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一、金属材料的分类 金属材料通常按组成成分和色泽分类。 1、金属材料按组成成分分类 类型 | 组成特点 | 工业应用情况 | 纯金属 | 由单一金属元素组成的物质称为纯金属。目前已知的纯金属有80多种，如纯金、纯银、纯铁···等 | 纯金属在工业结构件中应用极少 | 合金 | 由一种金属元素为主体与另外一种或几种金属元素（或非金属元素）组成的物质称为合金。合金种类甚多，是工程构件的主要材料，如钢等。合金的综合性能优于纯金属 | 合金是工程结构件的主要原材料，应用广泛 |
2、金属材料按色泽分类 类型 | 主要品种 | 黑色金属 | 生铁、铁合金、铸铁和钢。黑色金属是工业生产的主导性材料 | 有色金属 | 除黑色金属以外的金属及其合金统称为有色金属，如铜、铝、锌、铅、锡、镁、钛等及其合金 |
二、 金属材料的机械性能 金属材料的机械性能包括强度、弹性、屈服极限、延伸率和断面收缩率以及硬度等。 1、金属材料的强度极限 种类和代号 | 意 义 | 单位 | 抗拉强度σb | 金属材料抵抗拉伸破坏作用时的最大能力，其值按国家标准提供 | MPa(N/m㎡) | 抗压强度σbc | 金属材料抵抗压缩破坏作用时的最大能力 | 抗弯强度σbb | 金属材料抵抗弯曲变形破坏作用时的最大能力 | 抗剪强度τb | 金属材料抵抗剪切变形破坏作用时的最大能力 |
注：材料强度是指材料对外力破坏的抵抗能力，具体的表现形式由材料的性质（塑性或脆性）及其所处的应力状态共同决定。 2、金属材料的弹性极限 代号 | 意 义 | 单位 | σe | 金属材料受到外力（如拉力）作用时，会产生变形（如伸长）；外力去除后，所产生的变形会消失，材料恢复原来形状。金属材料的这一性质称为弹性。材料受力超过某一数值，去除外力之后，材料不能完全恢复原来形状和尺寸，产生了塑性变形（残余变形）材料能够维持弹性变形范围的最大能力，称为弹性极限 | MPa(N/mMPa(N/m㎡) |
3、金属材料的屈服极限 种类和代号 | 意义 | 单位 | 屈服极限σs | 金属材料受外力作用超过其弹性极限时，即便外力不再增加了，材料的塑性变形也会不断加大，表明材料失去了抵抗变形的能力，处于屈服状态。 材料开始处于屈服状态的应力，称为屈服极限 | MPa(N/m㎡) | 条件屈服极限 σ0.2 | 对于无明显屈服点的材料，规定其产生0.2％塑性变形时对应的应力，称为条件屈服极限 |
4、金属材料的延伸率和断面收缩率 代号 | 意义 | 表达式 | 延伸率δ | 金属材料标准试样在拉伸试验中被拉断，标定长度的伸长与原来长度的比值，称为延伸率δ | 8=1-10x100% =A/0x100% | 断面收缩率 | 标准试样拉断后，其横截面积的减少与原面积之比称为断面收缩率 | φ=A0-Ax100%= =AA/x100% |
注：延伸率δ、断面收缩率φ都是塑性指标。一般将δ≥5％的材料称为塑性材料；δ<595％的为脆性材料。 5、金属材料的硬度 种类和代号 | 意 义 | 布氏硬度HB（淬硬钢球测定用HBS；硬质合金球用HBW） | 以一定负荷将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压人材料表面，保持规定时间后卸除负荷，测量材料表面的压痕，按公式计算所得的硬度 | 洛氏硬度HR （HRC：负荷1471.1N） （HRA：负荷588.4N） （HRB：负荷980.1N） | 以一定的负荷把淬硬钢球或顶角的120°的圆锥形金刚石压入器，压入材料表面，然后以材料表面上凹坑的深度来计算的硬度 | 维氏硬度HV | 将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器以适当的压力压入材料表面，保持规定时间后，测量压痕对角线长度，再按一定公式计算出硬度的大小 |
6、金属材料的冲击韧度 代号 | 意 义 | 单位 | ak | 将带有规定缺口的试样，在冲击机上冲断，材料所吸收的冲击力与试样缺口底部横截面积之比，称为材料冲击韧度 | J/cm2 |
