机械工程常用材料的分类.docx
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机械工程常用材料的分类
※机械工程常用材料的分类
材料分类
应用
铸铁
灰铸铁
低牌号（HT100、HT150）
对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等
高牌号（HT200～400）
承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等
可锻铸铁
铁素体型（KTH）
承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等
珠光体型（KTZ）
要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等
球墨铸铁
和可锻铸铁基本相同
特殊性能铸铁
分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合
钢
碳素钢
低碳钢（碳的质量分数≤0.25％）
铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等
中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～0.60％）
齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等
高碳钢（碳的质量分数＞0.60％）
弹簧、工具、模具等
合金钢
低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）
较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等
中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％
飞机构件、热镦锻模具、冲头等
高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％）
航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等
铸钢
普通碳素铸钢
低合金铸钢
机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等
容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等
特殊用途铸钢
分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等
铜合金
铸造铜合金
铸造黄铜
铸造青铜
用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等
用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等
变形铜合金
黄铜
青铜
用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等
用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等
轴承
合金
锡基轴承合金
用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好
铅基轴承合金
用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差
塑料
热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）
用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等
橡胶
通用橡胶、特种橡胶
用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等
※常用钢铁材料的牌号及力学性能
材料
力学性能
试件尺寸／mm
类别
牌号
抗拉强度σb
／MPa
屈服点σs
／MPa
断后伸长率δ
／％
碳素结构钢
Q215
Q235
Q275
335~450
375~500
490~630
215
235
275
31
26
20
d≤16
优质碳素结构钢
20
35
45
65Mn
410
530
600
735
245
315
355
430
25
20
16
9
d≤25
合金结构钢
35SiMn
40Cr
20CrMnTi
885
980
1080
735
785
835
15
9
10
d≤25
d≤25
d≤15
铸钢
ZG270—500
ZG310—570
270
310
500
570
18
15
d＜100
灰铸铁
HT150
HT200
HT250
145
195
240
--
--
--
--
--
--
壁厚10-20
球墨铸铁
QT400-15
QT5OO-7
QT600-3
400
500
600
250
320
370
15
7
3
壁厚30～200
※钢材常用热处理方法
名
称
操作方法
目的
应用
退
火
将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却
降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力
