3金属材料及其性能特点

§3 金属材料及其性能特点

3.1 黑色金属材料

3.1.1 钢

钢是含碳量小于2.11 wt%的铁碳二元合金。除碳以外，钢中的其它合金元素的总含量小于1.5 wt%时称为碳素钢，否则称为合金钢。

（1）碳素钢：一般按照含碳量，将其分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按照用途又可分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢。

碳素结构钢：含碳量介于0.06 – 0.38 wt% 之间，主要用来制造各种金属结构和机械零件。

碳素工具钢：含碳量介于0.65 – 1.35 wt% 之间，由于热处理后硬度、耐磨性高，主要用来制造各种小截面的刃具、量具和模具。

铸造碳钢：含碳量介于0.15 – 0.60 wt% 之间，主要用来制造各种形状复杂、力学性能要求高而铸铁无法满足的零件。

（2）合金钢：合金钢中的主要合金元素有Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn等，其合金元素总量除碳外大于1.5 wt%。

合金结构钢：主要用于制造工程结构和机器零件。

合金调质钢：有优良的综合力学性能，用于制造轴、杆类零件、齿轮等。

合金渗碳钢：表面高强度、高耐磨性而心部具有良好的韧性，主要用于制造轴、齿轮、涡杆等。

合金弹簧钢：用于制造弹簧。

合金轴承钢：用于制造各种轴承，其性能特点是表面高耐磨性、高硬度，良好的综合力学性能，高的疲劳强度。

合金工具钢：主要用于制造各类工具。

特殊性能钢：用于一些特殊条件下有特殊要求的钢。

3.1.2 铸铁

铸铁是含碳量介于2.11 – 6.67 wt% 之间的铁碳合金。主要有：

灰口铸铁：铸铁中石墨呈片状，因此抗拉强度低、塑性差，但减震性、减摩性好，可制造机床的机身。

球墨铸铁：铸铁中石墨呈球状，因此综合力学性能好，接近于钢。

蠕墨铸铁：综合力学性能好，且有良好的铸造性能。

可锻铸铁：可以用来制造形状复杂的零件。

3.2 有色金属材料

3.2.1 铜及铜合金

铜及铜合金大量应用于电气工业、仪器仪表工业，具有的特性包括：（1）优异的物理、化学性能（良好的导电、导热性，良好的抗大气、水的腐蚀性）；（2）良好的加工性能（塑性好，容易加工）；（3）特殊的机械性能；（4）色泽美观。

纯铜：呈紫红色，又称紫铜，主要用作导电材料及配置合金。

黄铜：是铜锌合金，可制做导电或散热器件、耐蚀零件等。

白铜：是铜镍合金，可盈于制造船舶仪器零件、化工机械零件等。

青铜：是除镍和锌之外的其他元素与铜的合金，一般力学性能比较好。

3.2.2 铝及铝合金

纯铝呈银白色，熔点低，强度低，但导电导热性能优异，主要用于制造电线、电缆等。铝合金则主要用作工程结构材料，主要的合金元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn等。

根据铝和合金元素的相图，铝合金分为铸造铝合金和形变铝合金。

铸造铝合金：据有良好的铸造性能。

形变铝合金：塑性好，但强度低，合金元素含量较少时不能通过热处理强化，只能采用形变强化，包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。

图3.12 铝合金相图

3.2.3 钛及钛合金

钛及钛合金具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、疲劳性能好等优点，在航空航天、机械、医疗、化工等领域有重要的应用。下表给出了钛及其合金的成分、性能及应用。

表3.5钛及其合金的成分、性能及应用