三、 钢、铁和钢材 1、工业用铁 种类 | 来源 | 主要成分 | 用途 | 生铁（块） | 将铁矿石放入高炉中冶炼成液态生铁浇铸成的块状产品 | 含碳量超过0.2％的铁碳合金。此外，尚含有硅、硫、磷、锰等元素 | 用于冶炼钢材或制成灰铸铁 | 铁合金 | 铁与一定量的硅、锰、钨、铬元素，组成的合金统称为铁合金 | 各种铁合金组成比例应控制在规定范围内 | 工业特种用料 | 铸铁 | 将铸造生铁放入熔铁炉中熔炼而成的产品为铸铁。用液态铸铁浇铸成的元件称铸件 | 同生铁 | 用作灰铸铁件的浇铸，可煅铸铁原料，球墨铸铁原料 |
2、钢的组成及分类方法 钢的来源 | 组成成分 | 分类方法 | 将炼钢用生铁放入炼钢炉内冶炼，再把钢液浇铸成钢锭，轧制成各种钢材 | 含碳量＜0.2％的铁碳合金，其含硅、锰、硫、磷等均比生铁低 | （1）按化学成分分类（2）按主要质量等级分类（3）按用途分类 |
3、钢按化学成分分类（GB／T 13304-1991） 钢按化学成分分成三大类：非合金钢、低合金钢和合金钢。 合金元素 | 合金元素含量（％） | 非合金钢（＜） | 低合金钢 | 合金钢（≥） | 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 | 一 | 0.10 | Zr | 0.05 | 0.05~0.12 | 0.12 | La系每种元素 | 0.02 | 0.02~0.05 | 0.05 | 其他元素 | 0.05 | - | 0.05 |
4、非合金钢按质量等级分类 类型 | 主要质量 | 主要品种 | 1．普通质量非合金钢 | 不规定生产过程中需要特别控制质量要求，但需同时满足四个条件： （1）钢为非合金化符合GB／T13304-1991对非合金元素含量要求（第一部分） （2）不规定热处理（退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待） （3）如产品标准或技术条件有规定，其特性值应符合下列条件： ①碳含量≥0.10％、硫或磷含量≥0.45％、氮含量≥0.007％； ②抗拉强度≤690MPa、屈服强度≤360MPa、延伸率≤33％； ③弯心直径最低值≥0.5x试样厚度、冲击功最低值（20℃，V形，纵向标准试样）≤27J、洛氏硬度HRB≥60；④未规定其他质量要求 | （1）一般用途碳素结构钢（GB700中规定的A、B级钢） （2）碳素钢筋钢，如Q235（GB／T13031) （3）铁道用一般碳素钢，如轻轨、垫钣用钢（GB／T 11264） | 2.优质非合金钢 | 除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢，生产过程中需要特别控制质量（如控制晶粒度，降低S.P含量，改善表面质量或增加工艺控制），以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求（如良好的抗脆断性能，良好的冷成型性能等），但其生产控制严格程度又不如特殊质量的非合金钢 | （1）机械结构用优质碳素钢，如GB／T 699规定的条钢（70-85钢，65Mn、70Mn除外） （2）工程结构用碳素钢，如GB700规定的质量等级为C，D级钢 （3）冲压薄钣的低碳结构钢，如GB／T 5213，GB／T 3276规定的优质碳素钢薄钣 （4）镀层板、带用的碳钢，如GB/T 2518、GB/T 2520、GB4174···等规定的镀锡、镀锌和镀铝板带及厚钣 （5）锅炉和压力容器用碳素钢，如GB／T 713、GB／T 3087等规定的碳素钢板 （6）船用碳素钢，如GB／T712规定的板管和型钢 （7）铁道用优质碳素钢，如GB2585规定重轨用钢 （8）焊条用碳素钢，如GB／T 13规的碳素钢，但成品分析S.P不大于0.25％的钢除外 （9）用于冷锻、冷挤压、冷拔有特殊要求的棒料和线材 （10）非合金切削结构钢 （11）电工用非合金钢板、带（无硅钢板） （12）优质铸造碳素钢，如GB7659规定之铸造钢 | 3.特殊质量非合金钢 | 生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金钢，并应符合下列条件之一： （1）对要进行热处理的钢材，限制非金属杂质含量及淬火后硬度或韧性要求 （2）不进行热处理的钢材，含硫量0.25％，含磷≤0.25％ （3）具有规定的导电性能或磁性的钢材 | （1）保证淬透性非合金钢（GB／T5216）；（2）铁道用特殊非合金钢（车轮用钢）；（3）兵器用非合金钢；（4）核设备用非合金钢；（5）特殊焊条非合金钢；（6）碳素弹簧钢；（7）特殊盘条钢、钢丝；（8）电磁纯铁；（9）原料纯铁 |
