1、金属材料基础知识,2007.3.22,一.概述：,1.在机械、工程等工业领域中，采用的金属材料种类及品种繁多，其分类如下：,2.金属材料性能： 为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 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。,2.1 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。 强度:材料在外力(载荷)作用
2、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，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。时的应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。 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2（N/mm2）表示。 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(HKA、HKB、HRC） 冲击韧性（Ak）：材料抵抗
3、冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）。,2.2 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。 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：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
4、叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。 锻造性能：金属材料锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。 2.3 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。,二.黑色金属：,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。 1.铁及其分类： 1.1生铁： 生铁是含碳量大于2（2.11%）的铁碳合金，工业生铁含碳量一般 在2.5%4.0%，并含Si、
5、Mn、S、P 等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的 产品。生铁生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）量分组，按含 磷（P）量分级，按含硫（S）量分类。 1）炼钢生铁： 炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C 状存在。故硬而脆，断口呈白色。主要用作炼钢原料和可锻铸铁原料，炼钢生铁见下表所示。,2）铸造用生铁 铸造生铁硅含量为1.253.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。软、易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。铸造生铁见下表所示：3）球墨铸造用生铁 球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）
6、较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：,1.2 铸铁: 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。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。 1）铸铁牌号的表示方法： 各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。见下表： 牌号中代
7、号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。 合金元素用国际元素符号表示，含量大于或等于1%时，用整数表示：小于1 %时一般不标注。常规元素（C、Si、Mn、S、p）一般不标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。,2）白口铸铁 白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白 色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆 性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要 求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和 可锻铸铁的坯料。 3）灰口铸铁 铸铁中
8、的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具 有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料 简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。 由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度 低、塑性和韧性趋于零的组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小 缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性 差，不能进行压力加工。为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一下量 的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布， 经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸铁。灰口铸铁的牌号、性能组织 及用途见下表：,4）可锻铸铁 可锻铸铁是用碳、硅含
