金屬材料分類與應(yīng)用

金屬材料分類與應(yīng)用第一頁，共66頁。金屬材料性能指標(biāo)1.常溫下機(jī)械性能

（1）強(qiáng)度和塑性（2）硬度【布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度】（3）沖擊韌性和斷裂韌性（4）疲勞強(qiáng)度

2.高溫機(jī)械性能

（1）高溫下金屬的強(qiáng)度和溫度及時間有關(guān)。（2）金屬長時間在恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，也會產(chǎn)生塑性變形----蠕變。（3）在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)材料斷裂所能承受的最大應(yīng)力—持久強(qiáng)度（4）持久塑性（5）抗松弛性3.工藝性能

鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削性能。4.物理性能：

是金屬的固有屬性。主要有：密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等第二頁，共66頁。材料的性能使用性能工藝性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛壓性能熱處理性能焊接性能第三頁，共66頁。力學(xué)性能定義:

是指金屬材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的抵抗能力。第四頁，共66頁。力—伸長曲線FesbkLFsFbO屈服彈性變形縮頸斷裂塑性變形塑性變形:外力去除后不能消失的變形第五頁，共66頁。硬度(hardness)1.定義：

是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。第六頁，共66頁。2.硬度試驗方法：（1）壓入法（2）劃痕法（3）回跳法第七頁，共66頁。

布氏硬度HB

洛氏硬度HR

維氏硬度HV壓入法第八頁，共66頁。試驗原理：

用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。第九頁，共66頁。硬度的標(biāo)注：符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。第十頁，共66頁。二、按照實用來分類：黑色金屬：指鐵及鐵的合金。如生鐵、鑄鐵、鐵合金、鋼等。有色金屬：除黑色金屬以外的金屬及合金。金屬材料的分類一、按照組成成分來分類：純金屬：（簡單金屬）由1種金屬元素組成的物質(zhì)。工業(yè)上應(yīng)用較少。合金：（復(fù)雜金屬）由1種元素為主的與另外1種或幾種金屬元素或非金屬元素組成的物質(zhì)。種類繁多，應(yīng)用廣泛。

第十一頁，共66頁。金屬材料在應(yīng)用上通常分為以下兩大類：鐵合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）非鐵合金—除鐵合金外的所有金屬及合金按照以下順序進(jìn)行介紹：1、碳素鋼

2、鑄鐵

3、合金鋼

4、有色金屬及其合金金屬材料的分類第十二頁，共66頁。碳鋼分類及其應(yīng)用第十三頁，共66頁。碳鋼的定義碳鋼：含碳量為0.02~2.11%的鐵碳合金第十四頁，共66頁。碳鋼的分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：機(jī)械零件及金屬構(gòu)件碳素工具鋼：各種工具2、按用途分：低碳鋼（C0.25%）中碳鋼（C=0.25%—0.55%）高碳鋼（C0.55%）1、按含碳量分：第十五頁，共66頁。3、按質(zhì)量分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：S0.035%—0.05%P0.035%—0.045%優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:S0.035%P0.035%高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：S0.02%P0.03%碳鋼的分類4、按脫氧程度分：沸騰鋼（F）鎮(zhèn)靜鋼（Z）半鎮(zhèn)靜鋼（b）

第十六頁，共66頁。碳鋼的分類按冶煉方法分類

可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、特殊冶煉爐鋼等。按用途分類

可分為工具鋼、彈簧鋼、低溫鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼等第十七頁，共66頁。碳鋼內(nèi)含元素硫---有害的雜質(zhì)元素

“熱脆”現(xiàn)象;降低焊接性。

一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響錳---有益的雜質(zhì)元素

消除硫在鋼中的有害影響氫---有害元素塑性、韌性降低，引起“氫脆”及白點）

第十八頁，共66頁。硅---有益元素鋼的強(qiáng)度、彈性提高。磷---有害元素“冷脆”。含磷量較高時，使鋼的焊接性能變壞

氮和氧---有害元素氮使鋼的塑性、韌性降低而脆性增大氧使鋼的強(qiáng)度和塑性降低，增加鋼的熱脆性錳硅—有益元素硫磷氫氧氮—有害元素第十九頁，共66頁。碳鋼的編號、性質(zhì)和用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼編號：Q—質(zhì)量等級?脫氧程度用途：金屬構(gòu)件、型鋼、墊片、鉚釘、普通小零件2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號：——平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)Q

235—A

?

