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    常用金屬材料小結

    一、金屬材料的分類

    金屬材料通常按組成成分和色澤分類。

    1、金屬材料按組成成分分類

    類型

    組成特點

    工業應用情況

    純金屬

    由單一金屬元素組成的物質稱為純金屬。目前已知的純金屬有80多種,如純金、純銀、純鐵···等

    純金屬在工業結構件中應用極少

    合金

    由一種金屬元素為主體與另外一種或幾種金屬元素(或非金屬元素)組成的物質稱為合金。合金種類甚多,是工程構件的主要材料,如鋼等。合金的綜合性能優于純金屬

    合金是工程結構件的主要原材料,應用廣泛

    2、金屬材料按色澤分類

    類型

    主要品種

    黑色金屬

    生鐵、鐵合金、鑄鐵和鋼。黑色金屬是工業生產的主導性材料

    有色金屬

    除黑色金屬以外的金屬及其合金統稱為有色金屬,如銅、鋁、鋅、鉛、錫、鎂、鈦等及其合金

    二、 金屬材料的機械性能

    金屬材料的機械性能包括強度、彈性、屈服極限、延伸率和斷面收縮率以及硬度。

    1、金屬材料的強度極限

    種類和代號

       

    單位

    抗拉強度σb

    金屬材料抵抗拉伸破壞作用時的大能力,其值按國家標準提供

    MPa(N/m㎡)

    抗壓強度σbc

    金屬材料抵抗壓縮破壞作用時的大能力

    抗彎強度σbb

    金屬材料抵抗彎曲變形破壞作用時的大能力

    抗剪強度τb

    金屬材料抵抗剪切變形破壞作用時的大能力

    注:材料強度是指材料對外力破壞的抵抗能力,具體的表現形式由材料的性質(塑性或脆性)及其所處的應力狀態共同決定。

    2、金屬材料的彈性極限

    代號

       

    單位

    σe

    金屬材料受到外力(如拉力)作用時,會產生變形(如伸長);外力去除后,所產生的變形會消失,材料恢復原來形狀。金屬材料的這一性質稱為彈性。材料受力超過某一數值,去除外力之后,材料不能完全恢復原來形狀和尺寸,產生了塑性變形(殘余變形)材料能夠維持彈性變形范圍的大能力,稱為彈性極限

    MPa(N/mMPa(N/m㎡)

    3、金屬材料的屈服極限

    種類和代號

    意義

    單位

    屈服極限σs

    金屬材料受外力作用超過其彈性極時,即便外力不再增加了,材料的塑性變形也會不斷加大,表明材料失去了抵抗變形的能力,處于屈服狀態。

    材料開始處于屈服狀態的應力,稱為屈服極限

    MPa(N/m㎡)

    條件屈服極限   σ0.2

    對于無明顯屈服點的材料,規定其產生0.2%塑性變形時對應的應力,稱為條件屈服極限

    4、金屬材料的延伸率和斷面收縮率

    代號

    意義

    表達式

    延伸率δ

    金屬材料標準試樣在拉伸試驗中被拉斷,標定長度的伸長與原來長度的比值,稱為延伸率δ

    8=1-10x100%

    =A/0x100%

    斷面收縮率

    標準試樣拉斷后,其橫截面積的減少與原面積之比稱為斷面收縮率

    φ=A0-Ax100%=

    =AA/x100%

    注:延伸率δ、斷面收縮率φ都是塑性指標。一般將δ≥5%的材料稱為塑性材料;δ<595%的為脆性材料。

    5、金屬材料的硬

    種類和代號

       

    布氏硬度HB(淬硬鋼球測定用HBS;硬質合金球用HBW)

    以一定負荷將一定直徑的淬硬鋼球或硬質合金球壓人材料表面,保持規定時間后卸除負荷,測量材料表面的壓痕,按公式計算所得的硬度

    洛氏硬度HR

    (HRC:負荷1471.1N)

