实用金属材料机械类Word下载.docx

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C含量一般为0.02%～2%的铁碳合金，其中含有限量的Si,Mn和P,S及其他微量残余元素;

3.3、低碳钢：

C含量小于0.25%的碳素钢

3.4、中碳钢：

C含量为0.25%～0.6%的碳素钢

3.5、高碳钢：

C含量大于0.60%的碳素钢

3.6、低合金钢：

至少应有一种合金元素的含量在GB/T13304相应规定界限范围内，合金元素总含量大于5%的钢

3.7、中合金钢：

至少应有一种合金元素含量在GB/T13304相应规定界限范围内的钢。

合金钢通常包括合金结构钢、合金弹簧钢、合金工具钢、轴承钢等

3.8、高合金钢：

合金元素含量大于10%的合金钢。

3.9、低合金高强度结构钢：

用于建筑、桥梁、船舶、车辆、压力容器及其他结构，碳含量（熔炼分析）一般不大于0.2%，合金元素含量总和一般不大于2.5%，屈服强度不小于295MPa，具有较好的冲击韧性和焊接性的低合金钢

3.10、不锈钢：

cr含量不小于10.5%的不锈钢和耐酸钢的总称。

不锈钢是指在大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质中不生锈的钢。

耐酸钢是指在酸、碱、盐等侵蚀性较强的介质中能抵抗腐蚀作用的钢。

4、有色金属的分类

4.1、轻有色金属：

轻有色金属，密度小于4.5g/cm³

的有色金属，有Al、Mg、Ca、K、Sr、Ba等金属及其合金

4.2、重有色金属：

密度大于4.5g/cm³

的有色金属，有Ca、Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Sb和Bi等金属及其合金。

其中，最常用的是铜及其合金，它包括纯铜（紫铜）、铜锌合金（黄铜）、铜锡合金（锡青铜）、无锡青铜（如铝青铜、锰青铜、铅青铜等）、铜镍合金（白铜）等产品;

5、金属加工方法及其工艺性

5.1、特种铸造方法：

与砂型铸造不同的其他铸造方法。

如熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、真空吸铸和连续铸造等

5.2、锻造：

锻造是指对金属毛坯施加压力或冲击力，使其产生塑性变形，制成所需几何形状、尺寸和组织性能的一种加工方法。

用锻造方法制成的金属件称为锻件。

5.3、冷变形和热变形：

金属分别在再结晶温度以下和以上进行的塑性变形，称为冷变形和热变形

5.4、冷弯性：

金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂的能力，称为冷弯性。

出现裂纹前能承受的弯曲程度愈大，则材料的冷弯性能愈好。

5.5、冲压性：

冲压性是指金属经过冲压变形而不产生裂纹等缺陷的能力。

5.6、切削加工工艺：

切削加工工艺特征取决于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。

按工艺特征，切削加工一般可分为车削、铣削、钻削、惶削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、超精加工、抛光、齿轮加工、涡轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等

5.7、焊接性：

可焊性是指金属在特定结构和工艺条件下，通过常用焊接方法获得预期质量要求焊接接头的一种性能。

焊接性一般根据焊接件产生的裂纹敏感性和焊缝力学性能的变化来判断

6、热处理相关概念：

6.1、热处理：

将金属型材或零件加热到远低于熔点的一定温度，并在此温度保温一段时间，然后冷却至一定温度的工艺过程，称为热处理。

6.2、临界点：

金属加热和冷却时发生相变转变的温度叫临界点或临界温度；

6.3、再结晶：

金属由于冷加工变形，使晶格发生歪扭，晶粒破碎，产生加工硬化，当加热到适当温度并保温后，金属内将进行重新成核和晶核长大，获得没有内应力和加工硬化的组织。

这种在固态金属内没有相变的结晶过程，也就是使加工硬化的金属不经过相变进行软化的过程，就叫做再结晶。

可以进行再结晶的最低温度叫做再结晶温度

6.4、重结晶：

具有多型性相变的金属，当温度改变超过临界转变温度时，发生从一种点阵结构转变成另一种点阵结构的过程。

在这种相变中，金属发生重新成核和晶核长大的结晶过程叫做重结晶；

6.5、退火：

退火是将金属加热到临界点或再结晶温度以上并保温一段时间，然后以小于静止空气中的冷却速（炉冷）进行缓冷的一种热处理工艺。

6.6、退火目的：

降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和压力加工;

减少残余应力，使成分均匀化;

细化晶粒，提高材料的力学性能。

6.7、退火分类：

退火可分为完全退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火、等温退火、光亮退火、扩散退火和相变温度以下的低温退火等。

