常用金属材料简介

碳钢中加入Cr元素对材料力学性能的影响： 显著提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时降低塑性和韧性。 通过加入Cr元素，屈服强度由40号钢的335Mpa提高到了785Mpa。
几种常用的低合金钢
35CrMo 用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿
轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件等。
什么是铁素体、渗碳体和珠光体？为什么力学性能会有如此差异？
α-Fe原子排列示意图 铁素体就（F）是碳在α-Fe中的间隙固溶体
珠光体（P）实际就是铁素体（F） 和渗碳体（Fe3Ｃ）的机械混合物。
Fe3C结构示意图 Fe3C是一种金属化合物
不同成分碳钢的应用领域
低碳钢强度、硬度较低，但有着较好的塑、韧性，冷成形性良好，常用于钣 金件。如：汽车车身、电脑主机箱、空调外壳、机械设备的外壳等。
碳钢
几种常用碳钢力学性能对比：
牌号
硬度
25
未热处理≤170HB
力学性能
抗拉强度 /Mpa
屈服强度 /Mpa
≥450
≥275
伸长率 断面收缩率
/%
/%
≥23
≥55
热轧钢≤229HB
45
退火钢≤197HB
调质硬度HRC22~34
≥600
≥355
≥17
≥40
随8着0 含碳淬量未火的热硬处增度理加可≤，≥268碳25HH钢RBC的硬度≥和10强80度增加，≥塑93韧0 性下降。≥6
316（0Cr18Ni12Mo2）【316L（00Cr17Ni14Mo2）】 在304不锈钢的基础上提高了Ni含量，并加入了约2%的Mo，大幅提升了抗氯化
物腐蚀的能力，主要用于食品工业和外科手术器材。
410（1Cr13） 制作抗弱腐蚀介质并承受载荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀、螺栓、螺母
等。
马氏体型不锈钢，淬、回火后抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥345MPa，低于 300℃回火硬度可以达到338HBS。 430（1Cr17）
合金钢
在普通碳素钢基础上添加其它合金元素就构成了合金钢。根据添加合金元素 的多少可以将合金钢分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）、中合金钢（5%~10%） 和高合金钢（≥10%）。
几种常用的低合金钢
16Mn（现已归入Q345） 广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。 GB/T1591对Q345A的化学成分的要求如下： C≤0.20%，Mn ≤1.70%，Si≤0.50%，P≤0.035%，S≤0.035%。
屈服强度和硬度比20号钢还略低，抗拉强度也仅仅只是与45号钢相当。
几种常用的不锈钢
但304不锈钢有着很强的加工硬化倾向，这就意味着在进行切削加工时实际切 削力要远大于抗拉强度相近的45号钢，并且这种加工硬化的特性还会加剧刀具后 面的磨损。
此外304含Ni量较高，这使得材料的热传导系数较低，因此该种不锈钢的导热 能力较差，因此切削热无法迅速传导出去，致使刀尖温度过高，影响刀具寿命。
化学成分如下表（与35钢对比）：
牌号 35
C
Si
Mn
0.37~0.44 0.17~0.37 0.50~0.80
化学成分/%
Cr
Mo
≤0.25
-
Ni ≤0.30
P ≤0.035
S ≤0.035
Cu ≤0.25
35CrMo 0.32~0.40 0.17~0.37 0.40~0.70 0.80~1.10 0.15~0.25 ≤0.30 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.30
较高
较好
良好
较小
略差
强韧性要求高且形状复
杂的零轴、连杆，力学性能要比使用锻钢锻造成型的曲 轴要差的得多，仅用于少数抵挡、小排量的微车，如五菱N系列的微车，奇瑞QQ等。
铸铁的强度和硬度大致处于什么范围呢？
牌号
硬度
力学性能
HT100
≤170HBW
（铸铁经高频淬火，表面硬度可以达到HRC50~60）
相对加工性Kr=V60/（V60）j
如何将不同材料的切削加工性能进行比较？
加工等级
名称及种类
1
很容易切削材料 一般有色金属
相对加工 性Kr
＞3.00
典型材料
不同成分碳钢的应用领域
中碳钢拥有较好的综合力学性能，在碳钢中应用范围最广，适合制造机械零 部件和作为建筑材料使用。
不同成分碳钢的应用领域
高碳钢拥较高的强度和硬度，高的弹性极限和疲劳极限，但焊接性能和冷塑 性变形能力差。 常用于制造对硬度和耐磨性要求较高的锤、撬棍、销等，高碳 钢还曾用于制造钻头、 丝攻、铰刀等切削工具，但因切削效率不高，难以加工 高硬度、高强度材料逐渐被其它材料取代。
并且304的塑、韧性较好，容易粘刀，不容易断屑，这些特性使得304成为一 种很难加工的材料。