    (HRA:負荷588.4N)

    (HRB:負荷980.1N)

    以一定的負荷把淬硬鋼球或頂角的120°的圓錐形金剛石壓入器,壓入材料表面,然后以材料表面上凹坑的深度來計算的硬度

    維氏硬度HV

    將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器以適當的壓力壓入材料表面,保持規定時間后,測量壓痕對角線長度,再按一定公式計算出硬度的大小

    6、金屬材料的沖擊韌度

    代號

       

    單位

    ak

    將帶有規定缺口的試樣,在沖擊機上沖斷,材料所吸收的沖擊力與試樣缺口底部橫截面積之比,稱為材料沖擊韌度

    J/cm2

    三、 鋼、鐵和鋼材

    1、工業用鐵

    種類

    來源

    主要成分

    用途

    生鐵(塊)

    將鐵礦石放入高爐中冶煉成液態生鐵澆鑄成的塊狀產品

    含碳量超過0.2%的鐵碳合金。此外,尚含有硅、硫、磷、錳等元素

    用于冶煉鋼材或制成灰鑄鐵

    鐵合金

    鐵與一定量的硅、錳、鎢、鉻元素,組成的合金統稱為鐵合金

    各種鐵合金組成比例應控制在規定范圍內

    工業特種用料

    鑄鐵

    將鑄造生鐵放入熔鐵爐中熔煉而成的產品為鑄鐵。用液態鑄鐵澆鑄成的元件稱鑄件

    同生鐵

    用作灰鑄鐵件的澆鑄,可煅鑄鐵原料,球墨鑄鐵原料

    2、鋼的組成及分類方   

    鋼的來源

    組成成分

    分類方法

    將煉鋼用生鐵放入煉鋼爐內冶煉,再把鋼液澆鑄成鋼錠,軋制成各種鋼材

    含碳量<0.2%的鐵碳合金,其含硅、錳、硫、磷等均比生鐵低

    (1)按化學成分分類(2)按主要質量等級分類(3)按用途分類

    3、鋼按化學成分分類(GB/T 13304-1991)

    鋼按化學成分分成三大類:非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。

    合金元素

    合金元素含量(%)

    非合金鋼(<)

    低合金鋼

    合金鋼(≥)

    A1

    B

    Bi

    0.10

    0.0005

    0.10

    -

    -

    -

    0

    0.0005

    010

    Cr

    0.30

    0.30~0.50

    0.50

    Co

    0.10


    0.10

    Cu

    0.10

    0.10~0.50

    0.50

    Mn

    1.0

    1.0~1.4

    1.4

    Mo

    0.05

    0.05~0.10

    0.10

    Ni

    0.30

    0.30~0.50

    0.50

    Nb

    0.02

    0.02~0.06

    0.06

    Pb

    0.40

    -

    0.40

    Se

    0.10

    -

    0.10

    Si

    0.50

    0.50~0.90

    0.90

    Te

    0.10

    -

    0.10

    Ti

    0.05

    0.05~0.13

    0.13

    V

    0.04

    0.04~0.12

    0.12

    W

    0.10

    0.10

    Zr

    0.05

    0.05~0.12

    0.12

    La系每種元素

    0.02

    0.02~0.05

    0.05

    其他元素

    0.05

    -

    0.05

    4、非合金鋼按質量等級分類

    類型

    主要質量

    主要品種

    1.普通質量非合金鋼

    不規定生產過程中需要特別控制質量要求,但需同時滿足四個條件:

    (1)鋼為非合金化符合GB/T13304-1991對非合金元素含量要求(一部分)

    (2)不規定熱處理(退火、正火、消除應力及軟化處理不作為熱處理對待)

    (3)如產品標準或技術條件有規定,其特性值應符合下列條件:

    ①碳含量≥0.10%、硫或磷含量≥0.45%、氮含量≥0.007%;

    ②抗拉強度≤690MPa、屈服強度≤360MPa、延伸率≤33%;