F20、4560Mn

、65Mn第二十頁，共66頁。低碳鋼（10、15、20、25）性能：強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性好，焊接性好用途：金屬構(gòu)件、型鋼、鋼板、鋼管等

中碳鋼（35、40、45、50）性能：良好的綜合機(jī)械性能用途：重要機(jī)械零件，如軸、齒輪、螺栓高碳鋼（60、65、65Mn）性能：高強(qiáng)度、高彈性用途：彈簧、高強(qiáng)度零件第二十一頁，共66頁。碳素工具鋼編號：T

或T用途：各種量具、刃具、磨具含碳量為0.651.3%平均含碳量的千分?jǐn)?shù)T8、T10、T10A高級優(yōu)質(zhì)鋼性能：硬度高、耐磨性好第二十二頁，共66頁。碳素鑄鋼編號：鑄造碳鋼：ZG

工程用鑄鋼：ZG——鑄鋼件：將鋼水直接鑄成零件毛坯后，不再進(jìn)行鍛壓加工的鋼件鑄鋼：制造鑄鋼件的鋼平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度（Mpa）ZG25（ZG230-450）性能:一定強(qiáng)度、良好塑、韌性、焊接性、鑄造性用途：400-450oC以下鑄件，用于隔板、蒸汽室、噴嘴室、軸承蓋含碳量為0.150.55%第二十三頁，共66頁。鑄鐵分類及其應(yīng)用第二十四頁，共66頁。成分：2.5-4%CSi,S,P,Mn

組織：碳以Fe3C及C形式存在性能：1）強(qiáng)度、塑性、韌性低

2）良好的減振性、減摩性、切削加工性鑄造性，低的缺口敏感性鑄鐵工業(yè)鑄鐵鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金第二十五頁，共66頁。鑄鐵的分類1、白口鑄鐵（碳以Fe3C存在）2、灰口鑄鐵：（片狀石墨）4、球墨鑄鐵：（球狀石墨）3、可鍛鑄鐵：（團(tuán)絮狀石墨）第二十六頁，共66頁。灰口鑄鐵性能：抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、塑性、韌性低，硬度、抗壓強(qiáng)度取決于基體組織牌號：HT用途：不受沖擊、承壓、減振零件，如機(jī)身、機(jī)座、泵體、閥門汽缸套抗拉強(qiáng)度HT200第二十七頁，共66頁?？慑戣T鐵性能：強(qiáng)度、塑性、韌性高于灰口鑄鐵牌號：KTB—(白心可鍛鑄鐵）

KTH—（黑心鐵素體可鍛鑄鐵）

KTZ—（黑心珠光體可鍛鑄鐵）用途：形狀復(fù)雜、受動載荷作用，要求強(qiáng)度、塑韌性較高鑄件，如連桿、低中壓閥門、管接頭b(%)第二十八頁，共66頁。組織：F+G,P+G,F+P+G,B下+G球墨鑄鐵性能：強(qiáng)度高于其他鑄鐵，塑性、韌性高于灰口鑄鐵，屈強(qiáng)比高牌號：QT—用途：用于要求強(qiáng)度較高、受沖擊、耐磨損的重要零件，如后汽缸、后幾級隔板、磨煤機(jī)襯板b(%)第二十九頁，共66頁。合金鑄鐵耐熱鑄鐵的編號：RT+元素符號+數(shù)字

RQT+元素符號+數(shù)字用途：鍋爐受熱面吊架、噴嘴、煙道擋板1、耐熱鑄鐵--鉻、硅、鋁鑄鐵的耐熱性：在高溫下抗氧化、抗生長并保持較高的強(qiáng)度、硬度及抗蠕變的能力鑄鐵的生長：鑄鐵在400C以上，特別是經(jīng)反復(fù)