所以为了改善304的切削加工性能，牌号为303的不锈钢应运而生。303在304 的基础上加入了少量的S、P，显著的提升了304的切削加工性能。但降低了材料 的抗拉强度和耐腐蚀性，并大幅降低材料的冲击韧性。
几种常用的不锈钢
在碳钢中加入Mn元素对材料力学性能的影响： 可以大幅提高材料的强度、硬度和耐磨性，对材料的塑、韧性影响较小。 但也会降低材料的焊接性和耐腐蚀性。 含碳量相近的15号钢屈服强度仅略大于225Mpa，而加入Mn元素后材料 的屈服强度超过了345Mpa。
几种常用的低合金钢
40Cr
40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一 ，可用于制造汽车转向节、后半轴、齿轮、 曲轴、连杆、机床蜗杆等。 化学成分如下表（与40钢对比）：
铝合金及其切削加工性能
铝合金强度和硬度相对较低，导热性好，且铸造铝合金的塑性较低， 因此铝合金对刀具磨损较小，刀刃处温度不高，切削加工性能较好，切 削速度较高。
但铝合金熔点较低，温度升高后塑性增大，容易粘刀，容易影响工 件表面粗糙度。
如何将不同材料的切削加工性能进行比较？
以正火状态45号钢的T=60min时的切削速度为基准，写作（V60）j， 然后把其他各种材料的T=60min时的切削速度同它相比，这个比值称为 相对加工性，即：
几种常用的不锈钢
304（0Cr18Ni9）【304L(00Cr19Ni10)】 主要用于不锈钢餐具、浴室厨房用具以及某些对抗腐蚀性能要求较高的零件。
主要力学性能见下表：
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/% 断面收缩率/% 硬度/HB
≥ 520
≥205
≥40
≥60
≤187
从304不锈钢力学性能参数来看，强度和硬度都不算高，有很好的塑、韧性。
灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别？
灰口铸铁显微组织
在电子显微镜 下灰口铸铁中 石墨的形态
球墨铸铁显微组织
在电子显微镜 下球墨铸铁中 石墨的形态
灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别？
特性 石墨存在
材料
形式
强度
塑性
韧性
脆性
消振 性
主要用途
灰口铸铁 片状
低
差
差
大
好
强度要求不高的零件， 如各类箱体、底座等
球墨铸铁
球状
碳钢中加入Mo元素对材料力学性能的影响： 可以是材料的晶粒细化，并提高热强性，进而提高材料的使用温度。 35号钢屈服强度315Mpa，35CrMo的屈服强度为835Mpa。
几种常用的低合金钢
20CrMnTi 多用于制造齿轮
化学成分如下表（与20钢对比）：
牌号 20
C
Si
Mn
0.17~0.23 0.17~0.37 0.35~0.65
材料的强度、硬度和塑韧性对切削加工性能有着怎样的影响？
• 材料的硬度和强度越高，塑性越大，其切削温度越高，刀具越容易磨 损，切削加工性越差。
碳钢的切削加工性能
• 低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，容易粘屑，加工表面粗 糙，加工性较差；
• 中碳钢性能适中，加工性良好；
• 高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用度低，加工性 差。
HT250
HBW180~225
HT350 QT350 QT500 QT600 QT900
45
HBW220~290 ≤160HBW
HBW150~230 HBW190~270 HBW280~360 调质硬度HRC20~30
抗拉强度/Mpa
≥100
≥250 ≥350 ≥350 ≥500 ≥600 ≥900 ≥600
铸铁的切削加工性能如何？
铸铁中的石墨本身的强度和塑性几乎为零，石墨就像金属基体中的 孔洞和裂缝，破坏了基体的连续性，这使得铸铁的强度和硬度都较低， 因此切削力较小，且断屑容易。此外，由于石墨具有润滑作用，对刀具 来说是一种”润滑剂“，可以减少刀具的磨损，进而提高刀具寿命。
和碳钢一样，铸铁的切削加工性能会随着强度和硬度的提高而下降。 如：HT350的切削加工性能是要比HT100差的。
常用于热水罐、供热水系统、卫生器具、家庭用耐用器具、自行车飞轮等。
铁素体型不锈钢，抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥205MPa，硬度一般≤183HB。
不锈钢的切削加工性能
不同的不锈钢的切削性能有很大的差异： • 奥氏体不锈钢虽然强度和硬度不高，但加工硬化严重，导热系数低，
塑、韧性好，不易断屑，切削性能较差。
常用金属材料简介
作者：Shine
常用的金属材料有哪些？
金属材料 黑色金属
有色金属
碳钢 铸铁 合金钢 。。。 铝、镁合金 铜合金 。。。
碳钢
碳钢指的是含碳量在2.11%以下的铁碳合金，根据含碳量的多少可分为 低碳钢（0.1~0.25%）、中碳钢（0.25~0.6%）和高碳钢（0.6~1.7%）。