6.8、正火：

正火是将金属加热到Ac3或Acm3,以上30°

~50°

，使金属转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却得到珠光体组织的热处理工艺。

正火的冷却速度比退火大，得到的珠光体组织比退火时的为细，弥散度也大一些。

正火仅适用于碳素钢和低合金钢，可以细化晶粒，提高力学性能，消除过共析钢渗碳体网状组织；

6.9、淬火：

淬火是将金属加热到临界温度以上，经保温后以大于临界冷却速度快速冷却的一种热处理工艺，其目的是:

获得马氏体为主的不平衡组织（也有根据需要获得贝氏体或单一奥氏体组织的），提高硬度，改善某些物理、化学性能；

6.10、回火：

回火是将已淬火的金属重新加热到AC1以下温度，经保温和冷却的一种热处理工艺。

其目的是消除某些材料淬火时的内应力.提高塑性和韧性，稳定组织。

回火分低温、中温和高温回火三种

备注：

淬火以后一定要进行回火，回火指针对淬火金属材料的热处理工艺；

6.11、调质处理：

淬火+高温回火，获得良好的综合力学性能。

6.12、固溶处理：

固溶处理是将金属加热到适当温度并经过充分保温，使其中的某些组成物溶解到金属基体中去，形成均匀的固溶体，然后迅速冷却，使溶入的组成物保存在固溶体中的一种热处理工艺；

6.13、实效处理：

金属经淬火或加工变形后，特别是冷加工变形后，随着时间的延长，硬度和强度有所增加而塑性和韧性下降。

其组织由亚稳态逐渐过渡到稳定状态。

这种现象称为时效。

这种处理工艺即为时效处理，它可分为自然时效和人工时效两种；

6.14、淬硬性：

金属在正常淬火条件下形成马氏体组织以达到其最高硬度值，称为淬硬性。

金属的淬硬性愈好，则淬火后能达到的硬度愈高。

它是选用金属材料时必须考虑的重要条件之一

6.15、淬火透性：

金属材料通过淬火获得一定淬透层深度的能力称为淬透性。

它是衡量各类钢接受淬火能力的重要指标之一。

淬硬层深度是指钢的表面到钢的半马氏体组织处的深度。

淬硬层深度越大，钢的淬透性越好。

淬透性是选择结构钢件及其热处理工艺的可靠依据

6.16、渗碳：

渗碳是将碳元素渗人钢制品表层，以增加表层碳分的一种化学热处理，其作用是提高钢制品表层的硬度和耐磨性，而其内部仍保持原来的韧性；

6.17、渗氮：

渗氮是将元素渗人钢制品表层的一种化学热处理，其作用是提高钢制品表层的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性；