    ③彎心直徑低值≥0.5x試樣厚度、沖擊功低值(20℃,V形,縱向標準試樣)≤27J、洛氏硬度HRB≥60;④未規定其他質量要求

    (1)一般用途碳素結構鋼(GB700中規定的A、B級鋼)

    (2)碳素鋼筋鋼,如Q235(GB/T13031)

    (3)鐵道用一般碳素鋼,如輕軌、墊鈑用鋼(GB/T 11264)

    2.非合金鋼

    除普通質量非合金鋼和特殊質量非合金鋼以外的非合金鋼,生產過程中需要特別控制質量(如控制晶粒度,降低S.P含量,改善表面質量或增加工藝控制),以達到比普通質量非合金鋼特殊的質量要求(如良好的抗脆斷性能,良好的冷成型性能等),但其生產控制嚴格程度又不如特殊質量的非合金鋼

    (1)機械結構用碳素鋼,如GB/T 699規定的條鋼(70-85鋼,65Mn、70Mn除外)

    (2)工程結構用碳素鋼,如GB700規定的質量等級為C,D級鋼

    (3)沖壓薄鈑的低碳結構鋼,如GB/T 5213,GB/T 3276規定的碳素鋼薄鈑

    (4)鍍層板、帶用的碳鋼,如GB/T 2518、GB/T 2520、GB4174···等規定的鍍錫、鍍鋅和鍍鋁板帶及厚鈑

    (5)鍋爐和壓力容器用碳素鋼,如GB/T 713、GB/T 3087等規定的碳素鋼板

    (6)船用碳素鋼,如GB/T712規定的板管和型鋼

    (7)鐵道用碳素鋼,如GB2585規定重軌用鋼

    (8)焊條用碳素鋼,如GB/T 13規的碳素鋼,但成品分析S.P不大于0.25%的鋼除外

    (9)用于冷鍛、冷擠壓、冷拔有特殊要求的棒料和線材

    (10)非合金切削結構鋼

    (11)電工用非合金鋼板、帶(無硅鋼板)

    (12)鑄造碳素鋼,如GB7659規定之鑄造鋼

    3.特殊質量非合金鋼

    生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的非合金鋼,并應符合下列條件之一:

    (1)對要進行熱處理的鋼材,限制非金屬雜質含量及淬火后硬度或韌性要求

    (2)不進行熱處理的鋼材,含硫量0.25%,含磷≤0.25%

    (3)具有規定的導電性能或磁性的鋼材

    (1)保淬透性非合金鋼(GB/T5216);(2)鐵道用特殊非合金鋼(車輪用鋼);(3)兵器用非合金鋼;(4)核設備用非合金鋼;(5)特殊焊條非合金鋼;(6)碳素彈簧鋼;(7)特殊盤條鋼、鋼絲;(8)電磁純鐵;(9)原料純鐵

    5、非合金鋼按主要性能與用途分類

    種類

    主要性能與用途

    (1)冷成型用薄鋼板

    以高強度(硬度)為主要特性的非合金鋼,用作冷加工成型材料。強度高于規定值不得使用

    (2)造船、壓力容器、

    管道用鋼

    以低強度為主要特性的非合金鋼。強度低于規定值者,不得在有關產品中使用

    (3)線材、調質鋼

    限制碳含量為主要特性的非合金鋼

    (4)易切削鋼

    鋼中含硫量不小于0.070%,并加入Pb,Bi,Te、Se或P元素

    6、低合金鋼按質量等級分類

    種類

    主要質量標準

    主要品種

    普通質量合金鋼

    冶煉時不規定生產過程中需要特別控制質量要求,用作一般用途的低合金鋼,應滿足下列要求:

    ①合金含量符號 GB/T 13304-1991對低合金鋼的規定;

    ②不規定熱處理;