加熱，體積逐漸增大的現(xiàn)象RTCr16(900C)RQTAL22(1100C)第三十頁，共66頁。

3）中錳球墨鑄鐵：用于球磨機(jī)的襯板、鋼球、煤粉機(jī)錘頭1）冷硬鑄鐵：用于：低速球磨機(jī)襯板、磨球2）合金白口鑄鐵（猛、硅、鉻、鉬、鎢）用于球磨機(jī)襯板、灰漿泵泵體、葉輪、護(hù)板耐磨鑄鐵第三十一頁，共66頁。合金鋼分類及其應(yīng)用第三十二頁，共66頁。合金鋼定義及常用元素合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意加入一些其它元素的鋼常用合金元素：鉻、錳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、硼、鎳、鋯、稀土等第三十三頁，共66頁。

1、溶入鐵素體—合金鐵素體（合金元素溶入鐵素體中形成的固溶體）?固溶強(qiáng)化，使強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性有下降趨勢，有些元素若加入量適當(dāng)，韌性可以提高2、形成碳化物一、合金元素對鋼的影響（一）合金元素在鋼中的存在形式非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu等碳化物形成元素：MnCrMoWVNbZrTi

(弱）（中強(qiáng)）（強(qiáng)）第三十四頁，共66頁。含有碳化物的鋼的性能鋼中所有碳化物和Fe3C一樣硬而脆——碳化物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布碳化物呈細(xì)小顆粒狀彌散分布時，鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，又不降低塑性和韌性；

隨碳化物數(shù)量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，塑性、韌性第三十五頁，共66頁。除Ni、Co元素外，大多數(shù)合金元素使奧氏體化過程減慢

奧氏體化溫度提高奧氏體化的保溫時間也較碳鋼長合金元素對鋼的熱處理的影響1、合金元素對奧氏體化的影響合金元素除錳、磷外，幾乎都能不同程度地阻止奧氏體晶粒的長大，即在奧氏體化的過程中能細(xì)化晶粒合金鋼的奧氏體化溫度高一些，時間長一些第三十六頁，共66頁。3、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響——提高回火穩(wěn)定性（淬火鋼在回火過程中抵抗強(qiáng)度、硬度下降的能力）合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高第三十七頁，共66頁。合金鋼的分類按照用途分類（3類）合金結(jié)構(gòu)鋼：用作工程構(gòu)件（管道及支架等）；各種機(jī)械零件（軸類、齒輪、彈簧、葉輪等）合金工具鋼：用作測量工具、模具、刀具等特殊性能鋼：如不銹鋼、耐熱鋼等，具有特殊的物理性能或化學(xué)性能。第三十八頁，共66頁。合金鋼的分類按照金相組織分類：珠光體、貝氏體、馬氏體、奧氏體、鐵素體等。按照合金元素含量分類：低合金鋼：合金元素含量不大于5%中合金鋼：合金元素含量在5%---10%之間高合金鋼：：合金元素含量大于10%第三十九頁，共66頁。合金鋼的編號

編號方法原則采用“數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字”的方法。第四十頁，共66頁。（1）合金結(jié)構(gòu)鋼編號

前面數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)，元素符號表示鋼中所含的合金元素，用化學(xué)符號表示，后面的數(shù)字表示合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素的平均含量四舍五入。

如含S、P量低的高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號的末尾加以符號“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20％、Cr=2.0％、Ni=4.0％的高級優(yōu)質(zhì)合金鋼第四十一頁，共66頁。（2）滾動軸承鋼與易切鋼

滾動承鋼牌號為“G+平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)”組成，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。如GCr15（滾鉻15）表示平均含鉻量為1.5％的滾動軸承鋼。易切鋼為“Y”+碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。如Y12、Y20分別表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12％、0.20％的易切鋼。第四十二頁，共66頁。（3）合金工具鋼