5、非合金钢按主要性能与用途分类 种类 | 主要性能与用途 | （1）冷成型用薄钢板 | 以最高强度（硬度）为主要特性的非合金钢，用作冷加工成型材料。强度高于规定值不得使用 | （2）造船、压力容器、 管道用钢 | 以最低强度为主要特性的非合金钢。强度低于规定值者，不得在有关产品中使用 | （3）线材、调质钢 | 限制碳含量为主要特性的非合金钢 | （4）易切削钢 | 钢中含硫量不小于0.070％，并加入Pb，Bi，Te、Se或P元素 |
6、低合金钢按质量等级分类 种类 | 主要质量标准 | 主要品种 | 普通质量合金钢 | 冶炼时不规定生产过程中需要特别控制质量要求，用作一般用途的低合金钢，应满足下列要求： ①合金含量符号 GB／T 13304-1991对低合金钢的规定； ②不规定热处理； ③硫或磷含量≥0.045％、抗拉强度≤690MPa、屈服强度≤360MPa、延伸率≤26%％、弯心直径≥2x试件厚度、径≥2x 冲击动 | ①屈服强度≤360MPa的低合金度≤360MPa结构钢 ②低合金钢筋（GB／T 1499）③铁道用一般低合金钢 ④矿用一般低合金钢 | 优质低合金钢 | 在生产过程中需要特别控制质量（如晶粒度、降低S.P含量；改善表面质量等），以达到比普通质量非合金钢较特殊的要求（良好的抗脆断性，良好的冷成型性等），但其生产控制又不如特殊质量非合金钢严格（如不控制淬透性） | ①可焊接的高强度结构钢，σs在360～420MPa之间； ②锅炉和压力容器用低合金钢；③造船用低合金钢； ④汽车、桥梁、铁道用低合金钢；⑤低合金耐候钢； ⑥矿用低合金钢； ⑦输油、气管用低合金钢 | 特殊质量低合金钢 | 生产过程中需要特别严格控制质量和性能（如S.P含量及纯度）的低合金钢，并符合下列要求： ①规定限制非金属夹杂物含量及内部材质均匀性，保证抗层状撕裂性能；②S．P的含量 0.025％； ③限定残余元素含量：Cu≤0.10%、Co≤0.05%%、V0.005%; ④规定低温冲击性能； ⑤可焊接高强度钢 σs≥420MPa | ①核能用低合金钢； ②保证厚度方向性能的低合金钢； ③铁道用特殊低合金钢 ④低温用低合金钢； ⑤舰船、兵器用低合金钢 |
7、合金钢按性能和用途分类 种类 | 范 围 | （1）工程结构用合金钢 | 一般工程结构用合金钢；合金钢筋钢；压力容器用合金钢；地质、石油钻探用钢；高锰耐磨钢 | （2）机械结构用合金钢 | 调质处理合金结构钢；表面硬化合金结构钢；冷塑性成型合金结构钢；合金弹簧钢 | （3）不锈钢、耐蚀钢和耐热钢 | 不锈钢、耐酸钢、抗氧化钢和热强钢 | （4）工具钢 | 合金工具钢、高速工具钢 | （5）轴承钢 | 高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢和无磁轴承钢 | （6）特殊物理性能钢 | 软磁钢、无磁钢和高电阻钢 |
8、合金钢按质量等级分类 种 类 | 主要质量标准 | 主要品种 | （1）优质合金钢 | 生产过程中需要特别控制质量和性能，但其控制要求不如特殊质量合金钢严格 | ①一般工程结构用合金钢②合金钢筋钢 ③电工用硅钢 ④铁道、地质、石油钻探用合金钢 ⑤S.P>0.＞0.035％耐磨钢 ⑥硅锰弹簧钢 | （2）特殊质量合金钢 | 生产过程中需要特别严格控制质量和性能的合金钢，除优质合金钢以外的其它合金钢都是特殊质量合金钢 | ①压力容器用合金钢②经热处理的合金钢筋钢③经热处理的钻探用合金钢④合金结构钢⑤合金弹簧钢⑥不锈钢⑦耐热钢⑧合金工具钢⑨高速工具钢⑩轴承钢⑪高电阻电热钢⑫无磁钢⑬永磁钢 |
9、钢的其他习惯分类 分类标志 | 类 型 | （1）按钢中含碳量百分比分类 | 低碳钢（C≤0.25％）；中碳钢（0.25％＜C＜0.60％）；高碳 钢（(C≥0.≥0.60%) | （2）按冶炼时脱氧程度分类 | 沸腾钢，镇静钢；半镇静钢 | （3）按炼钢炉分类 | 平炉钢，转炉钢，电炉钢 | （4）按用途分类 | 结构钢，工具钢，特殊用钢 |
10、钢的牌号表示法 （1）碳素结构钢牌号表示法  （2）优质碳素结构钢牌号表示法（GB／TGB/T 699-199999-1999) 
