
20、铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织四、珠光体（四、珠光体（P P）力学性能：力学性能：b b=750MPa =25%HB=180-200=750MPa =25%HB=180-200五、莱氏体（五、莱氏体（LeLe）力学性能：力学性能：b b=30MPa =0 HB=700=30MPa =0 HB=700 珠光体珠光体 是是铁素体铁素体和和渗碳体渗碳体组成的组成的机械混合物。机械混合物。727 0.77%727 0.77%莱氏体莱氏体 是是奥氏体奥氏体和和渗碳体渗碳体组成的组成的机械混合物机械混合物。114 1148 4.3%C8 4.3%C 三、渗碳体（三、渗碳体（FeFe3 3C C）渗碳
21、体渗碳体 是是金属化合物。金属化合物。6.67%C6.67%C 力学性能：力学性能：b b=30MPa =0 HB=800=30MPa =0 HB=800机械混合物机械混合物 合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，合金的组成在固态下既不互相溶解又不形成化合物，而是按一定的重量比混合而成的新物质。而是按一定的重量比混合而成的新物质。机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物机械混合物既可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。性能特点：性能特点：性能介于各组成物的性能之间。性能介于各组成物的性能之间。一般具有良好的综
22、一般具有良好的综合力学性能。合力学性能。P P：b b=750MPa =25%HB=180-200=750MPa =25%HB=180-200F F：b b =250MPa =45=250MPa =4550%HB=8050%HB=80FeFe3 3C C：HB=800HB=800；b b =30MPa=30MPa；0%0%相图相图 表示合金系的成表示合金系的成分、温度、组织、状态之间分、温度、组织、状态之间关系的图表。关系的图表。3-2 铁碳合金相图铁碳合金相图 一、什么是相图（状态图）一、什么是相图（状态图）温度时间1538 1394 912 体心面心体心 二、相图的作用二、相图的作用是研究
23、合金的是研究合金的成分、温度、成分、温度、组织、状态组织、状态之间之间变化规律的变化规律的工具工具。AESPQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114114881538 1538 727727P PL LAF F三、铁碳合金三、铁碳合金相图相图温度912912CFe3C6.696.69FA A纯铁的熔点。纯铁的熔点。D DFeFe3 3C C的熔点。的熔点。1.1.相图上点的意义相图上点的意义E EC C在在-Fe-Fe中的最中的最大溶解度点。大溶解度点。1141148 2.11%C 8 2.11%C 钢和铁的分界点钢和铁的分界点。LeLeC C共晶点共
24、晶点，1141148 4.3%C8 4.3%C 共晶点共晶点发生共晶反应的点。发生共晶反应的点。共晶反应共晶反应 在在一定的温度一定的温度下，由下，由一定成分的液体一定成分的液体同同时结时结晶出晶出一定成分的一定成分的两个固相两个固相的反应的反应。共晶反应的产物共晶反应的产物共晶体共晶体机械混合物机械混合物 L L（4.3%C4.3%C）A A（2.11%C 2.11%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C）1148LeLe G G 纯铁的同素异晶转变点。纯铁的同素异晶转变点。912912 P P C C在在-Fe-Fe中的最大溶解度点。中的最大溶解度点。727 0.02%7
25、27 0.02%C C S S 共析点共析点。727 0.77%727 0.77%共析点共析点 发生共析反应的点。发生共析反应的点。共析反应共析反应在在一定的温度一定的温度下，由下，由一定成分的固相一定成分的固相同同时结晶出时结晶出一定成分的一定成分的另外两个固相另外两个固相的反应。的反应。共析反应的产物共析反应的产物 共析体共析体 机械混合物机械混合物 A A（0.77%C0.77%C）F F（0.02%C 0.02%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C）727727P P2.2.相图上线的意义相图上线的意义AESPQGKD4.34.32.112.110.770.770.