9、量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过 长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一 种经过石墨化处理的白口铸铁。 可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠 光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体（F）基本+团絮状石墨； 珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状石墨。另一类是白 心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为 基体，大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁 牌号、性能（根据GB9440-88）见下两表：,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。珠光体可锻铸铁
10、则用于制造曲轴、连杆、轮轴、活塞环等。,5）球墨铸铁： 在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化。由于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。根据GB1348-88 球墨铸铁牌号分为单铸和附铸试块两类；单铸试块分八个牌号见下表：,注： 牌号后面的字母A 系表示该牌号在附铸试块上测定的机械性能， 以区别上表的单试块测定的性能。,除上述介绍几种常用铸铁外，还有抗磨白口铸铁、冷
11、硬铸铁，耐热铸铁等。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构，改善并提高其机械性能，因此，铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。,2.钢及其分类： 钢是含碳量在0.04%2.3%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，其主要方法有如下七种： 2.1 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
12、%） 2.2 按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C0.25%）；b.中碳钢（C0.250.60%）；c.高碳钢（C0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）b.中合金钢（合金元素总含量510%）c.高合金钢（合金元素总含量10%）,2.3按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。 2.4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;b.弹簧钢;c.轴承钢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
13、阀钢；c.电热合金钢；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。2.5 按金相组织分类：,2.6 综合分类： (1)普通钢a.碳素结构钢：Q195；Q215(A、B)；Q235(A、B、C)；Q255(A、B)；Q275。b.低合金结构c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c
14、)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。 2.7按脱氧程度和浇注制度分： a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。,3.中国钢号表示方法: 3.1钢号表示方法概述:钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了 解钢的一种共同语言。中国的钢号表示方法，根据国家标准钢铁产品 牌号表示方法（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素 符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： 钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr等。混 合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母 表示，见表。 钢
15、中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。 3.2 钢号表示方法的分类说明 3.2.1 碳素结构钢: 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，单位是 Mpa。例如：Q235 表示屈服点（ss）235MPa 的碳素结构钢。 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。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 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
16、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。 3.2.2 优质碳素结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，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”，它不是顺序号，所以不能读成45 号钢。 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。,3.2.3 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