及高速鋼合金工具鋼的編號方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別的是平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0％時不標(biāo)出，＜1.0％時以千分?jǐn)?shù)表示如9SiCr表示平均碳質(zhì)量數(shù)為0.9％，Si、Cr的平均含量＜1.5％；CrMn表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0％，Cr、Mn平均含量＜1.5％。對于高速鋼不論碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，均不標(biāo)出。如W18Cr4V表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7％～0.8％、含鎢量為18％、含鉻量為4％、含釩量＜1.5％第四十三頁，共66頁。特殊性能鋼牌號前面的數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。如9Cr18表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9％，含鉻量為18％當(dāng)平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03％及0.08％時，在鋼號前分別標(biāo)以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03％、含鉻量為18％、含鎳量為10％；又如0Cr19Ni9表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.08％、平均含鉻量為19％、平均含鎳量為9％。第四十四頁，共66頁。工程結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼低碳、低合金，C<0.2％，合金元素總量<3.0％。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。Mn是基本強(qiáng)化元素，提高強(qiáng)度、改善塑性。Ti、Nb、V提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Cu、P可提高鋼對大氣的抗蝕能力。（2）鍋爐鋼專用于鍋爐制造的低合金結(jié)構(gòu)鋼，有專用牌號。后邊帶有G字母

鍋爐鋼Si含量不能太低，以保證Si氧化膜覆蓋于鋼的表面，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和抗氧化性，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能太高，便于焊接。第四十五頁，共66頁。合金調(diào)質(zhì)鋼是指淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后使用的結(jié)構(gòu)鋼。按淬透性大小可分三類1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要40Cr、40MnB等。合金元素總量<2.5％，淬透性低，綜合力學(xué)性能及工藝性能好，可用于制造中小截面零件。如汽車、拖拉機(jī)軸、連桿、齒輪。2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要牌號35CrMo、40CrNi。合金元素總量不大于3.5％，可用于制作大截面、重載齒輪、曲軸和連桿等。3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要牌號40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素總量達(dá)4.0％以上，淬透性高，可用于制作汽輪機(jī)的主軸、葉輪等。第四十六頁，共66頁。常用耐熱鋼1）奧氏體耐熱鋼：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等?？稍?00～750℃使用。用于汽輪機(jī)、鍋爐等的高溫裝置的重要構(gòu)件。2）鐵素體耐熱鋼：可在低于650℃工作。如15CrMo、1Cr17等可長期在580～650℃使用。3）馬氏體耐熱鋼：一般含Cr量高，有較高的抗氧化性和熱強(qiáng)性，淬透性好。一般用于600～650℃以下受力較大的零件，如各種汽輪機(jī)葉片等。4）珠光體耐熱鋼：合金元素總量<3～5％，常用Cr12MoV、15CrMo等。在500℃以下工作。第四十七頁，共66頁。耐熱鋼的化學(xué)穩(wěn)定性一、腐蝕原理：按照腐蝕的原理可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕二、電廠常見的腐蝕損壞類型(一)蒸汽腐蝕（二）煙氣腐蝕（三）垢下腐蝕（四）苛性脆化（五）應(yīng)力腐蝕（六）腐蝕疲勞三、提高鋼耐腐蝕性能的方法最根本的方法是在鋼中加入合金元素以提高鋼的抗氧化性能和抗電化學(xué)府蝕的能力。第四十八頁，共66頁。耐熱鋼的組織穩(wěn)定性一、碳化物的球化二、石墨化三、固溶體中合金元素的球化第四十九頁，共66頁。耐熱鋼中合金元素的作用合金元素：鉻、鉬、釩、鎢、鈦、鈮硼、硅、稀土元素1、碳的作用2、鉻能使鋼的性能在很多方面得到改善和提高3、鉬是耐熱鋼中強(qiáng)化固溶體的主要元素.4、能阻礙鉬和鉻元素由固溶體向碳化物中遷移5、鈦和鈮與釩一樣還能有效地防止不銹鋼的晶間腐蝕6、鋁和硅在鋼中能顯著地提高鋼的抗氧化性7、鎳能增加鋼的淬透性，國而能提高鋼的強(qiáng)度第五十頁，共66頁。滾動軸承鋼用來制造軸承的滾珠、滾針、內(nèi)外套圈和一些工、量、模具等。C：0.9～1.1％，Cr：0.5～1.65％，高碳獲得高硬度和耐磨性；鉻可提高淬透性，細(xì)化碳化物，提高耐磨性和韌性。第五十一頁，共66頁。4．耐蝕鋼（不銹鋼）將具有抵抗空氣、水、酸堿或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼1）奧氏體不銹鋼（鉻鎳不銹鋼）常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等，塑性和耐蝕性均較好。2）鐵素體不銹鋼：