适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火
正
火
（常化）
将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快
与退火相似
用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序
淬
火
将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却
获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性
适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能
回
火
将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）
降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸
要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火
调
质
淬火后再进行高温回火
改善切削加工性能；减小淬火时的变形；获得良好的综合力学性能
适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理
时
效
将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却
降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力
稳定工件形状及尺寸
※常用金属材料其他数据
金属材料熔点、热导率及比热容
名称
熔点℃
热导率
W/（m·K）
比热容
J（kg·K）
名称
熔点℃
热导率
W/（m·K）
比热容
J（kg·K）
灰铸铁
1200
46.4~92.8
544.3
铝
658
203
904.3
铸钢
1425
489.9
铅
327
34.8
129.5
低碳钢
1400~1500
46.4
502.4
锡
232
62.6
234.5
黄铜
950
92.8
393.6
锌
419
110
393.6
青铜
995
63.8
385.2
镍
1452
59.2
452.2
材料线[膨]胀系数
材料
温度范围（℃）
20
20~10
20~200
20~300
20~400
20~600
20~700
20~900
70~1000
工程用铜
黄铜
青铜
铸铝合金
铝合金
碳钢
铬钢
3Cr13
1Cr18/Ni9Ti
铸铁
镍铬合金
砖
水泥、混凝土
胶木、硬橡皮
玻璃
有机玻璃
18.44~24.5
9.5
10~14
64~77
16.6~17.1
17.8
17.6
22.0~24.0
10.6~12.2
11.2
10.2
16.6
8.7~11.1
14.5
4~11.5
130
17.1~17.2
18.8
17.9
23.4~24.8
11.3~13
11.8
11.1
17
8.5~11.6
17.6
20.9
18.2
24.0~25.9
12.1~13.5
12.4
11.6
17.2
10.1~12.1
18.~18.1
12.9~13.9
13
11.9
17.5
11.5~12.7
18.6
13.5~14.3
13.6
12.3
17.9
12.9~13.2
14.7~15
12.8
18.6
19.3
17.6
常用材料的密度
材料名称
密度
材料名称
密度
材料名称
密度
碳钢
合金钢
球墨铸铁
灰铸铁
紫铜
黄铜
锡青铜
无锡青铜
碾压磷青铜
冷拉青铜
工业用铝
7.8~7.85
7.9
7.3
7.0
8.9
8.4~8.85
8.7~8.9
7.5~8.2
8.8
8.8
2.7
铅
锡
镁合金
硅钢片
锡基轴承合金
铅基轴承合金
胶木板、纤维板
玻璃
有机玻璃
矿物油
橡胶石棉板
11.37
7.29
1.74
7.55~7.8
7.34~7.75
9.33~10.67
1.3~1.4
2.4~2.6
1.18~1.19
0.92
1.5~2.0
无填料的电木
赛璐珞
酚醛层压板
尼龙6
尼龙66
尼龙1010
纵纤维木材
横纤维木材
石灰石、花岗石
砌砖
混凝土
1.2
1.4
1.3~1.45
1.4~1.14
1.14~1.15
1.04~1.06
0.7~0.9
0.7~0.9
2.4~2.6
1.9~2.3
1.8~2.45
常用材料的弹性模量及泊松比
名称
弹性模量E
GPa
切变模量G
GPa
泊松比μ
名称
弹性模量E
GPa
切变模量G
GPa
泊松比μ
灰、白口铸铁
球墨铸铁
碳钢
合金铜
铸钢
轧制磷青铜
轧制锰黄铜
115~160
151~160
200~220
210
175
115
110
45
61
81
81
70~84
42
40
0.23~0.27
0.25~0.29
0.24~0.28
0.25-0.3
0.25~0.29
0.32~0.35
0.35
铸铝青铜
硬铝合金
冷拔黄铜
轧制纯铜
轧制锌
轧制铝
铅
105
71
91~99
110
84
69
17
42
27
35~37
40
32
26~37
7
0.25
0.31~0.42
0.31~0.34
0.27
0.32~0.36
0.42
常用法定计量单位及换算关系
量的名称
法定计量单位
非法定计量单位