17、”，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”。 碳素工具钢用途广泛。其中T7、（T7A）、T8、（T8A）钢因韧性较 好，主要用作承受震动与冲击载荷的工具，如凿子、打铁用模、各种锤 子、木工工具等；T9（T9A）由于含碳量较高，故硬度、耐磨性较高、 韧性较差，有一定韧性用作不受剧烈震动冲击的工具。如冲模、冲头、 木工切削工具、凿岩凿子等到；T10、（T10A）、T11、（T11A）韧性 尚可，耐磨、较硬、应用较广、制作要求较高且不受突然和剧烈冲愚味 震动而需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀
18、、钻 头、板牙、铣刀、刀锯锯条及简单量具；T12（T12A）、T13（T13A） 钢则用于制造不受震动，要求极高硬度的工具，如钻头、丝锥、锉刀、 刮刀等。,3.2.4 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”。,3.2.5 合金结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，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
19、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“12CrMoV”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。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4 等。例如18Cr2Ni4WA。,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。 专门用途的合金结构钢10，钢号冠
20、以（或后缀）代表该钢种用途 的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi 钢，钢号表示为ML30CrMnSi。 3.2.6 低合金高强度钢 钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。 低合金钢是指在钢中加入少量合金元素，由于合金元素的强化作用，低 合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高25150%，加之大多低碳，而具有 良好的塑性韧性和焊接性能，有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性，因 此，低合金钢是一类很有发展前途的钢，在钢的生产中比例越来越大。 低合金钢按质量和用途分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质 量低合金钢。 对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn 钢， 用于桥梁的专用钢种为“16
21、Mnq”，汽车大梁的专用钢种为 “16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。,3.2.7 弹簧钢 弹簧钢是用生产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件（如轧辊等）。 弹簧是一种能产生大量弹性变形的结构零件，通过弹簧的弹性变形，可 以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用，因此对弹簧钢的要求必须有 高的强度，特别是高的屈服强度和疲劳强度；要不易脱碳，有良好的表 面质量，具有一定的淬透性和良好的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、 耐腐蚀等。因此弹簧钢含碳较高，弹簧钢有合金和非合金。 弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示 方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结钢相同。
22、,3.2.8 滚动轴承钢 : 滚动轴承钢也叫轴承钢。主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等，但在量具、冷作模具、低合金刀具、柴油机高压油泵件等方面也有广泛应用。轴承钢种类较多有较多高碳铬、渗碳、不锈、高温、无磁轴承钢。 钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。 高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出，铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。,3.2.9 合金工具钢和高速工具钢 : 合金工具钢12钢号的平均碳含量1.0%时，不标出碳含量；当平 均碳含量1.0%时，以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、 9SiCr、3Cr2W8V。,高速工具钢1
23、3的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。 钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。 3.2.10 不锈钢和耐热钢钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为 0.2%；若钢中含碳量0.03%或0.08%者，钢号前分别冠以“00”及 “0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18
