金属材料基础知识培训

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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,1,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,金属材料基础知识,一.概述:,1.在机械、工程等工业领域中,采用的金属材料种类及品种繁多,其分类如下:,2.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。,2.1 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。,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生0.2%L。时,的应力值,单位用牛顿/毫米2(N/mm2)表示。,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2(N/mm2)表示。,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。,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。,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),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)。,2.2 工艺性能:,指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。,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,流性能、充满铸模能力;收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力;偏析,指化学成分不均性。,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。,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。,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。,锻造性能:金属材料锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。,2.3,化学性能:,指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。,耐腐蚀性:指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。,抗氧化性:指金属材料在高温下,抵抗产生氧化皮能力。,二.黑色金属:,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。,1.,铁及其分类,:,生铁:,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。,1)炼钢生铁:,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。,2)铸造用生铁,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:,3)球墨铸造用生铁,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:,1.2,铸铁:,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。,1)铸铁牌号的表示方法:,各种铸铁代号,由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体,字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时,可在该大写正体字母,后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁,需要细分时,取其细分特,点的汉语拼音第一个大写正体字母,排列在后面。见下表:,牌号中代号后面的一组数字,表示抗拉强度值;有两组数字时,第一,组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔,开。,合金元素用国际元素符号表示,含量大于或等于1%时,用整数表,示:小于1 %时一般不标注。常规元素(C、Si、Mn、S、p)一般不,标注,有特殊作用时,才标注其元素符号及含量。,2)白口铸铁,白口铸铁中的碳全部以渗透碳体(Fe3C)形式存在,因断口呈亮白,色。故称白口铸铁,由于有大量硬而脆的Fe3C,白口铸铁硬度高、脆,性大、很难加工。因此,在工业应用方面很少直接使用,只用于少数要,求耐磨而不受冲击的制件,如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和,可锻铸铁的坯料。,3)灰口铸铁,铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具,有良好铸造性能、切削加工性好,减磨性,耐磨性好、加上它熔化配料,简单,成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。