6.18、固溶体：

一种元素或几种元素的原子溶于基体金属元索，不改变基体金属晶格类型，所形成的固态相，称为固溶体。

6.19、金属化合物：

合金中不同元素的原子相互作用形成的，晶格类型和性能完全不同于其组成元素的，具有金属特性的固态相，称为金属化合物。

金属化合物多数具有熔点高，硬而脆的特点，是合金中很重要的强化相

6.20、球化组织：

球化组织是指金属材料经热处理后，在金属基体组织上分布的粒状碳化物

6.21、铁素体：

铁素体是碳和其他元素溶解于α一Fe中的固溶体。

铁素体具有体石立方晶格，含碳量极少，其性能与纯铁极为相似，也叫纯铁体；

6.22、奥氏体：

奥氏体是碳和其他元素溶解在下γ一Fe中的固溶体，在合金钢中则是碳和合金元素溶于下γ一Fe中所形成的固溶体。

奥氏体具有面心立方晶格，塑性好，一般在高温下存在；

6.23、渗碳体：

渗碳体是铁和碳的化合物，也称碳化三铁（Fe3C），含碳量6.69%具有复杂的晶体结构，其性能硬而脆，几乎没有塑性。

6.24、珠光体：

珠光体是铁素体和渗碳体相间的片层状组织，因其显微组织有指纹状的珍珠光泽而得名。

其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度适中，并具有良好的塑性和韧性

6.25、索氏体：

又名细珠光体，是奥氏体在低于珠光体形成温度时分解而成的铁素体和渗碳体的混合物；

硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体。

6.26、屈氏体：

又名极细珠光体，其层片比索氏体更细，其硬度和强度均高于索氏体；

6.27、贝氏体：

贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。

6.28、马氏体：

马氏体通常是指碳在α一Fe中的过饱和固溶体。

6.30、冷隔：

冷隔是铸件上包含有先凝固的金属块，或金属液在铸型内融合成一个整体，被表面有圆角的缝隙隔开的现象，属铸件缺陷

6.31、过热：

过热是钢制品在加热时，由于温度过高，使其内部的晶粒产生粗大的现象。

这种现象会使材料表层的韧性下降，是锻造和热处理工艺中容易产生的一种缺陷。

但是，这种缺陷可以通过其他办法来补救

6.32、过烧：

过烧俗称烧伤，是指由于加热温度过高等原因在金属型材表面产生的横向开裂。

一般呈龟裂状，裂纹短浅多在局部角上。

裂口内有肉眼可见的粗大晶粒。

与过热不同。

这是一种无法补救的缺陷

6.33、脱碳：

热加工或热处理时，由于钢材表面的炉气作用，钢材表面失去全部或部分碳量，称为脱碳。

钢材表面脱碳会大大降低表面硬度和耐磨性，并使轴承钢和弹簧钢的疲劳极限降低。

6.34、白点：

白点是钢材内部组织存在的细小发纹。

因为在平行于压延方向的断

口上表现为椭圆形银白色斑点，所以称为白点

7、材料的机械特性

7.1、弹性：

金属材料受外力作用发生变形，去除外力后则恢复原来形状和尺寸的能力，称为弹性。

7.2、平面断裂韧性：

表示材料韧性的一个参量。

其定义是材料抗断裂扩展的能力。

7.3、塑性：

金属材料在外力作用下产生永久变形（去除外力后不能恢复原状），但不会被破坏的能力，称为塑性；

反映材料塑性的指标为伸长率和断面收缩率。

7.4、冲击韧性：

金属材料对冲击负荷的抵抗能力称为韧性。

通常用冲击吸收功或冲击韧性值表示；

7.5、冷脆性：

钢的冲击韧性随温度下降而降低的性质称为冷脆性

7.6、持久强度：

是金属材料在一定温度下，经过一定时间后达到破坏时所承受的应力。

7.7、蠕变强度：

是金属材料在给定温度和规定的试验时间内，使试样产生蠕变变形的应力值。

7.8、疲劳强度：

疲劳强度是金属材料在重复或交变应力作用下循环一定周次N后断

裂时所能承受的最大应力。

单位为MPa或N/mm²

7.9、硬度：

材料抵抗外物压人其表面的能力成为硬度

7.10、硬度

7.10.1、布氏硬度：

用淬硬钢球或硬质合金球压人试样表面，并在规定载荷作用下保持一定时间，以其压痕面积除以载荷所得的商，即为材料的布氏硬度。

HBS适用于HB450以下的材料，HBW适用于HB650以下的材料，主要是退火，正火和调质状态下的钢，铸铁及有色金属

7.10.2、洛氏硬度：

HRC:

用120°

的金刚石锥加160kg载荷进行试验所得硬度值。

适用于测量调质钢、淬火钢等较硬的金属材料

HRB:

用直径1.59mm的淬硬钢球加100kg载荷进行试验所得硬度值，适用于测量有色金属和合金，退火和正火钢等较软的金属材料的硬度

HRA:

用120°

的金刚石锥加60kg载荷进行试验所得硬度值。

适用于表面硬度极高的材料，如硬质合金等

7.10.3、维氏硬度：

用夹角为136°

的金刚石四棱锥压头，在一定载荷作用下压

入试样，经规定保荷时间后，卸荷测量压痕对角线尺寸。

用于测定薄板，表层，粉末冶金硬度等。

7.10、晶间腐蚀：

晶间腐蚀在金属内部沿晶粒边缘进行，通常不引起金属外形的任何变化，往往使设备或机件突然破坏。

7.11、点腐蚀：

点腐蚀几种在金属表面不大的区域，并迅速向深处发展，最后穿透金属，是一种危害较大的腐蚀破坏。

7.12、应力腐蚀：

应力腐蚀是指在静应力（金属的内外应力）作用下，金属在腐蚀介质中所受到的破坏。

这种腐蚀一般是穿过晶粒即所谓穿晶腐蚀。

7.13、疲劳腐蚀：

疲劳腐蚀是指在交变应力作用下，金属在腐蚀介质中所受到的破坏。

它也是一种穿晶腐蚀。

8、钢的牌号表示方法。

8.1、碳素结构钢和低合金结构钢：

Q+屈服强度+质量等级+脱氧方法（可以省略）

例如：

号。

例如:

碳索结构钢牌号表示为:

Q235AF、Q235BZ;

低合金高强度结构钢牌号表示为:

Q345C、Q345D;

8.2、优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢：

优质碳素结构钢采用阿拉伯数字表示，以两位阿拉伯数字表示平均含C量（以万分之几计）；

对于沸腾钢和半沸腾钢需要在阿拉伯数字后面加F或b，对于镇定钢不用；

08F,10b，45；

8.3、合金结构钢和合金弹簧钢：

合金结构钢牌号采用阿拉伯数字和合金元素符号表示。

用两位阿拉伯数字表示平均含C量（以万分之几计），放在牌号头部。

合金元素含量表示方法为:

平均含量小于1.0%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量;

平均合金含量为1.5%~2.49%、2.5%~3.49%、3.50%~4.49%、4.50%---5.4%时，在合金元素后相应写成2、3、4、5.例如:

C,Cr,Mn,Si的平均含量分别为0.3%,0.95%,0.85%,1.05%的合金结构钢,其牌号表示为“30CrMnSi”；

8.4、工具钢：

分为碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；

普通含锰量碳素工具钢:

在表示工具钢符号“T”后加阿拉伯数字,例如:

平均含C量为0.9%的碳素工具钢，其牌号表示为“T9”

较高含锰量碳素工具钢:

在表示工具钢符号“T”和阿拉伯数字后加Mn元素符号。

平均含C量为0.8%、含Mn量为0.4%~0.6%的碳素工具钢，其牌号表示为T8Mn

高级优质碳素工具钢:

在牌号尾部加符号A，例如:

平均含C量为1.0%的高级优质碳索工具钢，其牌号表示为T10A

合金工具钢和高速工具钢表示方法与合金结构钢相同。

采用合金元素符号和阿拉伯数字表示，但一般不标明含c量数字；

如：

Cr12MoV

8.5、轴承钢：

高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢、高温轴承钢四种

高碳铬、渗碳轴承钢，在牌号头部加符号“G”，但不标明含C量，Cr含量以千分之几计，其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示。

例如G15Cr、G20CrNiMo

9、合金元素在生铁和铸铁中的作用

9.1、C:

在铸铁中以石墨形式存在，能增加铁的铸造性能；

在炼钢生铁中主要以碳化铁形式存在，适当的含量可以提高生铁的强度和硬度，含量过高切削加工性能不好；

9.2、P：

P属于有害元素，但P可使铁水的流动性增加，这是因为P减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含P量较高。

然而P的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含P量应少。

9.3、S：

S在生铁中是有害元素，它促使Fe与C的结合，使Fe硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，因此含S高的生铁不适于铸造细件。

9.4、Si：

Si能强烈促使生铁中所含的C分离为石墨状，适量的Si是铸铁获得所需组织和性能的重要元素。

此外还可以去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性低铸件的收缩量，但含Si过多，也会使生铁变硬变脆；

9.5、Mn：

Mn能溶于铁素体和渗碳体。

Mn能阻碍铸铁石墨化，适量的Mn有利于铸铁基体获得珠光体和铁素体组织。

10、合金元素对钢中的作用

10.1、B：

微量B能提高钢的淬透性，但随钢中C含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失；

10.2、C:

C含量增加，钢的硬度和强度也提高，但塑性和韧性随之下降

10.3、P:

P的固溶强化及冷作硬化作用很好，与Cu联合使用，提高低合金高强度耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能；

10.4、S:

产生热脆现象，恶化钢的质量;

S含量高，对焊接性产生不好影响;

10.5、O:

氧是钢中有害的元素

10.6、H:

钢中溶有H会引起钢的氢脆、白点等缺陷；

10.7、Si：

Si是常用的脱氧剂，有固溶强化作用，提高淬透性，抗回火性提高弹性极限，中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化；

10.8、Mn：

Mn降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素；

10.9、Pb：

能改善钢的切削加工性能

10.10、Co：

有固溶强化作用，使钢具有红硬性，提高高温性能、抗氧化和耐腐蚀性，为高温合金及超硬高速钢的重要合金元素；

10.11、Ni：

Ni能提高塑性及韧性（提高低温韧性更明显），改善耐蚀性能，与Cr,Mo联合使用，提高热强性.是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一；

10.12、Ti：

Ti的固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合物却降低钢的淬透性。

改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性；

10.13、V：

V固溶于奥氏体中可提高钢的悴透性，但化合状态存在的V，会降低钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用，固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用。