24、Ni9 等。对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮 等 则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。 3.2.11焊条钢它的钢号前冠以字母“H”，以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为 “H2Cr13”，可以区别于不锈钢“2Cr13”。,1. 概述： 1.1有色金属分类： （1）有色纯金属：分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。 （2）有色合金：按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、 稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合金、轴承合 金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。 （3）有色材按化学成份分类：铜和铜合金材
25、、铝和铝合金材、铅和铅合金材、 镍和镍合金材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：板、条、带、 箔、管、棒、线、型等品种。,三、有色金属材料（非黑色金属）,1.2 有色金属产品牌号表示方法： （1）命名原则：有色金属及合金产品牌号的命名，规定以汉语拼音字母或国际元素 符号作为主题词代号，表示其所属大类，如用L 或AL 表示铝，T 或Cu 表示铜。主题词以后，用成份数字顺序结合产品类别来表示。即主题词 之后的代号可以表示产品的状态、特征或主要成份。如： LF 为防（F）锈的铝（L）合金； LD 为锻（D）造用的铝（L）合金； LY 为硬（Y）的铝（L）合金，这三种合金的主题词是铝合金（L）。 又
26、如： QSn 为青（Q）铜中主要的添加元素为锡（Sn）的一类； QAL9-4 为青（Q）铜中含有铝（AL），成分中添加元素铝为9%，其他添加元素为4%，这两种合金的主题词是青铜（Q）。,产品代号是由标准（GB340-78）规定的主题词汉语拼音字母、化学 元素符号及阿拉伯数字相结合的方法来表示。,（2）牌号表示方法举例有色金属和合金产品的牌号表示方法举例,2. 铜及铜合金： 2.1 纯铜： 纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称 紫铜或电解铜。密度为89g/cm3，熔点1083C。纯铜导电性很好， 大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造须防磁性干 扰的磁学仪器
27、、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压和冷 压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。纯铜产品有冶 炼品及加工品两种。,2.2 铜合金： 2.2.1 黄铜 黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜锌二元合金，称为简单 黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。 黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。工业中采用的黄铜含 锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，使合金性能变坏。为了改善黄铜的某种性能，在一元黄铜的基础上加入其它合金元素的 黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍 等。在黄铜中加铝能提高黄铜的屈服强度和抗腐蚀性，稍降低塑性。
28、含 铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能。在黄铜中加1%的 锡能显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此称为“海军黄 铜”。锡还能改善黄铜的切削加工性能。黄铜加铅的主要目的是改善切 削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大。锰黄铜具有良好的 机械性能、热稳定性和抗蚀性；在锰黄铜中加铝，还可以改善它的性 能，得到表面光洁的铸件。黄铜可分为铸造和压力加工两类产品。,常 用 加 工 黄 铜,2.2.2 青铜：青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰 色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还 加入其它合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺
29、元素，所以工 业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要 的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此 外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。现在除黄铜和白铜（铜镍合 金）以外的铜合金均称为青铜。锡青铜有较高的机械性能，较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能； 对过热和气体的敏感性小，焊接性能好，无铁磁性，收缩系数小。锡青 铜在大气、海水、淡水和蒸汽中的抗蚀性都比黄铜高。 铝青铜有比锡青铜高的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁 性，有良好的流动性，无偏析倾向，可得到致密的铸件。在铝青铜中加 入铁、镍和锰等元素，可进一步改善合金的各种性能。 青铜也分为压力加
30、工和铸造产品两大类。,2.2.3 白铜 以镍为主要添加元素的铜基合 金呈银白色，称为白铜。铜镍二 元合金称普通白铜，加锰、铁、 锌和铝等元素的铜镍合金称为复 杂白铜，纯铜加镍能显著提高强 度、耐蚀性、电阻和热电性。工 业用白铜根据性能特点和用途不 同分为结构用白铜和电工用白铜 两种，分别满足各种耐蚀和特殊 的电、热性能。白铜多经压力加 工成白铜材，常用加工白铜的组 别、牌号。,3. 铝及铝合金 3.0 概述： 铝是一种轻金属，密度小（2.79/Cm3），具有良好的强度和塑性， 铝合金具有较好的强度，超硬铝合金的强度可达600Mpa，普通硬铝合 金的抗拉强度也达200450Mpa，它的比钢度远高