,由于灰口铸铁内存在片状石墨,而石墨是一种密度小,强度低、硬度,低、塑性和韧性趋于零的组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小,缺口,即减少承载面积,又增加裂纹源,所以灰口铸铁强度低、韧性,差,不能进行压力加工。为改善其性能,在浇注前在铁水中加入一下量,的硅铁,硅钙等孕育剂,使珠光体基体细化,石墨变细小而均匀分布,,经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸铁。灰口铸铁的牌号、性能组织,及用途见下表:,4)可锻铸铁,可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件,再经过,长时间高温退火处理,使渗碳体分解出团絮状石墨而成,即可锻铁是一,种经过石墨化处理的白口铸铁。,可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类;一类是黑心可锻铸铁和珠,光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体(F)基本+团絮状石墨;,珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体(P)基体+团絮状石墨。另一类是白,心可锻铸铁,白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸,小断面的以铁素体为,基体,大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁,牌号、性能(根据GB9440-88)见下两表:,黑心可锻铸铁主要用于制造汽车、拖拉机零件及机床附件、如轮壳、弹簧支座、阀门等。珠光体可锻铸铁则用于制造曲轴、连杆、轮轴、活塞环等。,5)球墨铸铁:,在铁水(球墨生铁)浇注前加一定量的球化剂(常用的有硅铁、镁等)使铸铁中石墨球化。由于碳(石墨)以球状存在于铸铁基体中,改善其对基体的割裂作用,球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点,现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。根据GB1348-88 球墨铸铁牌号分为单铸和附铸试块两类;单铸试块分八个牌号见下表:,注: 牌号后面的字母A 系表示该牌号在附铸试块上测定的机械性能, 以区别上表的单试块测定的性能。,除上述介绍几种常用铸铁外,还有抗磨白口铸铁、冷硬铸铁,耐热铸铁等。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构,改善并提高其机械性能,因此,铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。,2.,钢及其分类:,钢是含碳量在0.04%2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑,性,含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、,硫、磷等。钢的分类方法多种多样,其主要方法有如下七种:,2.1 按品质分类:,按照钢中硫(S)和磷(P)的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。,(1)普通钢(P0.045%,S0.055%),(2)优质钢(P、S 均0.035%),(3)高级优质钢(P0.035%,S0.030%),2.2 按化学成份分类,(1)碳素钢:,a.低碳钢(C0.25%);,b.中碳钢(C0.250.60%);,c.高碳钢(C0.60%)。,(2)合金钢:,a.低合金钢(合金元素总含量5%),b.中合金钢(合金元素总含量510%),c.高合金钢(合金元素总含量10%),按成形方法分类:,(1)锻钢;(2)铸钢;(3)热轧钢;(4)冷拉钢。,按用途分类:,1)建筑及工程用钢:,a.普通碳素结构钢;b.低合金结构钢;c.钢筋钢。,2)结构钢:,3)工具钢:,a.碳素工具钢;b.合金工具钢;c.高速工具钢。,4)特殊性能钢:,金钢;d.耐磨钢;e.低温用钢;f.电工用钢。,5)专业用钢:如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农,机用钢等。,2.5 按金相组织分类:,2.6 综合分类:,(1)普通钢,a.碳素结构钢:Q195;Q215(A、B);Q235(A、B、C);,Q255(A、B);Q275。,(2)优质钢(包括高级优质钢),a.结构钢:(a)优质碳素结构钢;(b)合金结构钢;(c)弹簧钢;,(d)易切钢;(e)轴承钢;(f)特定用途优质结构钢。,b.工具钢:(a)碳素工具钢;(b)合金工具钢;(c)高速工具钢。,c.特殊性能钢:(a)不锈耐酸钢;(b)耐热钢;(c)电热合金钢;,(d)电工用钢;(e)高锰耐磨钢。,按脱氧程度和浇注制度分:,a.沸腾钢;b.半镇静钢;c.镇静钢;d.特殊镇静钢。,3.,中国钢号表示方法:,钢号表示方法概述:,钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了,解钢的一种共同语言。