    ③硫或磷含量≥0.045%、抗拉強度≤690MPa、屈服強度≤360MPa、延伸率≤26%%、彎心直徑≥2x試件厚度、徑≥2x

    沖擊動

    ①屈服強度≤360MPa的低合金度≤360MPa結構鋼

    ②低合金鋼筋(GB/T 1499)③鐵道用一般低合金鋼

    ④礦用一般低合金鋼

    低合金鋼

    在生產過程中需要特別控制質量(如晶粒度、降低S.P含量;改善表面質量等),以達到比普通質量非合金鋼較特殊的要求(良好的抗脆斷性,良好的冷成型性等),但其生產控制又不如特殊質量非合金鋼嚴格(如不控制淬透性)

    ①可焊接的高強度結構鋼,σs在360~420MPa之間;

    ②鍋爐和壓力容器用低合金鋼;③造船用低合金鋼;

    ④汽車、橋梁、鐵道用低合金鋼;⑤低合金耐候鋼;

    ⑥礦用低合金鋼;

    ⑦輸油、氣管用低合金鋼

    特殊質量低合金鋼

    生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能(如S.P含量及純度)的低合金鋼,并符合下列要求:

    ①規定限制非金屬夾雜物含量及內部材質均勻性,?箤訝钏毫研阅;②S.P的含量 0.025%;

    ③限定殘余元素含量:Cu≤0.10%、Co≤0.05%%、V0.005%;

    ④規定低溫沖擊性能;

    ⑤可焊接高強度鋼   σs≥420MPa

    ①核能用低合金鋼;

    ②保厚度方向性能的低合金鋼;

    ③鐵道用特殊低合金鋼

    ④低溫用低合金鋼;

    ⑤艦船、兵器用低合金鋼

    7、合金鋼按性能和用途分類

    種類

        

    (1)工程結構用合金鋼

    一般工程結構用合金鋼;合金鋼筋鋼;壓力容器用合金鋼;地質、石油鉆探用鋼;高錳耐磨鋼

    (2)機械結構用合金鋼

    調質處理合金結構鋼;表面硬化合金結構鋼;冷塑性成型合金結構鋼;合金彈簧鋼

    (3)不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼

    不銹鋼、耐酸鋼、抗氧化鋼和熱強鋼

    (4)工具鋼

    合金工具鋼、高速工具鋼

    (5)軸承鋼

    高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼和無磁軸承鋼

    (6)特殊物理性能鋼

    軟磁鋼、無磁鋼和高電阻鋼

    8、合金鋼按質量等級分類

       

    主要質量標準

    主要品種

    (1)合金鋼

    生產過程中需要特別控制質量和性能,但其控制要求不如特殊質量合金鋼嚴格

    ①一般工程結構用合金鋼②合金鋼筋鋼

    ③電工用硅鋼

    ④鐵道、地質、石油鉆探用合金鋼

    ⑤S.P>0.>0.035%耐磨鋼

    ⑥硅錳彈簧鋼

    (2)特殊質量合金鋼

    生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的合金鋼,除合金鋼以外的其它合金鋼都是特殊質量合金鋼

    ①壓力容器用合金鋼②經熱處理的合金鋼筋鋼③經熱處理的鉆探用合金鋼④合金結構鋼⑤合金彈簧鋼⑥不銹鋼⑦耐熱鋼⑧合金工具鋼⑨高速工具鋼⑩軸承鋼⑪高電阻電熱鋼⑫無磁鋼⑬永磁鋼

    9、鋼的其他習慣分類

    分類標志

       

    (1)按鋼中含碳量百分比分類

    低碳鋼(C≤0.25%);中碳鋼(0.25%<C<0.60%);高碳

    鋼((C≥0.≥0.60%)

    (2)按冶煉時脫氧程度分類

    沸騰鋼,鎮靜鋼;半鎮靜鋼

    (3)按煉鋼爐分類

    平爐鋼,轉爐鋼,電爐鋼

    (4)按用途分類

    結構鋼,工具鋼,特殊用鋼



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