细化晶粒以提高低温冲击韧性，碳化钒是最硬耐磨性最好的金属碳化物，明显提高工具钢的寿命，提高钢的蠕变和持久强度；

10.14、Cr：

Cr能提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳钢的耐磨性，含Cr量超过12%时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性.是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，但含量高时易产生脆性；

10.15、Mo：

Mo提高钢的淬透性；

10.16、W:

W有二次硬化作用，使钢具有红硬性，提高耐磨性,同时提高钢的淬透性；

10.17、Al:

主要作用为细化晶粒和脱氧，在渗氮钢中能促成渗氮层，含量高时，能提高高温氧化性，耐H2S气体的腐蚀作用.固溶强化作用大，提高耐热合金的热强性，有促使石墨化倾向。

10.18、RE：

普通低合金钢中加人适量的稀土元素，有良好的脱氧去硫作用，可以提高冲击韧性，特别是低温冲击韧性，改善各向异性性能。

稀土元素能提高锻轧钢材的塑性和冲击韧性.特别是在铸钢中尤为明显。

11、合金元素对Cu合金的作用

11.1、青铜：

Sn是青铜中的主要元素，当Sn含量大于7%时，强度、塑性均下降。

铍青铜之所以出名，是因为Be能提高青铜的强度、硬度和弹性极限、疲劳极限和耐磨性，并有优良的抗腐蚀性和导电性。

此外，铍青铜工件受冲击时不产生火花，故常用来做防爆工具；

11.2、黄铜：

Zn是黄铜中的主要元素，当Zn含量大于32%时，塑性降低、脆性增加；

11.3、白铜：

Ni是白铜中的主要元素，Ni能明显提高Cu的强度、耐腐蚀性、电阻和热电势，并具有良好的冷热加工性能;

12、灰铸铁组织

牌号

硬度等级

铸件上的硬度范围HB

相应金相组织

HT100

H145

≤170

铁素体

HTI50

H175

I50~200

铁素体十珠光体

HT200

H195

I70~220

珠光体

HT250

H215

190~240

HT300

H235

210~260

珠光体（孕育铸铁）

H255

230~280

13、灰铸铁的应用

工作条件

工具举例

承受负荷小，变形也小

且磨损无关紧要的零部件

适用于低应力和不重要的零部件，如盖、外罩、手轮和支架等

HT150

承受中等负荷以及摩擦面间的单位面积压力不大于490KPa的零部件

适用于中等应力的零部件，如底座、床身、工作台和阀体等

承受较大负荷以及摩擦面间的单位面积压力大于490kPa且要保持气密性的零部件

适用于中等应力的零部件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱和油缸等

承受高弯曲力和高拉力及

摩擦面间的单位面积压力≥1960kPa，且要保持气密性的零部件

适用于受力较大的床身、机座、主轴、卡盘、齿轮，以及大型发动机的曲轴、汽缸体和汽缸盖等

HT350

14、蠕化铸铁的应用

RuT420

RuT380

具有高强度、高硬度、高耐磨性和较高导热率，用于制造要求强度或耐磨性高的零件，如活塞环、汽缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘和吸淤泵体等

RuT340

具有较高强度和硬度，较高耐磨性和导热率，用于制造要求较高强度、刚度和耐磨的零件，如带导轨面的重型机床件、大型龙门铣横梁、大型齿轮箱体（盖、座），刹车鼓、起重机卷筒和飞轮等

RuT300

具有适中的强度和硬度，导热率较高，且致密性较好，用于制造要求较高强度并承受热疲劳的零件，如排气管、变速箱体、汽缸盖、液压件和钢锭模等

RuT260

具有一般强度，硬度较低，有较高的塑性、韧性和导热率，用于制造受冲击和热疲劳的零件，如增压器废气进气壳体、汽车和拖拉机的某些底盘零件等

15、球墨铸铁的应用

QT400-18

QT400-15

用于高塑性低强度阀体（泵）受压容器（壳、箱）汽车底盘悬挂件等

QT450-10

QT500-7

用于中等塑性和中等强度的机器底架、支架、千斤顶座、液压缸体、齿轮和连杆等

QT600-3

QT700-2

用于低塑性高强度的曲轴、凸轮轴、连杆和齿轮轴等

QT800-2

QT900-2

用于高强度并具有适当韧性的高速重负荷齿轮、花键轴、凸轮轴以及轴承套圈等

16、可锻铸铁的应用

用途

黑心可锻

铸铁

KTH300-06

具有较高的冲击韧性和适当的强度，用于承受重击、振动和扭转负荷下的工作零件以及管道配件等

KTH330-08

KTH350-10

KTH370-12

珠光体可

锻铸铁