26、020.02C%C%114114881538 1538 LeLe727727P PL LAF F温度912912CFe3C6.696.69FAECFAECF线线固相线固相线 ACDACD线线液相线液相线AEAEA A析出终了线析出终了线ECFECF共晶线共晶线 11411488ACAC析出析出A ACDCD析出析出 FeFe3 3C CAL+Fe3CL+Fe3CF+AA+A+LeLe+Fe3CESES线线 C C在在-Fe-Fe中的溶解度曲线。析出二次中的溶解度曲线。析出二次FeFe3 3C C（1 1）单相区：单相区：L L、F F、A A、FeFe3 3C C（2 2）两相区：两相区：L+
27、AL+A、L+FeL+Fe3 3C C、A+FA+F、F+FeF+Fe3 3C C（3 3）三相区：三相区：L+A+FeL+A+Fe3 3C C、A+F+FeA+F+Fe3 3C CGSGS线线 溶解度曲线溶解度曲线 A AF FGPGP线线 F F析出终了线。析出终了线。PSKPSK线线 共析线共析线 727 727PQPQ线线 碳在碳在-Fe-Fe中的溶解度曲线。中的溶解度曲线。ESQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114114881538 1538 727727P PL LAF F温度912912CFe3C6.696.69APLeLeFAL+Fe
28、3CL+Fe3CF+A1111112222223333334441L1L1L1L1L1LAAAAA+L+L+L+L+A+A+LeP+FPF+PP+Fe3CP+Fe3C P+Fe3C+LeA+Le+4233332222AAAF Fe3CLeLeLeL+Fe3CFe3CFe3C+Fe3C+LeP+Fe3C+Le2LeFe3C+LeFe3C+Le231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe1LA+L+LeP+Fe3C+LeA+Le+32AFe3C31L2L+Fe3CFe3C+Fe3C+LeLe1 1钢钢2 2生铁生铁 共析钢共析钢:亚共析钢
29、亚共析钢:过共析钢过共析钢:共晶生铁共晶生铁:亚共晶生铁亚共晶生铁:过共晶生铁过共晶生铁:四、铁碳合金的结晶过程及组织转变四、铁碳合金的结晶过程及组织转变工工 业业 纯纯 铁铁共共析析钢钢亚亚 共共 析析 钢钢过过 共共 析析 钢钢亚亚共共晶晶 白白 口口 铸铸铁铁过过共共晶晶白白口口铸铸铁铁共共 晶晶 白白 口口 铸铸 铁铁 五含碳量对铁碳合金组织和性能的影响五含碳量对铁碳合金组织和性能的影响F F+P P P+Fe3C P+Fe3C+Le Le Le+Fe3CC%00.772.114.36.690.02FPLeFe3CFe3C0.91.0HB C%HB 1 1选择材料选择材料 2 2确定各
30、种工艺参数确定各种工艺参数六相图的作用六相图的作用4-14-1 钢的分类和应用钢的分类和应用1 1按化学成分分类按化学成分分类一、钢的分类一、钢的分类（1 1）低合金钢）低合金钢 Me 5%Me 10%Me 10%1 1）碳素钢）碳素钢 2 2）合金钢合金钢（1 1）低碳钢）低碳钢 C 0.25%C 0.6%C 0.6%第四节第四节 常用金属材料常用金属材料2.2.按质量分类按质量分类 P、S 0.035%1 1）普通钢）普通钢2 2）优质钢优质钢:3 3）高级优质钢高级优质钢S：使合金产生热裂、热脆缺陷使合金产生热裂、热脆缺陷P：使合金产生冷裂、冷脆缺陷使合金产生冷裂、冷脆缺陷P 0.045
31、%S 0.050%P 0.030%S 0.020%4 4）特级优质钢特级优质钢P 0.025%S 0.015%（1 1）平炉钢）平炉钢 （2 2）转炉钢）转炉钢 （3 3）电炉钢）电炉钢3 3按用途分按用途分弹簧钢、轴承钢、耐热钢、耐蚀钢等弹簧钢、轴承钢、耐热钢、耐蚀钢等。1 1）结构钢）结构钢2 2）工具钢）工具钢 3 3）特殊性能钢）特殊性能钢:（1 1）工程结构钢）工程结构钢（2 2）机械制造用钢）机械制造用钢（1 1）碳素工具钢）碳素工具钢（2 2）合金工具钢）合金工具钢4 4按冶炼方法按冶炼方法二、钢的牌号及应用二、钢的牌号及应用 碳碳素素结结构构钢钢的的钢钢号号用用屈屈服服强强度度
32、表表示示。这这类类钢钢主主要要用用于于制造一般的机械零件和工程构件。制造一般的机械零件和工程构件。1 1结构钢结构钢Q195（0.06-0.12%C）、）、Q215（0.09-0.15%C）、）、Q235（A（0.14-0.22%C）、）、B（0.12-0.20%C）、）、Q255（0.18-0.28%C）、）、Q275（0.28-0.38%C）Q195屈s s1 1）（普通）碳素结构钢）（普通）碳素结构钢见43页表4-12 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢0808、1010、15 15 冲压件、焊接件。冲压件、焊接件。1515、2020、25 25 渗碳淬火。渗碳淬火。3030、3535、
