金属材料知识
金属材料知识
一．金属材料分类1．黑色金属钢铁
2．有色金属通常指铜、铝、铅、钛二．钢铁材料牌号表示方法
三．金属材料力学性能代号及含义
四．钢材的规格种类及用途
1．钢板
a.按轧制方法分为：热轧、冷轧
b.按性能及用途可分为：
①碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带，一般厚度不大于4mm。
②碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带，厚度不大于4mm。
③碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带，4-200mm钢板及小于25mm钢带。
④优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。
⑤优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。
⑥合金结构钢薄钢板，厚度不大于4mm的热轧或冷轧。
⑦锅炉用钢板
⑧压力容器用钢板
⑨不锈钢冷轧或热轧钢板
⑩耐热钢板
?花纹钢板
2．型钢
①热轧扁钢，厚度3-60，宽度10-150。
②碳素结构钢和低合金热轧圆钢、方钢、六角钢
③热轧角钢，分为等边及不等边，宽度20-200。
④热轧槽钢，宽度50-300。
⑤热轧工字钢，高度100-560。
⑥热轧T型钢，宽度100-300。
⑦冷弯空心型钢。
3．钢管
A．直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992）
a.以热轧或冷轧钢带，经焊接或焊后冷加工方法制造。钢管以不热处理状态交货。
b.规格：直径—121，壁厚—。
c.力学性能
B。无缝钢管（GB/T 8162—1999）
a.以热轧或冷拔（轧）管加工，有热轧或热处理状态交货。
b.规格：直径—245，壁厚—24。
c.力学性能
4．钢丝
材料可有多种材料加工而成，
a.普通结构钢丝：Q195、Q215、Q235主要制钉及建筑用。
b.优质碳素结构钢丝：08F、10F、15、20、25、35、40、45、50，冷拉状态交货，可后热处理，
c.碳素弹簧钢丝：65、70、75、85，一般淬火—回火状态交货，可后热处理。
d.合金结构钢丝：15Cr、38Cr、40Cr、20CrNi3等等。交货状态有冷拉—L，退火—T，可热处理。
e.不锈钢丝：0Cr18Ni9-R、1Cr18Ni9Ti-Q、0Cr19Ni9-L。后缀RQL表示
软拉（R）—钢丝进行光亮热处理和热处理后酸洗或类似的处理。
轻拉（Q）—钢丝热处理后进行小变形程度的拉拔。
冷拉（L）—钢丝热处理后进行常规拉拔。
f.电阻电热合金丝：Cr15Ni60、Cr20Ni80 、Cr30Ni70、1Cr13Al4，热处理后软态交货。
五．钢铁材料的热处理
热处理是为了达到材料的使用目的，发挥材料各种元素的作用，调整材料的强韧性，以及加工工艺的需要。
1．热处理工艺分类：
a．淬火—加热至相变到奥氏体组织后快速冷却得到马氏体组织，目的为了提高硬度。
b．回火—低温回火，目的是去除应力；中温回火及高温回火是为了调整材料的强韧性。通常在一定温度下保温一段时间后已一定的速度冷却。
c．退火—降低材料硬度，便于加工及成形，有完全退火和不完全退火之分。加热保温后慢速冷却。
d．正火—提高材料硬度，加热后空冷。
e．调质—达到需要的强韧性或加工工艺的需要。先淬火后回火，是两个工艺的合并。
f．渗碳—提高材料的表面硬度。通常使含碳量在%以下的材料在表面1mm左右深度提高到1%左右。g．氮化—提高材料的表面硬度，或耐腐蚀性。通常使含碳量在%左右的材料在表面0。2mm左右深度形成氮化层，表面硬度可达到HRC70以上。
2．按种类有：
a.常规热处理—如淬火、回火、退火、正火、调质。
b.化学热处理—如渗碳、氮化、碳氮共渗、硼化、渗金属、表面陶瓷。
c.真空热处理—使用真空设备的热处理，优点是无氧化及脱碳，热处理变形小。
3．使用设备有：
a.箱式炉—使用电热丝或碳棒加热，电热丝炉使用温度可在低于950度以下使用，功率一般在3-200KW，用途广泛，可用于淬火、回火、退火，使用成本低。