换算关系
名称
符号
名称
符号
旋转速度
转每分
r/min
1r/min=（1/60）r/s
长度
米
m
埃
英寸
Å
in
1Å=0.1nm=10-10m
1in=0.0254m=25.4mm
面积
平方米
m2
公亩
公顷
a
ha
1a=102m2
1ha=104m2
体积
容积
立方米
升
m3
L
（1）
（1=10-3m3）
立方英尺
英加仑
美加仑
ft3
Ukgal
USgal
1ft3=0.0283168m3=28.3168dm3
1Ukgal=4.54609cm3
1Usgal=3.78541dm3
质量
千克（公斤）
吨
Kg
t
磅
长吨（英吨）
eb
ton
1eb=0.45359237cm3
1ton=1016.05kg
力
重力
牛（顿）
N
达因
千克力，（公斤力）
吨力
dyn
kgf
tf
1dyn=10-5N
1kgf=9.80665N
1tf=9.80665×103N
压力
压强
帕（斯卡）
pa
巴
标准大气压
毫米汞柱
千克力每平方厘米
（工程大气压）
bar
atm
mmHg
kgf/cm2（at）
1bar=0.1Mpa=105pa（1pa=1N/m2）
1atm=101325pa
1mmHg=133.3224pa
1kgf/cm2=9.80665×104pa
应力
M
千克力每平方毫米
Kgf/mm2
1kgf/mm2=9.80665×106pa
动力粘度
帕[斯卡]秒
Pa·s
泊
P
1P=0。
1Pa·s
运动粘度
二次方米每秒
m2/s
斯[托克斯]
St
1St=1cm2/s=10-4m2/s
能,功
热量
焦[耳]
J
千克力米
尔格
卡
热化学卡
kgf·m
erg
cal
calth
1kgf·m=9.80665J
1erg=10-7J
1cal=4.1868J
1calth=4.1840J
功率
瓦[特]
W
[米制]马力
1[米制]马力=735.499W
比热容
焦[耳]每千克开[尔文]
J/（kg·K）
千卡每千克开
[尔文]
kcal/（kg·k）
1kcal/（kg·k）=4.1868×103J/（Kg·K）
传热系数
瓦[特]每平方米开[尔文]
W/（m2·K）
卡每平方厘米秒开[尔文]
cal/（cm2·s·K）
1cal/（cm2·s·K）=4.1868×104W/（m2·K）
碳素结构钢（GB700—88）
牌
号
等
级
机械性能
屈服点σS（MPa）
抗拉强度σb
MPa
屈服点σS（MPa）
冲击试验
脱
氧
方
法
钢材厚度（直径）（mm）
钢材厚度（直径）（mm）
温
度
℃
V型冲击功（纵向）
≤16
＞16
~40
＞40
~60
＞60
~100
＞100
~150
＞150
≤16
＞16
~40
＞40
~60
＞60
~100
＞100
~150
＞150
不小于
不小于
不小于
Q195
—
（195）
（185）
—
—
—
—
315~390
33
32
—
—
—
—
—
—
F、b、Z
Q215
A
215
205
195
185
175
165
335~460
31
30
29
28
27
26
—
—
B
20
27
Q235
A
235
225
215
205
195
185
375~460
26
25
24
23
22
21
—
—
F、b、Z
B
20
C
0
Z
D
—20
TZ
Q255
A
255
245
235
225
215
205
410~510
24
23
22
21
20
19
—
—
Z
B
20
27
Q275
—
275
265
255
245
235
225
490~610
20
19
18
17
16
15
—
—
优质碳素结构钢（GB699—88）
牌
号
推荐热处理℃
试
件
毛
坯
尺
寸
mm
机械性能
钢材交货状态硬度HB
应用举例
抗拉
强度
σb
屈服
强度
σs
延伸率δ5
收缩率ψ
冲击功（值）Ak（ak）
正
火
淬
火
回
火
MPa
%
不大于
未热
处理
退火钢
不小于
08F
930
25
295
175
35
60
131
用于需塑性好的零件，如管子、垫片垫圈；心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，如套筒、短轴、挡块，支架、靠模，离合器盘
10
930
25
335
205
31
55
137
用于制造拉杆、卡头、钢管垫片、垫圈、铆钉。
这种钢无回火脆性，焊接性好，用来制造焊接零件。
15
920
25
375
225
27
55
143
用于受力不大韧性要求较高的零件，渗碳零件、紧固件、冲模锻件及不需要热处理的低负荷零件，如螺栓、螺钉、拉条、法兰盘及化工贮器、蒸汽锅炉。
20
910
25
410
245
25
55
156
用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如杠杆、轴套、螺钉、起重钩等。
也用于制造压力<6Mpa、温度<450℃、在非腐蚀介质中使用的零件，加管子、导管等。
还可用于表面硬高而心部强度要求不大的渗碳与氰化零件。
25
900
870
600
25
450
275
23
50
71（9）
170
用于制造焊接设备，以及经锻造、热冲压和机械加工的不承受高应力的零件，如轴、辊子、联接器、垫圈、螺栓、螺钉及螺母
35
870
850
600
25
530
315
20
45
55（7）
197
用于制造曲轴，垫圈、螺钉、螺母。
这种钢多在正火和调质状态下使用，一般不作焊接。
