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金属材料基础知识 金属材料的基础知识 一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属 1、 黑色金属元素：铁、锰、铬 2、 有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。 通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以 其余金属元素为基的合金称为有色金属。 按冶炼方法分类： 工业用钢可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢三大类，每一类还可以根据炉 衬材料不同分为碱性和酸性两类；电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、 真空感应炉钢和电渣炉钢。 按用途分类： 按钢用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢。 结构钢可分为两类，一类是建筑及工程用钢或构件用钢，另一类是机器制 造用钢。前者主要和做钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶、容器等，属于这类 钢的有普通碳素钢和部分普通低合金钢，这类钢很大一部分做成钢板和型 钢；后者主要用做各种机器零件，包括轴承、弹簧等。 工具钢分为量具刃具钢、冷模具钢、热模具钢、耐冲击工具用钢等。特殊 性能钢分为耐热钢（包括抗氧化和热强钢），不锈耐酸钢、电工用钢等。 按金相组织分类： A按平衡状态或退火状态的组织分类，可分为亚共析钢，共析钢，过共析 钢和莱氏体钢。 B按正火组织为类，可分为珠光体、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。但 由于正火控冷的冷却速度随钢材尺寸不同而不同，所以这类分类方法不是 绝对的。 C按加热冷却时有无相变和室温时的金相组织分类： 可分为：铁素体钢：加热和冷却时，始终保持铁素体组织。 奥氏体钢：加热冷却时，始终保持奥氏体组织。 马氏体钢：钢加热奥氏体化后快速冷却中， 在低温（奥氏体向马 氏体转变开始温度Ms线之下）连续冷却时，过冷奥 氏体组织转变为马氏体组织， 室温时仍保持马氏体组 织。 双相钢：室温时在固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半或 较少相的含量在 30%以上，兼有铁素体组织和奥氏体 组织。 二、金属材料的表示方法。 ① 钢的编号方法：根据国标 GB/T221-2000 《钢铁产品牌号表示方法》的规定， 一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世 界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准， 某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的 不便。 ② 有色金属的编号方法： 有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同， 都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。由 于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一 般不出现化学元素符号。 三、合金元素在钢中的作用 1、 铝（Al）熔点为660 r，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚 硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。 2、 砷（As）时封闭丫区的元素，作用与磷相似，占钢中偏析严重。 3、 硼（B）熔点为2040E，有很强的亲和力，微量的硼（0.001%）就可以使结 构钢成倍的增加淬透性。在珠光体耐热钢中，微量硼可提高其高温强度，在 奥氏体钢中可提高其蠕变强度，由于硼吸收中子的能力强，在原子能反应堆 中常用高硼低碳钢。 4、 碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度 也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。碳含量每增加 0.1%，钢材抗拉强 度大约提高90MPa,屈服强度大约提高40~50 MPa,碳同时也能提高钢材的 高温强度， 在焊接碳含量较高的钢材时， 焊接热影响区易出现淬硬现象， 易 产生冷裂纹的倾向。因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳 素钢和低合金钢，其含碳量不应大于 0.25%。 5、铬（Cr）熔点为1920C，增加钢的淬透性并有二次硬化作用，在轴承钢和工 具钢中，铬提高碳钢的耐磨性，在不锈耐热钢中，当超过铬含量 12%时，使 其具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性， 介质腐蚀性能， 并增加钢的热强性， 但含量高时或处理不当，易产生a相和 475C脆相，钢的可焊性随铬含量增 加而降低，主要是焊接过程中易产生冷裂纹。 6铜（Cu）熔点为1083C，铜的固溶强化作用仅次于磷。铜不和碳形成碳化物， 某些作用与镍相似，但较弱。在低碳合金钢中，特别是与磷共同存在时，铜 可提高其耐大气腐蚀性能。钢中铜含量较高时对热变形加工不利，含量高于 0.75%时，也给焊接作业带来困难。 7、 锰（Mn ）熔点1244 °C，对铁素体和奥氏体均有较强的固溶强化作用，提高 硬度和强度。锰是弱碳化物形成元素，可形成合金渗碳体，并是良好的脱氧 剂和脱硫剂，与硫形成 MnS ，可防止因硫而导致的热脆现象，提高焊缝金 属抗热裂纹能力。锰降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度， 细化珠光体组织，改善其力学性能。锰为低合金钢的重要合金元素，并 为无镍或少镍奥氏