材料导论第四章金属材料(Ⅰ)

1 第 四 章 金 属 材 料 主 要 内 容 4.1 金 属 材 料 概 述 4.2 黑 色 金 属 材 料 钢 铁 材 料 4.3 有 色 金 属 及 其 合 金夏 鹏 举材 料 科 学 与 工 程 学 院 2 4.1 金 属 材 料 概 述 指 具 有 良 好 的 导 电 性 和 导 热 性 、 有 一 定 的 强 度 和 塑性 并 具 有 金 属 光 泽 的 物 质 。 指 由 金 属 元 素 为 主 要 材 料 并 具 有 金 属 特 性 的 工 程 材料 ， 包 括 出 金 属 和 合 金 。合 金 (Alloy)： 由 两 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素 或 金 属 与 非 金 属元 素 构 成 。纯 金 属 (Pure Metal)： 由 一 种 金 属 元 素 构 成 的 单 质 。金 属金 属 材 料 3 在 103种 元 素 中 ， 金 属 元 素 有 81种 。 4 4.1.1 悠 久 的 历 史 与 广 泛 的 应 用 人 类 利 用 金 属 已 达 5000多 年 。人 类 使 用 金 属 制 品 经 历 了 三 个 时 代 ：1） 青 铜 器 时 代 4,500 BC 1,000 BC 2） 铁 器 时 代 1000BC 3） 钢 铁 时 代 1800 1. 悠 久 的 历 史 5 金 属 材 料 最 初 主 要 做 成 日 用 品 、 武 器 、 装 饰 品 以 及 手工 艺 品 ， 产 业 革 命 后 被 广 泛 用 来 各 种 工 业 产 品 及 工 具 。 今 天 ， 在 日 常 生 活 和 工 业 生 产 中 能 接 触 到 的 ， 小 到 锅 、勺 、 刀 、 剪 子 等 ， 达 到 机 器 设 备 、 交 通 工 具 、 大 型 建 筑 物等 ， 哪 一 样 都 离 不 开 金 属 。 金 属 材 料 以 成 为 工 农 业 生 产 、 人 民 生 活 和 国 防 建 设 的重 要 物 质 基 础 。 所 以 ， 现 在 有 人 将 金 属 的 生 产 和 使 用 作 为 衡 量 一 个 国家 工 业 水 平 的 标 志 。2. 广 泛 的 应 用 钢 铁 是 经 济 产 业 的 基 本 支 柱 ， 主 要 用 于 铁 路 、 建 筑 、桥 梁 、 汽 车 工 业 等 领 域 。 6 3. 优 良 的 特 性 金 属 材 料 的 特 点1） 常 温 下 为 固 体 （ Hg除 外 ）2） 熔 点 较 高 也 有 较 低 的 如 ： Sn、 Pb、 Zn、 Al3） 密 度 较 大 （ Mg、 Al除 外 ， 0.60% wS0.050%w P0.045% wS0.035%wP0.035% wS0.020%wP0.030%按 用 途 分 类 碳 素 钢 碳 素 结 构 钢优 质 碳 素 结 构 钢碳 素 工 具 钢铸 造 碳 钢 碳 素 钢 的 分 类4.2.1 碳 素 钢 16 按 脱 氧 方 式 （ 或 程 度 ） 分 类 600吨 钢 锭 4.2.1 碳 素 钢 17 牌 号 ： - b 脱 氧 方 法 ： 沸 腾 钢 ； ； b 半 镇 静 钢质 量 等 级 ： 、 、 、 屈 s 主 要 牌 号 及 应 用牌 号 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275主 要应 用举 例 受 载 荷 较 小的 钢 丝 、 开口 销 、 钉 子 、 拉 杆 、 焊 接件 铆 钉 、 短 轴 、拉 杆 、 垫 圈 、渗 碳 件 、 焊接 件 连 杆 、 螺 栓 、 螺 母 、轴 类 支 架 、 角 钢 、槽 钢 、 工 字 钢 、 圆钢 、 重 要 的 焊 接 件 轴 类 、吊 钩 、型 钢 轴 、 齿轮wc 0.06-0.38%常 用 热 处 理 ： 一 般 不 热 处 理 ， 直 接 使 用 。 1.碳 素 结 构 钢 碳 素 钢 碳 素 结 构 钢优 质 碳 素 结 构 钢碳 素 工 具 钢铸 造 碳 钢4.2.1 碳 素 钢 18 碳 素 结 构 钢工 字 钢 、 角 钢 、 槽 钢 4.2.1 碳 素 钢 19 牌 号 ： 45 平 均 含 碳 量 的 万 分 数 。 数 字 后 加 F表 示 沸 腾 钢 ， 加 Mn表 示 含 Mn量 较 高 。主 要 牌 号 、 性 能 特 点 及 应 用牌号 08F、 10 15、 20 、 25（ 碳 素 渗 碳 钢 ） 30、 35 、 40 、 45 、50（ 碳 素 调 质 钢 ） 55、 60 、 65 、65Mn（ 碳 素 弹 簧 钢 ）性能特点 强 度 低 、塑 性 好 强 度 较 低 、 塑 性韧 性 较 好 ， 渗 碳后 可 获 得 表 面 硬度 高 而 心 部 韧 性好 的 零 件 强 度 、 塑 性 、 韧 性配 合 较 好 ， 经 调 质后 可 获 得 优 良 的 综合 力 学 性 能 强 度 高 、 塑 性 低 ，淬 火 中 温 回 火 处理 后 有 较 好 的 弹性应 用举例 冷 冲 压件 、 焊接 件 负 载 不 大 的 轴 、销 、 齿 轮 、 垫 片及 渗 碳 件 轴 类 、 齿 轮 、 紧 固件 、 要 求 不 高 的 表面 淬 火 件 简 单 的 耐 磨 件 、简 单 的 弹 簧 、 钢丝 绳 等wc 0.05-0.75%常 用 热 处 理 ： 正 火 、 调 质 、 淬 火 、 回 火 、 渗 碳 2. 优 质 碳 素 结 构 钢4.2.1 碳 素 钢 20 优 质 碳 素 结 构 钢带 钢 、 板 钢 、 棒 钢 、 钢 管 4.2.1 碳 素 钢 21 牌 号 ： T10A碳 平 均 含 碳 量 的 千 分 数 。 数 字 后 加 A表 示 高 级 优 质 碳 素 工 具 钢wc 0.65-1.35%常 用 热 处 理 ： 球 化 退 火 、 淬 火 、 低 温 回 火主 要 牌 号 ： T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13性 能 特 点 ： 热 处 理 后 硬 度 、 耐 磨 性 高 、 塑 性 、 韧 性 低 ， 淬 透 性 差主 要 应 用 ： 小 截 面 刃 具 、 量 具 、 模 具3. 碳 素 工 具 钢4.2.1 碳 素 钢 22 牌 号 ： ZG200-400铸 钢 s bwc 0.15-0.60%主 要 牌 号 ： ZG200-400, ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-640主 要 应 用 ： 形 状 复 杂 ， 力 学 性 能 要 求 高 ， 选 用 铸 铁 难 以 满 足 要 求 的 零 件4. 铸 造 碳 钢 ZG15， 表 示 含 C： 0.15wt%ZG25 ZG35 ZG45 ZG554.2.1 碳 素 钢