1、模块四金属材料基础知识金属材料基础知识基本概念基本概念 工程材料分为:金属材料:黑色金属(铁、碳钢、合金钢)和有色金属材料(轻有色金属、重有色金属、稀土金属)。非金属材料:有机非金属材料(合成塑料、合成橡胶、合成纤维)、无机非金属材料(陶瓷材料、玻璃材料、石墨及碳、木材、水泥、混凝土等)、复合材料(树脂基复合材料、金属基复合材料、非金属基复合材料)。基本概念基本概念 金属:具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小,富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体(即晶体)。合金:由两种或两种以上金属或金属与非金属组成,具有金属特性的物质。相:合金中成份
2、、结构、性能相同的组成部分。基本概念基本概念 固溶体:是一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体,固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。固溶强化:由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象。化合物:合金组元间发生化合作用,生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。机械混合物:由两种晶体结构组成的合金组成物,虽然是两种晶体,却是一种组成成分,具有独立的机械性能。金属材料性能金属材料性能 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
3、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。当铁中含C在0.03%1.2%范围时则为钢,含C1.2%2.5%的铁缺乏实用性,一般不进行工业生产。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。金属材料性能金属材料性能 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。力学性能指标有: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,
4、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时应力值,单位用牛顿/毫米(N/mm)表示。金属材料性能金属材料性能 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(N/mm)表示。塑性延伸率():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(HRA、HRB、HRC)冲击韧性(Ak):材料抵抗冲击载荷的能力,单位为焦耳/厘米(J/cm)疲劳强度金属材料性能金属材料性能 2、
5、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。锻造性能:金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力顶锻性能:指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。金属材料性能金属材料性能 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
6、: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。切削加工性能热处理性能金属材料性能金属材料性能 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。铸铸铁铁 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。根据碳在铸铁中存在的形态不同,通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁,这种铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以
7、及其它多方面的优良性能,因而在机械制造中业获得最广泛的应用。灰铸铁:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。灰铸铁中又可根据石墨的形态不同而分为普通灰铸铁、蠕虫状石墨铸铁、球墨铸铁以及可锻铸铁。铸铸铁铁 铸铁牌号:灰口铸铁常见牌号有HT100-260、HT150-330、HT200-400、HT250-470、HT300-540、HT350-610、HT400-680等可锻铸铁牌号有KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12、KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02等。白心可锻铸铁牌号有K
8、TB350-04、KTB380-12、KTB400-05、KTB450-07,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。铸铸铁铁 球墨铸铁牌号有QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2,球墨铸铁因抗拉强度高,塑性、冲击韧性较好,并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点,现已广泛替代部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。蠕墨铸铁RuT,如RuT400;耐磨铸铁MT如MTCu1PTi-150。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
9、抗拉强度值,第二组表示延伸率值。钢的分类钢的分类 钢是含碳量在0.04%2.11%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,主要有如下几种: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%)钢的分类钢的分类 2、按化学成份分类(1)碳素钢:a.低碳钢(C0.25%);b.中碳(C0.250.60%);c.高碳钢(C0.60%)。(2)合金钢:a.
10、低合金钢(Me5%);b.中合金钢(Me510%)c.高合金钢(Me10%)。3、按成形方法分类(1)锻钢;(2)铸钢;(3)热轧钢;(4)冷拉钢。钢的分类钢的分类 4、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a.机械制造用钢:(a)调质结构钢;(b)表面硬化结构钢:包括渗碳钢、渗氮钢、表面淬火用钢;(c)易切结构钢;(d)冷塑性成形用钢:包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢;c.轴承钢钢的分类钢的分类(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a.不锈耐酸钢;b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢;c.电热合
11、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。钢的分类钢的分类 1)压力容器用钢板用大写R在牌号尾表示,其牌号可用屈服点也可用含碳量或含合金元素表示。如:Q345R,Q345为屈服点。再如:20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、8MnMoNbR、MnNiMoNbR、15CrMoR等均用含碳量或含合金元素来表示。2)焊接气瓶用钢板用大写HP在牌号尾表示,其牌号可以用屈服点表示,如:Q295HP、Q345HP;也可用含合金元素来表示如:16MnREHP。钢的分类钢的分类 3)锅炉用钢板用小写g在牌号尾表示。其牌号可
12、用屈服点表示,如:Q390g;也可用含碳量或含合金元素来表示,如20g、22Mng、15CrMog、16Mng、19Mng、13MnNiCrMoNbg、12Cr1MoVg等。4)桥梁用钢板用小写q在牌号尾表示,如Q420q、16Mnq、14MnNbq等。5)汽车大梁用钢板用大写L在牌号尾表示,如09MnREL、06TiL、08TiL、10TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL等。钢的分类钢的分类 6、按冶炼方法分类(1)按炉种分a.平炉钢;b.转炉钢;c.电炉钢(2)按脱氧程度和浇注方法分a.沸腾钢;b.半镇静钢;c.镇静钢;d.特殊镇静钢。钢的分类钢的分类 7.按钢材外形分类钢材可
13、分为型材、板材、管材、金属制品四大类。为便于采购、订货和管理,中国目前将钢材分为十六大品种:重轨、轻轨、大中小型钢(普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角钢及螺纹钢等)、线材、冷弯型钢、优质型钢、薄钢板、厚钢板、钢带、电工硅钢薄板也叫硅钢片或矽钢片、无缝钢管、焊接钢管、金属制品等。钢号表示方法钢号表示方法 普通碳素结构钢:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275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。必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
14、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。钢号表示方法钢号表示方法 优质碳素结构钢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”。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常见优质钢牌号有08F、10F、15F、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25M
15、n、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn。钢号表示方法钢号表示方法 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”。碳素工具钢牌号T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11A、T12A、T13。钢号表示方法钢号表示方法 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
16、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”。易切削钢牌号有Y12、Y12Pb、Y15、Y15Pb、Y20、Y30、Y35、Y40Mn、Y45Ca钢号表示方法钢号表示方法 合金结构钢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“12CrMoV1”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。钢号表示方法钢号表示方法 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。合金结构钢牌号20Mn2、30Mn2MoW、27SiMn、20SiMn2MoV、40B、40MnB、20MnVB、20MnTiB、
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1