典型的是1Cr17鋼，C：0.12％，含Cr：16～18％。含鉻量高使鋼形成單相鐵素體，提高抵抗電化學(xué)腐蝕的能力，塑性好，強(qiáng)度低，并具有抗高溫氧化性。3)馬氏體不銹鋼：

常用1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13適用于制造高溫下在酸、堿、鹽中承受沖擊的零件。3Cr13、4Cr13，適用于制造在一定腐蝕介質(zhì)要求高強(qiáng)度的零件7Cr17、8Cr17，適用于制造耐蝕性的工、刃、量具等。第五十二頁，共66頁。有色金屬及合金分類及其應(yīng)用（鐵及鐵合金以外的金屬）第五十三頁，共66頁。內(nèi)容及任務(wù)包括:

一、銅及其合金二、鈦及其合金三、軸承合金任務(wù)：

1.能根據(jù)編號鑒別銅合金、鈦合金、軸承合金

2.能表述銅合金、鈦合金、軸承合金的主要性能特點涉及：熟悉銅合金、鈦合金、軸承合金的牌號性能及在電廠的應(yīng)用第五十四頁，共66頁。銅合金的分類純銅：紫銅黃銅：以鋅為主要添加元素的銅合金。普通黃銅和特殊黃銅白銅：以鎳為主要合金元素的銅合金青銅：

錫青銅：以錫為主要合金元素

無錫青銅：銅與鋁、硼等合金元素的合金第五十五頁，共66頁。銅合金的牌號

普通黃銅以“H+數(shù)字”表示，數(shù)字表示平均含銅百分?jǐn)?shù)如H80，表示ωCu=80％的普通黃銅。特殊黃銅以“H+主加元素+銅百分?jǐn)?shù)+主加元素百分?jǐn)?shù)”表示。如HSn62-1，表示Cu=62%，Sn=1%，其余為Zn的錫黃銅。青銅以代號“Q+主加元素+主加元素、輔加元素含量百分?jǐn)?shù)”如QSn7-0.2，表示Sn=7%，P=0.2%的錫青銅。鑄造銅合金以“ZCu+主要合金元素及其含量百分?jǐn)?shù)”如ZCuZn38，表示Zn=38%，其余為銅的鑄造黃銅第五十六頁，共66頁。二、鈦及其合金性能：強(qiáng)度低，塑性較好，密度小，比強(qiáng)度高，優(yōu)良的耐腐蝕性，對海水和大多數(shù)酸、堿鹽均有優(yōu)良的耐蝕能力，耐高溫（600C以下具有良好抗氧化性能）、耐寒冷；具有同素異晶轉(zhuǎn)變--882C以下為-鈦（密排六方晶格）882C以上為-鈦（體心立方晶格）（一）工業(yè)純鈦

用途：電廠凝汽器管、汽輪機(jī)長葉片、脫硫煙道等第五十七頁，共66頁。（二）鈦合金——以鈦為基，加入鋁、鉻、錳、鐵、鉬、釩等合金元素按組織結(jié)構(gòu)的不同分為三類：（1）型鈦合金退火狀態(tài)的組織為固溶體牌號：TA+順序號

序號越大，合金元素越多

TA1、TA2、…、TA8TA1、TA2、TA3為工業(yè)純鈦性能：中等強(qiáng)度，良好的熱穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性（650C時能保持足夠的強(qiáng)度），優(yōu)良的焊接性能第五十八頁，共66頁。（2）型鈦合金：退火或淬火狀態(tài)組織為固溶體牌號：TB+順序號

TB1、TB2

性能：塑性很好，可沖壓成型；熱處理后具有很高的強(qiáng)度，可焊性好，但熱穩(wěn)定性差

（3）+型鈦合金退火狀態(tài)的組織為+固溶體牌號：TC+順序號

TC1、TC2、、TC10

性能：良好的綜合機(jī)械性能，熱穩(wěn)定性差，焊接性能不如鈦合金第五十九頁，共66頁。鈦合金具有優(yōu)良耐腐蝕性，在海水甚至在含硫化物污染的海水中，在水速高達(dá)20m/