中国的钢号表示方法,根据国家标准钢铁产品,牌号表示方法(GB221-79)中规定,采用汉语拼音字母、化学元素,符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即:,钢号中化学元素采用国际化学符号表示,例如Si、Mn、Cr等。混,合稀土元素用“RE”(或“Xt”)表示。,产品名称、用途、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音的缩写字母,表示,见表。,钢中主要化学元素含量(%)采用阿拉伯数字表示。,3.2 钢号表示方法的分类说明,3.2.1 碳素结构钢:,由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以,“Q”,代表钢材的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是,Mpa。例如:Q235 表示屈服点(ss)235MPa 的碳素结构钢。,必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级,符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号:F 表示沸腾钢;b 表示半镇,静钢:Z 表示镇静钢;TZ 表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号,即Z 和,TZ 都可不标。例如Q235-AF 表示A级沸腾钢。,专门用途的碳素钢,例如桥梁钢、船用钢等,基本上采用碳素结构钢的表示方法,但在钢号最后附加表示用途的字母。,3.2.2 优质碳素结构钢,钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.45%的钢,钢号为“45”,它不是顺序号,所以不能读成45 号钢。,锰含量较高的优质碳素结构钢,应将锰元素标出,例如50Mn。,沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出,例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢,其钢号为10b。,3.2.3 碳素工具钢,钢号冠以“T”,以免与其他钢类相混。,钢号中的数字表示碳含量,以平均碳含量的千分之几表示。例如,“T8”表示平均碳含量为0.8%。,锰含量较高者,在钢号最后标出“Mn”,例如“T8Mn”。,高级优质碳素工具钢的磷、硫含量,比一般优质碳素工具钢低,在,钢号最后加注字母“A”,以示区别,例如“T8MnA”。,碳素工具钢用途广泛。其中T7、(T7A)、T8、(T8A)钢因韧性较,好,主要用作承受震动与冲击载荷的工具,如凿子、打铁用模、各种锤,子、木工工具等;T9(T9A)由于含碳量较高,故硬度、耐磨性较高、,韧性较差,有一定韧性用作不受剧烈震动冲击的工具。如冲模、冲头、,木工切削工具、凿岩凿子等到;T10、(T10A)、T11、(T11A)韧性,尚可,耐磨、较硬、应用较广、制作要求较高且不受突然和剧烈冲愚味,震动而需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具,如车刀、刨刀、钻,头、板牙、铣刀、刀锯锯条及简单量具;T12(T12A)、T13(T13A),钢则用于制造不受震动,要求极高硬度的工具,如钻头、丝锥、锉刀、,刮刀等。,3.2.4 易切削钢,钢号冠以“Y”,以区别于优质碳素结构钢。,字母“Y”后的数字表示碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例,如平均碳含量为0.3%的易切削钢,其钢号为“Y30”。,锰含量较高者,亦在钢号后标出“Mn”,例如“Y40Mn”。,3.2.5 合金结构钢,钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,如40Cr。,钢中主要合金元素,除个别微合金元素外,一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量,但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为0.40.6%,后者为0.91.2%,其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时,在元素符号后面应标明含量,,可相应表示为2、3、4 等。例如18Cr2Ni4WA。,钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素,均属微合金,元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出。例如20MnVB 钢中。钒为,0.070.12%,硼为0.0010.005%。,高级优质钢应在钢号最后加“A”,以区别于一般优质钢。,专门用途的合金结构钢10,钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途,的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi 钢,钢号表示为ML30CrMnSi。,3.2.6 低合金高强度钢,钢号的表示方法,基本上和合金结构钢相同。