b.盐浴炉—用硝盐加热，有高、中、低温炉，可高温加热到1300度，用于淬火、回火、退火。加热速度快，氧化脱碳小，利于防止晶粒粗大，可大批量多品种生产。
c.燃气炉—使用煤气或其它气体加热（如乙炔气等），可用于大型零件在炉内加热正火、退火或锻造，及局部加热用。
d.井式炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化。
e.真空炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火，
f.箱式多用炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化，可进行大批量多品种生产。
g.网带炉—炉内加移动网带可连续加热处理，适用于小零件大批量淬火、回火、渗碳、氮化，生产效率高。
h.高频炉—使用特制的工频、中频、高频加热圈加热零件表面淬火，用于轴、齿轮类零件淬火。
4．冷却介质及方法
a.水—冷却速度快，用于碳钢及低合金钢的淬火及有些回火的冷却。
b.盐水—冷却速度最为快，用于碳钢及低合金钢的淬火冷却
c.油—一般用20号机油，中合金钢以上的淬火冷却。
d.硝盐—用于回火及合金钢的等温淬火。
e.空气—冷却速度慢，用于正火及一些高淬透性材料的淬火。
5．热处理原理简述
无论使用何种设备，都是为了加热，超过一定的温度，使金属材料达到同素异构转变及需要的晶粒大小和分布，然后以一定的速度冷却，得到需要的晶体组织。
钢铁金属金相组织通常有：
铁素体——主要由铁元素组成，硬度低；
渗碳体——铁与碳的化合物，特别硬脆；
珠光体——铁素体和渗碳体各50%的混合物，由%C和%Fe元素组成；
奥氏体——一般是加热后转变成的组织；
马氏体——淬火后得到的组织，硬而脆；
屈氏体——淬火后得到的组织，较软；
贝氏体——等温淬火后得到的组织，韧性好；
热处理淬火的加热温度一般低碳钢加热到A3线以上50度，含碳量超过%碳素钢的材料加热到780度左右，合金钢需查手册。加热后的保温时间视材料厚度决定，冷却介质根据材料定，也可能先后用两种介质冷却。除低碳钢，一般材料淬火后硬度应达到HRC60以上。
淬火+回火和直接不完全淬火（加热温度不对或冷却速度不够），得到的硬度一样，但由于金相组织不同，强韧性是完全不一样的，在使用中的效果也是不同的。淬火+回火的结果要好的多。
常用工艺举例：钢号淬火温度冷却介质淬火后硬度回火温度回火后硬度Cr12 1050 油 HRC≥62 230 HRC60
65Mn 830 油或水 HRC≥62 430 HRC40-44
45# 840 盐水或水 HRC≥55 350 HRC30
六．有色金属
常用有色金属有铝、铜以及镁、锌、铅、锡、金、银等，有单独使用，如纯铝、纯铜（紫铜），很多是在合金状态下使用，一些独特的性能是钢铁无法达到的，如导电性、颜色、重量、柔软性等等。
1。铝
重量轻，不易生锈，可氧化染色，易于成形加工，分为铸造铝合金、压铸铝合金及变形铝合金。
铸造铝合金——有铝硅合金（ZAlSi7Mg）、铝铜合金（ZalCu5Mn）、铝镁合金（ZalMg6Mg）、铝锌合金（ZalZn6Mg）
压铸铝合金——YZAlSi12、YZAlSi9Cu4
变形铝合金——工业纯铝（1060）、防锈铝（5A02）、硬铝（2A11）、超硬铝（7A04）
2．铜
铜应用最早的金属，不易生锈，易于成形加工。分为铸造铜合金、压铸铜合金及加工用铜材。
种类有纯铜、黄铜、青铜，其中黄铜、青铜可铸造和压铸。
常用铜材的牌号及用途：
纯铜——T1、T2、T3，主要用于电线和电镀；
黄铜——普通黄铜（黄铜）H62、H68，外表金色，易于成型加工（模具加工），应用最为广泛铅黄铜HPb59-1，易于切削
锡黄铜HSn62-1，耐腐蚀性能好
黄铜成分表示：
H62 62% Cu， 40%Zn
HPb59-1 59%Cu，1%Pb，40%Zn
青铜——锡青铜，有高的强度、弹性和耐磨性，切削性能好
铝青铜QAl7，有高的强度、耐磨和耐腐蚀性
铍青铜 QBe2 ，可热处理，具有高的强度、硬度、弹性、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。
3．铝材的热处理
变形铝材有5种状态
T细分状态代号