31、于钢，因此在机械制 造中得到广泛的运用。铝的导电性仅次于银和铜，居第三位，用于制造 各种导线。铝具有良好的导热性，可用作各种散热材料。铝还具有良好 的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工。铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又 分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强 化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强 化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处 理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它 可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和
32、抗腐蚀性 能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝 锌合金。,3.1纯铝产品: 纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份Al 表示，后者用 汉语拼音LG（铝、工业用的）表示。,3.2 压力加工铝合金： 铝合金压力加工产品分 为防锈（LF）、硬质 （LY）、锻造（LD）、超 硬（LC）、包覆（LB）、 特殊（LT）及钎焊（LQ） 等七类。常用铝合金材料 的状态为退火（M焖 火）、硬化（Y）、热轧 （R）等三种。压力加工铝 合金的产品代号。,3.3 铸造铝合金 铸造铝合金（ZL）按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四 类，代号编码分别为100、200、300、400
33、。,3.4 高强度铝合金： 高强度铝合金指其抗拉强度大于480MPa 的铝合金，主要是压力加 工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。,金属材料的化学性能最主要的是指它的耐腐蚀性。材料抵抗周围介质 对腐蚀破坏的能力称为材料的耐腐蚀性能。耐蚀性不是材料固有不变的 特性，它随材料的工作条件而改变。,四、黑色金属及其合金耐蚀性,1. 碳钢和普通铸铁的耐蚀性 1.1 耐蚀性能 在淡水、大气、土壤、海水等中性介质中都不耐蚀； 在各类干燥气体和有机溶剂等介质中耐蚀性良好； 在低浓度碱溶液14及浓硫酸、浓氢氟酸等介质中，碳钢和普通铸铁表面能生成稳定的膜，因而是耐蚀的。 1.2 影响耐蚀性的因素 介质
34、组成；铁碳合金的成分和组织；钢铁热处理条件差异。 2. 耐蚀合金铸铁 在铸铁中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介质中的耐蚀性。 如添加硅、铬、铝等元素，可使铸铁表面形成连续、致密、牢固的表面膜；添加镍能获得耐碱性介质腐蚀性能优良的奥氏体铸铁；加稀土元素、镁，能使石墨球化，从而大大改善高硅铸铁的力学性能和工艺性能。,3. 耐蚀低合金钢 耐蚀低合金钢通常是指在碳钢中加入合金元素的总量低于3%左右的 合金。加入的合金元素种类、含量不同，所起的作用不同。 根据在不同介质中的耐腐蚀性能，可将耐蚀低合金钢分为如下几种： （1）耐大气腐蚀钢种； （2）耐海水腐蚀钢种； （3）耐硫化氢腐蚀钢种。 4. 不
35、锈钢的耐蚀性 不锈钢是铬、镍含量较高的合金钢。通常把耐大气腐蚀的合金钢称为 不锈钢，把在酸中及其它强腐蚀性介质中耐腐蚀的合金钢称为耐酸钢。 一般把上述不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢或简称为不锈钢。4.1铬13 不锈钢,本钢种含铬1214，约为不锈钢必需含铬的最低量（Cr12 ）。它可经热处理硬化，产生带磁性的马氏体结构，所以通称马氏体 不锈钢。低碳品种有铁素体不锈钢。 它的耐蚀性和其它不锈钢类似。能够耐大气、水、硝酸、碱、盐、有 机酸、有机化合物及其它氧化性环境的腐蚀；不耐非氧化性酸（硫酸、 盐酸等）的腐蚀。在含有卤素离子的溶液中可产生孔蚀和应力腐蚀破 裂。由于它不含镍，铬含量也较低，所以一般
36、耐蚀性都低于铬17 铁素体 和铬18 镍9 奥氏体不锈钢。 它的强度和硬度高，韧性较低，常用于同时需要耐蚀性、强度和硬度 的部件，如阀门部件、球轴承等。一般不用作槽、管等化工设备。4.2 铬17 不锈钢,铬17 不锈钢含铬1727，晶粒结构主要是带磁性的铁素体，所以 通称铁素体不锈钢。它不能经热处理硬化，但可通过冷加工硬化。 它的耐蚀性和其它不锈钢类似，耐大气性能优良，耐硝酸和其它氧化 性环境，也耐碱、盐、水、有机酸及其它有机化合物的腐蚀。不耐非氧 化性酸（硫酸、盐酸等）的腐蚀。其耐蚀性优于马氏体不锈钢，低于奥 氏体不锈钢，但在耐应力腐蚀破裂方面优于奥氏体不锈钢。 主要用于耐大气腐蚀的如汽车和
37、建筑业的各类部件、家庭用具等，也 可用于硝酸工业的设备（如贮罐）。但因其焊接、加工性能远低于铬18 镍9 钢，故在化工方面的应用受到了限制。 本钢种有含钛、不含钛和低碳等几个品种，其耐蚀性基本相似，低碳 含钛的钢对晶间腐蚀有较强的抵抗力。 4.3 铬18 镍9 不锈钢,铬18 镍9 不锈钢（奥氏体）是含铬11以上或同时含镍的钢种的通称。它在 常温氧化性环境（如大气、水、强氧化性酸等）中容易钝化，使表面产生一层 以氧化铬（Cr2O3）为主，保护性很强的薄膜，其腐蚀率极低，因此得“不锈 钢”之名。但当温度增高或环境的氧化能力减小时，将由钝态变为活态，腐蚀 显著增大。各类不锈钢对有机酸、有机化合物、
38、碱、中性溶液和多种气体都有 良好耐蚀性。在非氧化性酸（硫酸、盐酸等）中腐蚀严重。不锈钢设备的腐蚀 常常为局部腐蚀，当处于钝态和活态边缘，在含有卤素离子的盐溶液中，可能 产生孔蚀。在含有对应力腐蚀敏感离子（如Cl、OH等）的溶液中，受应力 的部分（如焊缝附近）则可能产生危险的应力腐蚀破裂。焊缝两侧的敏化区还 易产生晶间腐蚀。铬镍钢的耐蚀性和机械性能都超过单纯铬钢。镍的加入促进奥氏体结构的生 成，可得到更好的机械性能，特别是使韧性提高，同时又增大了钝化范围，使 它更容易钝化。铬18 镍9 钢是不锈钢中用途最广的品种。它没有磁性，不能不 能经热处理硬化，但和铁素体不锈钢一样，可经冷加工硬化。 加入少