40
860
840
600
25
570
335
19
45
47（6）
217
187
用于制造辊子、轴、曲柄销、活赛杆、圆盘
45
850
840
600
25
600
355
16
40
39（5）
229
197
用于制造齿轮、齿条、链轮、轴、键、销、蒸发透平机的叶轮、压缩机及泵的零件、轧辊等。
可代替渗碳钢做齿轮、轴、活塞销等，但要经高频或火焰表面淬火。
50
830
830
600
25
630
375
14
40
31（4）
241
207
用于制造齿轮、拉杆、轴辊、轴、圆盘
55
820
820
600
25
645
380
13
35
255
217
用于制造齿轮、连杆、轮圈、轮缘、扁弹簧及轧辊等
60
810
25
675
400
12
35
255
229
用于制造轧辊、轴、轮箍、弹簧圈、弹簧、弹簧垫圈、离合器、凸轮、钢绳等
20Mn
910
25
450
275
24
50
197
用于制造凸轮轴、齿轮、联轴器、铰链、拖杆等
30Mn
880
860
600
25
540
315
20
45
63（8）
217
187
用于制造螺栓、螺母、螺钉、杠杆及刹车踏板等。
40Mn
860
840
600
25
590
355
17
45
47（6）
229
207
用以制造承受疲劳负荷的零件，如轴、万向联轴器、曲轴、连杆及在高应力下工作的螺栓、螺母等。
50Mn
830
830
600
25
645
390
13
40
31（4）
255
217
用于制造耐磨性要求很高，在高负荷作用下的热处理零件，如齿轮、齿轮轴、摩擦盘、凸轮和截面在80mm以下的心轴等。
60Mn
810
25
695
410
11
35
269
229
适于制造弹簧、弹簧垫圈，弹簧环和片以及冷拔钢丝（≤7mm）和发条
弹簧钢（GB122—84）
牌
号
热处理制度
机械性能
交货状态硬度HB
应用举例
淬火
温度
℃
淬火
介质
回火
温度
℃
抗拉
强度
σb
屈服
强度
σs
延伸率
收缩率
ψ
δ5
δ10
不大于
MPa
%
热轧
冷拉+热处理
不小于
65
840
油
500
981
785
9
35
285
321
调压调速弹簧、术赛弹簧、测力弹簧、一般机械的圆、方螺旋弹簧
70
830
油
480
1030
834
8
30
65Mn
830
油
540
981
785
8
30
302
321
小尺寸的扁、圆弹簧、座垫弹簧、发条离合器簧片、弹簧环、刹车弹簧
55Si2Mn
870
油
480
1275
1177
6
30
302
321
汽车、拖拉机、机车的减震板簧和螺旋弹簧、气缸安全阀簧，止回阀簧，250℃以下使用的耐热弹簧。
55Si2MnB
321
60Si2Mn
5
25
60Sin2MnA
440
1569
1373
20
55CrMna
830~860
油
460~510
1226
1079
（σ0.2）
9
20
321
321
用于车辆、拖拉机上负荷较重、应力较大的板簧和直径较大的螺旋弹簧
60CrMnA
460~520
60Si2CrA
870
油
420
1765
1569
6
20
321（热轧+热处理）
321
用于高应力及温度在300~350℃以下使用的弹簧，如调速器、破碎机、汽轮机汽封用弹簧
60Si2CrVA
850
410
1863
1667
合金结构钢（GB3077—82）、不锈钢棒（GB1220—84）
牌
号
热处理
截面尺寸（试样直径）mm
机械性能
硬度
特性及应用举例
淬火
回火
抗拉
强度
σb
屈服
极限
σs
延伸率
δ5
收缩率
ψ
冲击值
ak
钢材退火或高温回火供应状态的布氏硬度
温
度
℃
冷
却
剂
温
度
℃
冷
却
剂
Mpa
%
J/cm2
压痕直径mm
不小于
HB*
不大于
≥
合金结构钢
20Mn2
850
880
水、油
水、油
200
440
水、空气
水、空气
15
785
588
10
40
58.8
4.4
187
截面小时与20Cr相当，用于做渗碳小齿轮、小轴、钢套、链板等，渗碳淬火后HRC56~62
35Mn2
840
水
500
水
25
834
686
12
45
68.7
4.2
207
对于截面较小的零件可代替40Cr，可做直径≤15mm的重要用途的冷镦螺栓及小轴等，表面淬火HRC40~50
45Mn2
840
油
550
水、油
25
883
735
10
40
58.8
4.1
217
用于制造在较高应力与磨损条件下的零件。
在直径≤60mm时，与40Cr相当。
可做万向联轴器、齿轮、齿轮轴、蜗杆、曲轴、连杆、花键轴和摩擦盘等，表面淬火HRC45~55
35SiMn
900
水
570
水、油
25
883
735
15
45
58.8
4.0
229
除了要求低温（-20℃以下）及冲击韧性很高的情况外，可全面代替40Cr作调质钢，亦可部分代替40CrNi，可做中小型轴类、齿轮等零件以及在430℃以下工作的重要紧固件，表面淬人HRC45~55
42SiMn
880
水
590
水
25
883
735
15
40
58.8
4.0
229
与35SiMn钢同。
可代替40Cr、35CrMo钢做大齿圈。
适于作表面淬火件，表面淬火HRC45~55
20Mnv
880
水、油
200
水、空气
15
785
588
10
40
68.7
4.4
187
相当于20CrNi的渗碳钢，渗碳淬火HRC56~62
20MV
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