（3）低合金高强度结构钢牌号表示法（GB／T 1591-1994） 
（4）合金结构钢牌号表示法（GB／T 3077-1999） 
（5）不锈钢和耐热钢牌号表示法（GB／T 1220.21-1992） 
四、 有色金属及其合金 1、有色金属按密度、储量与分布分类 种类 | 特 点 | （1）轻有色金属及其合金 | 密度<4.5g/c㎡的金属及其合金此类轻金属化学活性大，与氧、硫碳等的化合物相当稳定 | （2）重有色金属 其合金 | 密度＞4.5g／c㎡的金属，有铜、镍、铅、锌、钴、铋等及其合金 | （3）贵金属及其 金 | 此类金属在地壳中储量少，开采和提取比较困难，价格贵，对氧和其它试剂较稳定，如金、银和铂及其合金 | （4）稀有金属 | 在自然界含量稀少，难以从地壳中提取 主要有：稀有轻金属，钛、锂、铍、伽、铯等； 稀有高溶点金属，钨、钼、铌、钽、锆、钒； 稀有分散金属，镓、铟、铊、锗； 稀土金属，钪、钇、镧系金属； 稀有放射性元素，镭、锕 |
2、有色金属按生产方式分类 产品类型 | 主要品种 | 冶炼产品 | 各种有色金属的冶炼产品（工业纯和高纯度两种） | 加工产品 （变形合金） | 铜及铜合金、铝及铝合金、镁及镁合金、铅及铅合金、钛及钛合金，主要 以压力加工方法生产的棒、管、板、型、带、箔、条和线等半成品材料 | 铸造产品 | 铸造黄铜、铸造青铜、铸造铝合金和铸造镁合金 |
3、有色金属及其合金牌号表示法 （1）铝及铝合金牌号表示法 组别 | 牌号示例 | 工业纯铝 | L4 表示四号工业纯铝 | 以铜为主要合金元素的铝合金 以锰为主要合金元素的铝合金 以硅为主要合金元素的铝合金 以镁、硅为主要合金元素的铝合金 以其它元素为合金元素的铝合金 | 系列 系列 4xxx 系列 6xxx 系列 8xxx 系列 |
（2）铜及铜合金牌号表示法 组 别 | 代号示例 | 纯铜 | 纯铜 | 如：二号铜 | T2 | 无氧铜 | 如：一号无氧铜 | TU1 | 如：磷脱氧铜 | TUP | 黄铜 | 普通黄铜 铅黄铜 锡黄铜 铝黄铜 锰黄铜 铁黄铜 镍黄铜 硅黄铜 | 如：68黄铜 如：59-1铅黄铜 如90-1锡黄铜 如：77-2铝黄铜 如：58-2锰黄铜 如：59-1-1铁黄铜 如：65-5镍黄铜 如：80-3硅黄铜 | H68 HPb59-1 HSn90-1 HA177-2 HMn58-2HFe59-1-1 HNi65-2 HSi80-3 | 青铜 | 锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 锰青铜 镉青铜 铬青铜 | 如：6.5-0.1锡青铜 如：10-3-1.5铝青铜 如：1.9铍青铜 如：3-1硅青铜 如：5锰青铜 如：1镉青铜 如：0.5铬青铜 | QSn6.5-0.1QA110-3-1.5 QBe1.9 QSi3-1 QMn5 QCd1 QCr0.5 |
（3）镍及镍合金牌号表示法 组别 | 代号示例 | 纯镍 | 如：四号镍 | N4 | 阳极镍 | 如：一号阳极镍 | NY1 | 镍硅合金 | 如：0.19镍硅合金 | NSi0.19 | 镍镁合金 | 如：0.1镍镁合金 | NMg0.1 | 镍锰合金 | 如：2-2-1镍锰合金 | NMn2-2-1 | 镍铜合金 | 如：28-2.5-1.5镍铜合金 | NCu28-2.5-1.5 | 镍铬合金 | 如：10镍铬合金 | NCr10 | 镍钴合金 | 如：17-2-2-1镍钴合金 | NCo17-2-2-1 | 镍铅合金 | 如：3-1.5-1镍铅合金 | NA13-1.5-1 | 镍钨合金 | 如：4-0.2镍钨合金 | NW4-0.2 |
（4）铅、锌、锡、钛及其合金牌号表示法 组 别 | 代号示例 | 铅及其合金 | 纯铅 铅销合金 | 如：3号铅 如：二铅锑合金 | PL3 PLSb2 | 锌及其合金 | 纯锌 锌铜合金 | 如：2号锌 如：1.5锌铜合金 | Zn2 ZnCol.5 | 锡及其合金 | 纯锡锡锑合金锡铅合金 工业纯钛 钛合金 | 如：二号锡 如：2.5锡锑合金如：13.5-2.5锡铅合金 如：一号a型钛如：五号α型钛合金四号 β型钛合金 | Sn2 SnSb2.5SnPb13.5-2.5 TAI TAS TC4 |
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