,低合金钢是指在钢中加入少量合金元素,由于合金元素的强化作用,低,合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高25150%,加之大多低碳,而具有,良好的塑性韧性和焊接性能,有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性,因,此,低合金钢是一类很有发展前途的钢,在钢的生产中比例越来越大。,低合金钢按质量和用途分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质,量低合金钢。,对专业用低合金高强度钢,应在钢号最后标明。例如16Mn 钢,,用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”,汽车大梁的专用钢种为,“16MnL”,压力容器的专用钢种为“16MnR”。,3.2.7 弹簧钢,弹簧钢是用生产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件(如轧辊等)。,弹簧是一种能产生大量弹性变形的结构零件,通过弹簧的弹性变形,可,以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用,因此对弹簧钢的要求必须有,高的强度,特别是高的屈服强度和疲劳强度;要不易脱碳,有良好的表,面质量,具有一定的淬透性和良好的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、,耐腐蚀等。因此弹簧钢含碳较高,弹簧钢有合金和非合金。,弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类,其钢号表示,方法,前者基本上与优质碳素结构钢相同,后者基本上与合金结钢相同。,3.2.8 滚动轴承钢 :,滚动轴承钢也叫轴承钢。主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等,但在量具、冷作模具、低合金刀具、柴油机高压油泵件等方面也有广泛应用。轴承钢种类较多有较多高碳铬、渗碳、不锈、高温、无磁轴承钢。,钢号冠以字母“G”,表示滚动轴承钢类。,高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出,铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同。,3.2.9 合金工具钢和高速工具钢 :,合金工具钢12钢号的平均碳含量1.0%时,不标出碳含量;当平,均碳含量1.0%时,以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、,9SiCr、3Cr2W8V。,高速工具钢13的钢号一般不标出碳含量,只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者,表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。,钢中合金元素含量的表示方法,基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号,其铬含量以千分之几表示,并在表示含量的数字前加“0”,以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。,3.2.10 不锈钢和耐热钢,钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为,0.2%;若钢中含碳量0.03%或0.08%者,钢号前分别冠以“00”及,“0”表示之,例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9 等。,对钢中主要合金元素以百分之几表示,而钛、铌、锆、氮 等,则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。,焊条钢,它的钢号前冠以字母“H”,以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为,“H2Cr13”,可以区别于不锈钢“2Cr13”。,1. 概述:,有色金属分类:,(1),有色纯金属,:,分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。,(2),有色合金,:,按合金系统分:重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、,稀有金属合金等;,按合金用途则可分:变形(压力加工用合金)、铸造合金、轴承合,金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。,(3),有色材,按化学成份分类:铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、,镍和镍合金材、钛和钛合金材。按形状分类时,可分为:板、条、带、,箔、管、棒、线、型等品种。,三、有色金属材料(非黑色金属),1.2 有色金属产品牌号表示方法:,(1)命名原则:,有色金属及合金产品牌号的命名,规定以汉语拼音字母或国际元素,符号作为主题词代号,表示其所属大类,如用L 或AL 表示铝,T 或Cu,表示铜。主题词以后,用成份数字顺序结合产品类别来表示。即主题词,之后的代号可以表示产品的状态、特征或主要成份。,如:,LF 为防(F)锈的铝(L)合金;,LD 为锻(D)造用的铝(L)合金;,LY 为硬(Y)的铝(L)合金,这三种合金的主题词是铝合金(L)。