33、4040、4545、5050、55 55 调质处理。制造齿轮、调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。连杆、凸轮和轴类零件。60 60、6565、70 70 淬火淬火+中温回火，制造弹簧。中温回火，制造弹簧。这类钢的有害杂质这类钢的有害杂质P P、S S含量较低，钢的质量较好，含量较低，钢的质量较好，主要用于制造各种较重要的机械零件。主要用于制造各种较重要的机械零件。钢号用两位数字钢号用两位数字表示表示，数字表示含碳量的万分之几。，数字表示含碳量的万分之几。45 表示含碳量是万分之表示含碳量是万分之4545（0.45%0.45%）见43页表4-2低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢是是在在低
34、低碳碳钢钢的的基基础础上上加加入入少少量量合合金金元元素素制制得得，其其合合金金因因素素总总量量不不超超过过5%5%，以以MnMn为为主主要要合合金金因因素素。这这类类钢钢一一般般在在热热轧轧或或正正火火状状态态下下使使用用，不不需需再再进进行行热热处处理理。广广泛泛用用于于建建筑筑、石石油油、化化工工、铁铁道道、桥桥梁梁、造船等工业部门。造船等工业部门。牌号有牌号有Q295Q295、Q345Q345、Q460Q4603 3）合金结构钢）合金结构钢合合金金结结构构钢钢种种类类繁繁多多，其其钢钢号号的的表表示示方方法法为为：两两为为数数字字+元元素素符符号号+数数字字。如如：40Cr2Mo4V4
35、0Cr2Mo4V、60Si2Mn60Si2Mn、38CrMoAl38CrMoAl 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。常用牌号有柱的专用钢种。常用牌号有GCr9GCr9、GCr15GCr15等，含碳等，含碳在在0.95%-1.1%0.95%-1.1%，合金元素主要是铬。，合金元素主要是铬。含含0.90-1.25%0.90-1.25%C C、1.4-1.65%Cr1.4-1.65%Cr。用于制造各种机械零件的合金结构钢。又可分为：用于制造各种机械零件的合金结构钢。又可分为：合金渗碳钢：合金
36、渗碳钢：2020CrCr、20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA合金调质钢：合金调质钢：4040CrCr、40MnB40MnB、38CrMoAl38CrMoAl合金弹簧钢：合金弹簧钢：6060Si2MnSi2Mn、50CrVA50CrVA 机械结构用合金钢机械结构用合金钢 滚动轴承钢滚动轴承钢其其牌牌号号表表示示方方法法是是：一一位位数数字字（或或无无数数字字）+元元素素符符号号+数字。数字。如：如：9 9SiCrSiCr、W18Cr4VW18Cr4V、5CrNiMo5CrNiMo等。等。合合金金工工具具钢钢又又可可分分为为合合金金刃刃具具钢钢、合合金金模模
37、具具钢钢、和和合合金金量量具钢。具钢。2 2工具钢工具钢1 1）碳素工具）碳素工具碳素工具钢含碳量为碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%0.65-1.35%，可制造低速切削的刀，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。具和普通模具、量具。常用牌号有常用牌号有T7T7、T8T8、T8MnT8Mn、T9T9、T10AT10A、T11T11、T12AT12A、T13T13等。等。2 2）合金工具钢）合金工具钢见44页表4-3 合金刃具钢合金刃具钢 指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为指用于制造各种刀具的钢材。含碳量为0.75-0.75-1.50%1.50%，典型牌号为，典型牌号为9 9SiCrSiCr
38、、W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。塑料模具钢塑料模具钢 合金量具钢合金量具钢 在生产中常用的量具有钢板尺、游标卡尺、在生产中常用的量具有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、块规等。卡规、千分尺、塞规、块规等。T10AT10A、T12A T12A、CrWMnCrWMn、GCr15 GCr15 合金模具钢合金模具钢 模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷模具钢是指用于制造各种模具的钢材。冷做模具钢如：冲压模、拉拔模等。典型牌号为做模具钢如：冲压模、拉拔模等。典型牌号为Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。热