39、量钛或铌的品种对晶间腐蚀的抗力较高，也称“稳定钢”。铬、镍含 量越高，耐蚀性和耐热性也越高，如铬25 镍20 钢就具有耐高温氧化的特点。此 外，还生产了以锰代镍的节镍或无镍钢（铬锰氮钢）。所有以上品种耐蚀性基 本相同，唯有含钼24%的铬镍钼钢对非氧化性酸、卤化物等介质的耐蚀性较 好，不易产生孔蚀，因差别较多，所以另列表。,4.4 铬18 镍12 钼（钛）不锈钢：,本钢种和一般铬镍不锈钢相似，氮由于加入了24%的钼，所 以在许多方面比铬镍不锈钢更为优越，特别是在非氧化性酸和热的有机酸、氯化物中的耐蚀性要比铬镍不锈钢好得多，抗孔蚀的能力也越好。含钛或铌的钢对晶间腐蚀有较强的抗力。含钼的铬锰氮（镍）
40、钢耐蚀性与钢种基本类似，因此，可作本钢种的代用品。铬26 钼1 微碳铁素体不锈钢（E-Brite 26-1）耐蚀性与本钢种类似，与其它无镍铁素体钢同样具有耐孔蚀和应力腐蚀破裂的优点，且因碳、氮的含量低，所以也耐晶间腐蚀。可作本钢种的节镍代用品。,4.5 铬20 镍2230 不锈钢20 号合金：铬20 镍2230 不锈钢不锈钢国外商品名为Durime 20（铸材）， Carpehter 20（锻材），Worthite。牌号见下表：,本类合金因铬、镍含量较高，所以耐蚀性比普通不锈钢更高。可 用于处理硫酸、硝酸、磷酸、混酸、亚硫酸、有机酸、碱、盐溶液、 硫化氢等。在某些浓度下，还可用于高温。但不耐浓
41、或热的盐酸、湿 的氟、氯、溴、碘、王水等的腐蚀。因为价格较贵，一般由于腐蚀严 重的环境以及高温、高速下磨蚀严重的部件，如阀、泵等。不同牌号 的钢种由于合金成份略有差异，在个别环境中耐蚀性可能有差别，使 用时要注意。,五、 有色金属及其合金耐蚀性：,1. 铜及其合金：铜及其合金具有高的导电性、导热性、塑性、冷韧性，并且在许多介质中具有高的耐蚀性能。 1.1纯铜也称紫铜。铜在一般大气、工业大气、海洋性大气中、比较稳定；在碱中、在弱的和中等浓度的非氧化性酸中也相当稳定，若溶液中有氧或氧化剂存在，腐蚀将更加严重。铜不耐硫化物（如H2S）腐蚀。铜具有高的导电性、导热性、塑性和良好的加工性能，另外，铜具有
42、良好的冷韧性。但铜的强度低，铸造性能不好，且在某些介质中的耐蚀性不高，很少用作结构材料。 1.2 铜合金（常用的铜合金有黄铜和青铜） 1）黄铜铜与锌组成的合金称为黄铜。为改善其性能，常加入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为特殊黄铜。 特点：机械性能与含锌量有着极为密切的关系；铸造性能很好；抗蚀性较好；含锌量大于20%的黄铜经冷加工后，在潮湿的大气、海水、高温高压水、蒸汽及一切含氨的环境中都可引起应力腐蚀断裂。黄铜在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易发生脱锌腐蚀，可在黄铜中加入0.02%的砷防止其发生。,2）青铜 凡是铜合金中的主加元素不是锌而是锡、铝、硅等其它元素者，通称
43、为青铜。常用的青铜有锡青铜、铝青铜和硅青铜等。 特点：锡青铜铸造性能较黄铜差，抗腐蚀性比纯铜和黄铜更好，但对 酸类的抗蚀性较差。铝青铜的机械性能也比黄铜和锡青铜高，而且在大 气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的耐蚀性。 硅青铜具有比锡青铜高的机械性能和较低的价格，而且铸造性能和冷、 热压力加工性能都很好。 2. 铝及其合金： 2.1 铝 特点：铝的密度小，比重为2.7，约为铜的1/3；导电性、导热性、塑 性、冷韧性都好，但强度低，经冷变形后强度可提高；能承受各种压力 加工。铝是电极电位很负的元素，铝在强氧化性介质以及在氧化性酸 （如硝酸）中也是稳定的。卤素离子对铝的氧化膜有破
44、坏作用，所以铝 在氢氟酸、盐酸、海水和其它含卤素离子的溶液中是不耐蚀的。 应用：广泛用于制造反应器、热交换器、冷却器、泵、阀、槽车、管 件等。 2.2 铝合金 纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、锌、锰、硅等 形成铝合金，其性能将会有很大的改善。,3. 钛及其合金 3.1 纯钛 特点：是很活泼的元素。有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多 环境中表现出很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。高温下，钛 的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫等元素发生剧烈反应。钛 一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲醇溶液）中，也 不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感性小，具有抗腐蚀疲
45、劳的性 能，耐缝隙腐蚀性能良好。 3.2 钛合金 特点：钛合金的机械性能与耐蚀性都比纯钛有明显提高。工业上使用 的都是钛合金。钛合金的主要腐蚀形态是氢脆和应力腐蚀破裂。 4. 镍及其合金 4.1 镍 特点：在各种温度、任何浓度的碱溶液和各种熔碱中，镍具有特别高 的耐蚀性。但镍在含硫气体、浓氨水和强烈充气氨溶液、含氧酸和盐酸 等介质中，耐蚀性很差。镍具有高强度、高塑性和冷韧的特性，能压延 成很薄的板和拉成细丝。镍很稀贵，在水处理工程和化工上主要用于制 造碱性介质设备，以及铁离子在反应过程中会发生催化影响而不能采用 不锈钢的那些过程设备。,4.2 镍合金 Ni-Cu 合金中的蒙乃尔合金具有很好的力学性能和机械性能，易于压 力加工和切削加工，耐蚀性好。主要用于在高温荷载下工作的耐蚀零件 和设备。Ni-Mo 合金中的哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室 温下所有浓度的盐酸和氢氟酸。Ni-Cr 合金中的因考尔合金 （0Cr15Ni57Fe），在高温下具有很好的力学性能和很高的抗氧化能 力，是能抗热浓MgCl2 腐蚀的少数几种材料之一。,END！,