,又如:,QSn 为青(Q)铜中主要的添加元素为锡(Sn)的一类;,QAL9-4 为青(Q)铜中含有铝(AL),成分中添加元素铝为9%,其他添加元素为4%,这两种合金的主题词是青铜(Q)。,产品代号是由标准(GB340-78)规定的主题词汉语拼音字母、化学,元素符号及阿拉伯数字相结合的方法来表示。,(2)牌号表示方法举例有色金属和合金产品的牌号表示方法举例,2. 铜及铜合金:,2.1 纯铜:,纯铜是玫瑰红色金属,表面形成氧化铜膜后呈紫色,故工业纯铜常称,紫铜或电解铜。密度为89g/cm3,熔点1083C。纯铜导电性很好,,大量用于制造电线、电缆、电刷等;导热性好,常用来制造须防磁性干,扰的磁学仪器、仪表,如罗盘、航空仪表等;塑性极好,易于热压和冷,压力加工,可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。纯铜产品有冶,炼品及加工品两种。,2.2 铜合金:,2.2.1 黄铜,黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜锌二元合金,称为简单,黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。,黄铜中锌的含量越高,其强度也较高,塑性稍低。工业中采用的黄铜含,锌量不超过45%,含锌量再高将会产生脆性,使合金性能变坏。,为了改善黄铜的某种性能,在一元黄铜的基础上加入其它合金元素的,黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍,等。在黄铜中加铝能提高黄铜的屈服强度和抗腐蚀性,稍降低塑性。含,铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能。在黄铜中加1%的,锡能显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力,因此称为“海军黄,铜”。锡还能改善黄铜的切削加工性能。黄铜加铅的主要目的是改善切,削加工性和提高耐磨性,铅对黄铜的强度影响不大。锰黄铜具有良好的,机械性能、热稳定性和抗蚀性;在锰黄铜中加铝,还可以改善它的性,能,得到表面光洁的铸件。,黄铜可分为铸造和压力加工两类产品。,常,用,加,工,黄,铜,2.2.2 青铜:,青铜是历史上应用最早的一种合金,原指铜锡合金,因颜色呈青灰,色,故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能,大部分青铜内还,加入其它合金元素,如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素,所以工,业上还使用许多不含锡的无锡青铜,它们不仅价格便宜,还具有所需要,的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此,外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。现在除黄铜和白铜(铜镍合,金)以外的铜合金均称为青铜。,锡青铜有较高的机械性能,较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能;,对过热和气体的敏感性小,焊接性能好,无铁磁性,收缩系数小。锡青,铜在大气、海水、淡水和蒸汽中的抗蚀性都比黄铜高。,铝青铜有比锡青铜高的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁,性,有良好的流动性,无偏析倾向,可得到致密的铸件。在铝青铜中加,入铁、镍和锰等元素,可进一步改善合金的各种性能。,青铜也分为压力加工和铸造产品两大类。,2.2.3 白铜,以镍为主要添加元素的铜基合,金呈银白色,称为白铜。铜镍二,元合金称普通白铜,加锰、铁、,锌和铝等元素的铜镍合金称为复,杂白铜,纯铜加镍能显著提高强,度、耐蚀性、电阻和热电性。工,业用白铜根据性能特点和用途不,同分为结构用白铜和电工用白铜,两种,分别满足各种耐蚀和特殊,的电、热性能。白铜多经压力加,工成白铜材,常用加工白铜的组,别、牌号。,3.,铝及铝合金,3.0 概述:,铝是一种轻金属,密度小(),具有良好的强度和塑性,,铝合金具有较好的强度,超硬铝合金的强度可达600Mpa,普通硬铝合,金的抗拉强度也达200450Mpa,它的比钢度远高于钢,因此在机械制,造中得到广泛的运用。铝的导电性仅次于银和铜,居第三位,用于制造,各种导线。铝具有良好的导热性,可用作各种散热材料。铝还具有良好,的抗腐蚀性能和较好的塑性,适合于各种压力加工。,铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又,分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强,化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强,化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处,理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它,可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。,铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性,能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝,锌合金。,纯铝产品:,纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成份Al 表示,后者用,汉语拼音LG(铝、工业用的)表示。,3.2 压力加工铝合金:,铝合金压力加工产品分,为防锈(LF)、硬质,(LY)、锻造(LD)、超,硬(LC)、包覆(LB)、,特殊(LT)及钎焊(LQ),等七类。常用铝合金材料,的状态为退火(M焖,火)、硬化(Y)、热轧,(R)等三种。压力加工铝,合金的产品代号。,3.3 铸造铝合金,铸造铝合金(ZL)按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四,类,代号编码分别为100、200、300、400。,3.4 高强度铝合金:,高强度铝合金指其抗拉强度大于480MPa 的铝合金,主要是压力加,工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。,金属材料的化学性能最主要的是指它的耐腐蚀性。材料抵抗周围介质,对腐蚀破坏的能力称为材料的耐腐蚀性能。耐蚀性不是材料固有不变的,特性,它随材料的工作条件而改变。,四、黑色金属及其合金耐蚀性,1. 碳钢和普通铸铁的耐蚀性,1.1 耐蚀性能,在淡水、大气、土壤、海水等中性介质中都不耐蚀;,在各类干燥气体和有机溶剂等介质中耐蚀性良好;,在低浓度碱溶液14及浓硫酸、浓氢氟酸等介质中,碳钢和普通铸铁表面能生成稳定的膜,因而是耐蚀的。,1.2 影响耐蚀性的因素,介质组成;铁碳合金的成分和组织;钢铁热处理条件差异。,2. 耐蚀合金铸铁,在铸铁中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介质中的耐蚀性。,如添加硅、铬、铝等元素,可使铸铁表面形成连续、致密、牢固的表面膜;添加镍能获得耐碱性介质腐蚀性能优良的奥氏体铸铁;加稀土元素、镁,能使石墨球化,从而大大改善高硅铸铁的力学性能和工艺性能。,3. 耐蚀低合金钢,耐蚀低合金钢通常是指在碳钢中加入合金元素的总量低于3%左右的,合金。加入的合金元素种类、含量不同,所起的作用不同。,根据在不同介质中的耐腐蚀性能,可将耐蚀低合金钢分为如下几种:,(1)耐大气腐蚀钢种;,(2)耐海水腐蚀钢种;,(3)耐硫化氢腐蚀钢种。,4. 不锈钢的耐蚀性,不锈钢是铬、镍含量较高的合金钢。通常把耐大气腐蚀的合金钢称为,不锈钢,把在酸中及其它强腐蚀性介质中耐腐蚀的合金钢称为耐酸钢。,一般把上述不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢或简称为不锈钢。,铬13 不锈钢,本钢种含铬1214,约为不锈钢必需含铬的最低量(Cr12,)。它可经热处理硬化,产生带磁性的马氏体结构,所以通称马氏体,不锈钢。低碳品种有铁素体不锈钢。,它的耐蚀性和其它不锈钢类似。能够耐大气、水、硝酸、碱、盐、有,机酸、有机化合物及其它氧化性环境的腐蚀;不耐非氧化性酸(硫酸、,盐酸等)的腐蚀。在含有卤素离子的溶液中可产生孔蚀和应力腐蚀破,裂。由于它不含镍,铬含量也较低,所以一般耐蚀性都低于铬17 铁素体,和铬18 镍9 奥氏体不锈钢。,它的强度和硬度高,韧性较低,常用于同时需要耐蚀性、强度和硬度,的部件,如阀门部件、球轴承等。一般不用作槽、管等化工设备。,4.2 铬17 不锈钢,铬17 不锈钢含铬1727,晶粒结构主要是带磁性的铁素体,所以,通称铁素体不锈钢。它不能经热处理硬化,但可通过冷加工硬化。,它的耐蚀性和其它不锈钢类似,耐大气性能优良,耐硝酸和其它氧化,性环境,也耐碱、盐、水、有机酸及其它有机化合物的腐蚀。不耐非氧,化性酸(硫酸、盐酸等)的腐蚀。其耐蚀性优于马氏体不锈钢,低于奥,氏体不锈钢,但在耐应力腐蚀破裂方面优于奥氏体不锈钢。,主要用于耐大气腐蚀的如汽车和建筑业的各类部件、家庭用具等,也,可用于硝酸工业的设备(如贮罐)。但因其焊接、加工性能远低于铬18,镍9 钢,故在化工方面的应用受到了限制。,本钢种有含钛、不含钛和低碳等几个品种,其耐蚀性基本相似,低碳,含钛的钢对晶间腐蚀有较强的抵抗力。,4.3 铬18 镍9 不锈钢,铬18 镍9 不锈钢(奥氏体)是含铬11以上或同时含镍的钢种的通称。它在,常温氧化性环境(如大气、水、强氧化性酸等)中容易钝化,使表面产生一层,以氧化铬(Cr2O3)为主,保护性很强的薄膜,其腐蚀率极低,因此得“不锈,钢”之名。但当温度增高或环境的氧化能力减小时,将由钝态变为活态,腐蚀,显著增大。各类不锈钢对有机酸、有机化合物、碱、中性溶液和多种气体都有,良好耐蚀性。在非氧化性酸(硫酸、盐酸等)中腐蚀严重。不锈钢设备的腐蚀,常常为局部腐蚀,当处于钝态和活态边缘,在含有卤素离子的盐溶液中,可能,产生孔蚀。在含有对应力腐蚀敏感离子(如Cl、OH等)的溶液中,受应力,的部分(如焊缝附近)则可能产生危险的应力腐蚀破裂。焊缝两侧的敏化区还,易产生晶间腐蚀。,铬镍钢的耐蚀性和机械性能都超过单纯铬钢。镍的加入促进奥氏体结构的生,成,可得到更好的机械性能,特别是使韧性提高,同时又增大了钝化范围,使,它更容易钝化。铬18 镍9 钢是不锈钢中用途最广的品种。它没有磁性,不能不,能经热处理硬化,但和铁素体不锈钢一样,可经冷加工硬化。,加入少量钛或铌的品种对晶间腐蚀的抗力较高,也称“稳定钢”。铬、镍含,量越高,耐蚀性和耐热性也越高,如铬25 镍20 钢就具有耐高温氧化的特点。此,外,还生产了以锰代镍的节镍或无镍钢(铬锰氮钢)。