39、做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。典型牌号为典型牌号为5 5CrMnMoCrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo。是指在一定范围内具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物是指在一定范围内具有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能的钢。包括软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹理性能的钢。包括软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。3 3特殊性能钢特殊性能钢1 1）不锈、耐蚀和耐热钢）不锈、耐蚀和耐热钢 不锈、耐蚀钢不锈、耐蚀钢 不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，具有较强抵抗腐蚀能力的钢。其含碳量低，主加
40、合金元素中，具有较强抵抗腐蚀能力的钢。其含碳量低，主加合金元素为为CrCr、NiNi。常用牌号有：常用牌号有：1 1Cr13Cr13、1Cr171Cr17、1Cr171Cr17、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr19Ni91Cr19Ni9、1Cr17Mo1Cr17Mo等。等。耐热钢耐热钢 在高温下具有良好的抗氧化性和热强性钢，耐热钢在高温下具有良好的抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等几种，分别适合于在可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等几种，分别适合于在600600以下、以下、700-700700-700、接近、接近10001000的高温状态下工作。典型牌号的
41、高温状态下工作。典型牌号有：有：1 1Cr13Cr13、4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo4Cr14Ni14W2Mo、1Cr171Cr17。2 2）特殊物理性能钢特殊物理性能钢4-24-2 有色金属及合金有色金属及合金一、铝及铝合金一、铝及铝合金 Al-Mg-Si-CuAl-Mg-Si-Cu系和系和Al-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系合金具有良好的热塑性、系合金具有良好的热塑性、铸造性能和较高的力学性能，主要用作复杂的航空及仪表零件，铸造性能和较高的力学性能，主要用作复杂的航空及仪表零件，也可用做耐热合金。也可用做耐热合金。Al-MgAl-Mg系和系
42、和Al-Al-MnMn系合金大多为单相组织，不可热处理强化，其系合金大多为单相组织，不可热处理强化，其主要特点是耐蚀性、焊接性和塑性好，并有良好的低温性能，主要特点是耐蚀性、焊接性和塑性好，并有良好的低温性能，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。在航空航天等领域有着广阔的应用前景。Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系和系和Al-Cu-Al-Cu-MnMn系合金具有极强的时效强化能力，强系合金具有极强的时效强化能力，强度高，耐蚀性和焊接性较差，主要用作结构件。度高，耐蚀性和焊接性较差，主要用作结构件。常用形变铝合金的代号见表1-10 二、铜及铜合金二、铜及铜合金 黄铜（黄铜（Cu-Zn)Cu-Zn
43、)简单黄铜：铜锌二元合金，简单黄铜：铜锌二元合金，H60H60、H80H80。该黄铜具有优良的锻该黄铜具有优良的锻造性能、焊接性能和良好的镀锡能力造性能、焊接性能和良好的镀锡能力 特殊黄铜：除锌外，常加入的合金元素有铅、铝、锰、锡、铁、特殊黄铜：除锌外，常加入的合金元素有铅、铝、锰、锡、铁、镍、硅等。镍、硅等。合金元素的加入，使黄铜的强度、耐蚀性和耐磨性合金元素的加入，使黄铜的强度、耐蚀性和耐磨性等得到提高。根据加入的主要合金元素不同，等得到提高。根据加入的主要合金元素不同，可将特殊黄铜分可将特殊黄铜分为铅黄铜、铝黄铜和锰黄铜等。为铅黄铜、铝黄铜和锰黄铜等。（见表（见表1-111-11）青铜青
44、铜 青铜是指除以青铜是指除以ZnZn和和NiNi以外的其它元素为主要合金元素以外的其它元素为主要合金元素的铜合金，青铜分为普通青铜和特殊青铜两类。的铜合金，青铜分为普通青铜和特殊青铜两类。（见表见表1-121-12）白铜（白铜（Cu-Ni)Cu-Ni)白铜有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、白铜有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热压力加工，抗蚀性很好，电阻率较高且电阻温度系数很小，主热压力加工，抗蚀性很好，电阻率较高且电阻温度系数很小，主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。三、钛及钛合金三、钛及钛合金 钛合金性能的主要特点是强度高、密度小，耐热性、耐钛合金性能的主要特点是强度高、密度小，耐热性、耐蚀性好。但其工艺性差、不耐磨，且成本较高。钛合金按其蚀性好。但其工艺性差、不耐磨，且成本较高。钛合金按其退火组织分为型退火组织分为型（TATA）、型、型（TBTB）和型（和型（TCTC）三种。）三种。见表见表1-131-13。