3金属材料及其性能特点

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。不能热处理 强化铝合金图3.12铝合金相图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、性能及应用组别代号化学成分宣温机械性能用途热处理?b/MPaS /%工业 纯钛TAITi（杂质极微）退火3005003040在3501：以下工作、强度 要求不海的零件TA2Ti（杂质微）退火450 6()025 30TA3Ti（杂质微）退火55070020-25a钦 合 金TA4Ti3Al退火700：2在500 t以下工作的零 件导弹燃料雄、超音速 飞机的涡轮机匣TA5Ti-4Al-0.005B退火7005TA6Ti-5A1退火7001220B钦 厶金TB1Ti-3AI-8MollCr淬火110016在350匸以下工作的爼 件、压气机叶片.轴、轮盘 等重载荷旋转件，飞机构 件淬火十时效13005TB2Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al淬火100020淬火+时效13508a + B合 金TC1Ti-2AI-1.5Mn退火60080020-25在400亡以下工作的零 件有一定高温强度的发 动机零件低温用部件TC2Ti-3Al-1.5Mn退火70012 15TC3Tb5AI-4V退火900810TC4Ti6AI4V退火95010淬火+时效12008