所有以上品种耐蚀性基,本相同,唯有含钼24%的铬镍钼钢对非氧化性酸、卤化物等介质的耐蚀性较,好,不易产生孔蚀,因差别较多,所以另列表。,4.4 铬18 镍12 钼(钛)不锈钢:,本钢种和一般铬镍不锈钢相似,氮由于加入了24%的钼,所,以在许多方面比铬镍不锈钢更为优越,特别是在非氧化性酸和热的有机酸、氯化物中的耐蚀性要比铬镍不锈钢好得多,抗孔蚀的能力也越好。,含钛或铌的钢对晶间腐蚀有较强的抗力。含钼的铬锰氮(镍)钢耐蚀性与钢种基本类似,因此,可作本钢种的代用品。,铬26 钼1 微碳铁素体不锈钢(E-Brite 26-1)耐蚀性与本钢种类似,与其它无镍铁素体钢同样具有耐孔蚀和应力腐蚀破裂的优点,且因碳、氮的含量低,所以也耐晶间腐蚀。可作本钢种的节镍代用品。,4.5 铬20 镍2230 不锈钢20 号合金:,铬20 镍2230 不锈钢不锈钢国外商品名为Durime 20(铸材),,Carpehter 20(锻材),Worthite。牌号见下表:,本类合金因铬、镍含量较高,所以耐蚀性比普通不锈钢更高。可,用于处理硫酸、硝酸、磷酸、混酸、亚硫酸、有机酸、碱、盐溶液、,硫化氢等。在某些浓度下,还可用于高温。但不耐浓或热的盐酸、湿,的氟、氯、溴、碘、王水等的腐蚀。因为价格较贵,一般由于腐蚀严,重的环境以及高温、高速下磨蚀严重的部件,如阀、泵等。不同牌号,的钢种由于合金成份略有差异,在个别环境中耐蚀性可能有差别,使,用时要注意。,五、 有色金属及其合金耐蚀性:,1. 铜及其合金:,铜及其合金具有高的导电性、导热性、塑性、冷韧性,并且在许多介质中具有高的耐蚀性能。,纯铜,也称紫铜。铜在一般大气、工业大气、海洋性大气中、比较稳定;在碱中、在弱的和中等浓度的非氧化性酸中也相当稳定,若溶液中有氧或氧化剂存在,腐蚀将更加严重。铜不耐硫化物(如H2S)腐蚀。铜具有高的导电性、导热性、塑性和良好的加工性能,另外,铜具有良好的冷韧性。但铜的强度低,铸造性能不好,且在某些介质中的耐蚀性不高,很少用作结构材料。,1.2 铜合金(,常用的铜合金有黄铜和青铜),1)黄铜,铜与锌组成的合金称为黄铜。为改善其性能,常加入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素,这样形成的合金称为特殊黄铜。,特点:机械性能与含锌量有着极为密切的关系;铸造性能很好;抗蚀性较好;含锌量大于20%的黄铜经冷加工后,在潮湿的大气、海水、高温高压水、蒸汽及一切含氨的环境中都可引起应力腐蚀断裂。黄铜在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易发生脱锌腐蚀,可在黄铜中加入0.02%的砷防止其发生。,2)青铜,凡是铜合金中的主加元素不是锌而是锡、铝、硅等其它元素者,通称,为青铜。常用的青铜有锡青铜、铝青铜和硅青铜等。,特点:锡青铜铸造性能较黄铜差,抗腐蚀性比纯铜和黄铜更好,但对,酸类的抗蚀性较差。铝青铜的机械性能也比黄铜和锡青铜高,而且在大,气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的耐蚀性。,硅青铜具有比锡青铜高的机械性能和较低的价格,而且铸造性能和冷、,热压力加工性能都很好。,2. 铝及其合金:,2.1 铝,特点:铝的密度小,比重为,约为铜的1/3;导电性、导热性、塑,性、冷韧性都好,但强度低,经冷变形后强度可提高;能承受各种压力,加工。铝是电极电位很负的元素,铝在强氧化性介质以及在氧化性酸,(如硝酸)中也是稳定的。卤素离子对铝的氧化膜有破坏作用,所以铝,在氢氟酸、盐酸、海水和其它含卤素离子的溶液中是不耐蚀的。,应用:广泛用于制造反应器、热交换器、冷却器、泵、阀、槽车、管,件等。,2.2 铝合金,纯铝的强度较低,若在铝中加入一些元素,如铜、镁、锌、锰、硅等,形成铝合金,其性能将会有很大的改善。,3. 钛及其合金,3.1 纯钛,特点:是很活泼的元素。有很好的钝化性能,钝化膜很稳定,在许多,环境中表现出很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。高温下,钛,的化学活性很高,能与卤素、氧、氮、碳、硫等元素发生剧烈反应。钛,一般不发生孔蚀;除在几种个别介质(如发烟硝酸、甲醇溶液)中,也,不发生晶间腐蚀;钛的应力腐蚀破裂敏感性小,具有抗腐蚀疲劳的性,能,耐缝隙腐蚀性能良好。,3.2 钛合金,特点:钛合金的机械性能与耐蚀性都比纯钛有明显提高。工业上使用,的都是钛合金。钛合金的主要腐蚀形态是氢脆和应力腐蚀破裂。,4. 镍及其合金,4.1 镍,特点:在各种温度、任何浓度的碱溶液和各种熔碱中,镍具有特别高,的耐蚀性。但镍在含硫气体、浓氨水和强烈充气氨溶液、含氧酸和盐酸,等介质中,耐蚀性很差。镍具有高强度、高塑性和冷韧的特性,能压延,成很薄的板和拉成细丝。镍很稀贵,在水处理工程和化工上主要用于制,造碱性介质设备,以及铁离子在反应过程中会发生催化影响而不能采用,不锈钢的那些过程设备。,4.2 镍合金,Ni-Cu 合金中的蒙乃尔合金具有很好的力学性能和机械性能,易于压,力加工和切削加工,耐蚀性好。主要用于在高温荷载下工作的耐蚀零件,和设备。Ni-Mo 合金中的哈氏合金(0Cr16Ni57Mo16Fe6W4)能耐室,温下所有浓度的盐酸和氢氟酸。Ni-Cr 合金中的因考尔合金,(0Cr15Ni57Fe),在高温下具有很好的力学性能和很高的抗氧化能,力,是能抗热浓MgCl2 腐蚀的少数几种材料之一。,END!,
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