3金属材料及其性能特点.pdf

§3 金属材料及其性能特点 3.1 黑色金属材料 3.1.1 钢 钢是含碳量小于 2.11 wt%的铁碳二元合金。 除碳以外，钢中的其它合金元素 的总含量小于 1.5 wt%时称为碳素钢，否则称为合金钢。 （1）碳素钢： 一般按照含碳量，将其分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按照 用途又可分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢。 碳素结构钢：含碳量介于 0.06 – 0.38 wt% 之间，主要用来制造各种金属结 构和机械零件。 碳素工具钢：含碳量介于 0.65 – 1.35 wt% 之间，由于热处理后硬度、耐磨 性高，主要用来制造各种小截面的刃具、量具和模具。 铸造碳钢： 含碳量介于 0.15 – 0.60 wt% 之间，主要用来制造各种形状复杂、 力学性能要求高而铸铁无法满足的零件。 （2 ）合金钢： 合金钢中的主要合金元素有 Al 、Co、Si、Cu、Mo 、Ni 、Cr、 Mn 等，其合金元素总量除碳外大于 1.5 wt%。 合金结构钢：主要用于制造工程结构和机器零件。 合金调质钢：有优良的综合力学性能，用于制造轴、杆类零件、齿轮等。 合金渗碳钢： 表面高强度、 高耐磨性而心部具有良好的韧性， 主要用于制造 轴、齿轮、涡杆等。 合金弹簧钢：用于制造弹簧。 合金轴承钢：用于制造各种轴承，其性能特点是表面高耐磨性、高硬度，良 好的综合力学性能，高的疲劳强度。 合金工具钢：主要用于制造各类工具。 特殊性能钢：用于一些特殊条件下有特殊要求的钢。 3.1.2 铸铁 铸铁是含碳量介于 2.11 – 6.67 wt% 之间的铁碳合金。主要有： 灰口铸铁： 铸铁中石墨呈片状，因此抗拉强度低、塑性差，但减震性、减摩 性好，可制造机床的机身。 球墨铸铁： 铸铁中石墨呈球状，因此综合力学性能好，接近于钢。 蠕墨铸铁： 综合力学性能好，且有良好的铸造性能。 可锻铸铁： 可以用来制造形状复杂的零件。 3.2 有色金属材料 3.2.1 铜及铜合金 铜及铜合金大量应用于电气工业、仪器仪表工业，具有的特性包括： （1）优 异的物理、化学性能（良好的导电、导热性，良好的抗大气、水的腐蚀性） ；（2 ） 良好的加工性能（塑性好，容易加工） ；（3 ）特殊的机械性能； （4 ）色泽美观。 纯铜： 呈紫红色，又称紫铜，主要用作导电材料及配置合金。 黄铜： 是铜锌合金，可制做导电或散热器件、耐蚀零件等。 白铜：是铜镍合金，可盈于制造船舶仪器零件、化工机械零件等。 青铜： 是除镍和锌之外的其他元素与铜的合金，一般力学性能比较好。 3.2.2 铝及铝合金 纯铝呈银白色， 熔点低，强度低，但导电导热性能优异， 主要用于制造电线、 电缆等。铝合金则主要用作工程结构材料， 主要的合金元素有 Si 、Cu、Mg、Zn 、 Mn 等。 根据铝和合金元素的相图，铝合金分为铸造铝合金和形变铝合金。 铸造铝合金：据有良好的铸造性能。 形变铝合金：塑性好，但强度低，合金元素含量较少时不能通过热处理强化， 只能采用形变强化，包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。 图 3.12 铝合金相图 3.2.3 钛及钛合金 钛及钛合金具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、疲劳性能好等优点，在 航空航天、机械、医疗、化工等领域有重要的应用。下表给出了钛及其合金的成 分、性能及应用。 表 3.5 钛及其合金的成分、性能及应用