要掌握鍛造工藝，必須了解鍛造用材料的種類、牌號、效能和用途。由於鍛造是使材料在熱態或冷態下的變形過程，所以鍛造材料除滿足產品零件的各種效能要求外，還必須具有良好的成形加工效能，即在熱態或冷態下具有較高的塑性和較低的變形抗力，以保證鍛造過程的順利進行。
鍛造用金屬材料主要有鋼和有色金屬及其合金。
§3.1 熱鍛用金屬材料
一、鋼的分類
鋼是由生鐵經煉鋼爐冶煉所得的產品。它是以鐵和碳為基本成分的合金，可以加入各種合金元素，並含有s、p等有害元素。鋼中含碳量一般低於1.
3%。含碳量低於0.0218%的鋼稱為工業純鐵。
1、鋼的綜合分類法
2、按化學成分分類
鋼按化學成分可以分為碳素鋼和合金鋼兩大類。
（1）碳素鋼
鋼的成分中除fe外，主要只含有c和一定數量的si、mn、s、p等元素，這種鋼稱為碳素鋼。碳素鋼按含碳量的多少，可分為：
1）低碳鋼，即含碳量在0.25%以下的鋼；
2）中碳鋼，即含碳量為0.25～0.60%的鋼；
3）高碳鋼，即含碳量在0.60%以上的鋼。
（2）合金鋼
在碳素鋼中加入某些合金元素就稱為合金鋼。加入一定量的合金元素就可以改善鋼的機械效能、工藝效能或物理效能。加入的合金元素主要有：
cr、ni、si、mn、mo、w、v、al、ti、cu、b、co、nb等。
合金鋼按鋼中合金元素總含量的多少，可分為：
1）低合金鋼，即合金元素總含量在5.0%以下的鋼；
2）中合金鋼，即合金元素總含量為5.0～10.0%的鋼；
3）高合金鋼，即合金元素總含量在10.0%以上的鋼。
3、按質量分類
鋼中常含有si、mn、s、p等微量雜質元素，其中s、p是有害元素。根據鋼中s、p等雜質元素含量的多少，鋼可以分為：
（1）普通鋼
含硫量不超過0.05%，含磷量不超過0.055%的鋼。
（2）優質鋼
含硫量不超過0.04%，含磷量不超過0.04%的鋼，含銅量不超過0.3%的鋼。
（3）高階優質鋼
含硫量不超過0.03%，含磷量不超過0.035%的鋼，含銅量不超過0.25%的鋼。
4、按用途分類
按鋼的用途可將鋼分為如下幾種：
（1）結構鋼
用於製造工程結構和機械零件，可分為碳素結構鋼和合金結構鋼；
（2）工具鋼
用於製造各種工具，可分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼；通常按其用途還可以分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三類；
（3）特殊用途鋼
用於特殊用途和具有特殊效能，例如不鏽耐酸鋼、耐熱鋼和電熱合金等。
5、其他分類法
除上述分類方法外，鋼還可以按煉鋼方法分為轉爐鋼、平爐鋼、電爐鋼等；按澆鑄前脫氧程度分為鎮靜鋼、半鎮靜鋼和沸騰鋼等；按鋼的顯微組織，如不鏽鋼可分為鐵素體不鏽鋼、奧氏體不鏽鋼和馬氏體不鏽鋼。
二、鋼的牌號表示方法
我國鋼材的牌號是採用國際化學符號和漢語拼音字母並用的原則來表示的。鋼號中的化學元素採用國際化學符號來表示，如si、mn、cr、w……等；產品名稱、用途、冶煉和澆鑄方法等採用漢語拼音的縮寫字母來表示。
1、普通碳素結構鋼
普通碳素結構鋼有甲、乙、特三種，用字母後面加數字0～7順序表示：
（1）甲類鋼
甲類鋼是按機械效能**的鋼，包括a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7。
（2）乙類鋼
乙類鋼是按化學成分**的鋼，包括b0、b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7。
（3）特類鋼
特類鋼是按機械效能和化學成分**的鋼，包括c0、c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7。
牌號中的數字表示不同的鋼號，數字大表示鋼的含碳量較高，強度較大而塑性較低。此外，為表示冶煉方法，在鋼類和數字之間加入有關字母（平爐鋼一律略去字母p）；為表示澆鑄方法，在鋼號後加f或b（鎮靜鋼則不加任何字母）。例如b4b表示平爐乙類4號半鎮靜鋼；cj4f表示鹼性側吹轉爐特類4號沸騰鋼；a3表示平爐甲類3號鎮靜鋼等。
2、優質碳素結構鋼
優質碳素結構鋼的牌號用兩位數字表示，有08f、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、75、80、85等。這兩位數字表示平均含碳量為萬分之幾。例如45表示含碳量為0.
45%左右的優質碳素結構鋼。又例如08f表示含碳量為0.08%左右的優質碳素結構沸騰鋼。
20b表示含碳量為0.20%左右的優質碳素結構半鎮靜鋼，20g表示含碳量為0.20%左右的優質碳素結構鍋爐鋼等。
此外，含錳量較高的鋼應在數字後面把錳元素標出，例如50mn表示含碳量為0.50%左右、含錳量為0.70～1.
00%的優質碳素結構鋼。
3、碳素工具鋼
碳素工具鋼的牌號有t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13等。字母t表示碳素工具鋼，數字表示平均含碳量為千分之幾。高階優質碳素工具鋼則在牌號後面加乙個字母a。
例如t8表示含碳量為0.8%左右的碳素工具鋼；t10a表示含碳量為1.0%左右的高階優質碳素工具鋼。
4、合金結構鋼
合金結構鋼的牌號有三部分組成，即「數字+元素+數字」。前面的數字表示平均含碳量為萬分之幾，合金元素以化學元素符號表示，後面的數字表示合金元素的含量，一般以百分之幾表示。當合金元素含量<1.
5%時，鋼號中一般只標出元素而不標明含量。當合金元素≥1.5%、≥2.
5%、≥3.5%、……時，則在元素符號後面相應標出2、3、4、……。例如40cr表示含碳量為0.
4%左右、含鉻量為1.0%左右的合金結構鋼；12cr2ni4a表示含碳量為0.12%左右、含鉻量為2.
0%左右、含鎳量為4.0%左右的高階優質合金結構鋼。含有合金元素的彈簧鋼60simn、50si2mn、60si2mn等，表示方法相同。
5、滾珠軸承鋼
滾珠軸承鋼的牌號有gcr6、gcr9、gcr15、gcr15simn、gsimnmov等。字母g表示滾珠軸承鋼，數字表示平均含鉻量為千分之幾，含碳量不標出，一般在1.0%左右。
例如gcr15表示含鉻量為1.5%左右的滾珠軸承鋼，gsimnmov表示含錳量為1.0%左右、含矽量為0.
55%左右並含有鉬和釩的滾珠軸承鋼。
6、合金工具鋼
合金工具鋼牌號的表示方法原則上和合金結構鋼大致相同，所不同的是含碳量的表示方法。如平均含碳量≥1.0%，則不標出含碳量；平均含碳量<1.
0%，則在牌號前以千分之幾表示。例如3cr2w8v表示含碳量為0.3%左右、含鉻量為2.
0%左右、含鎢量為8.0%左右並含有釩的合金工具鋼；cr12mov表示含碳量為1.45～1.
70%、含鉻量為12.0%左右並含有鉬和釩的合金工具鋼。
7、高速工具鋼
高速工具鋼的牌號有w9cr4v、w18cr4v、w12cr4v4mo、w6mo5cr4v2等。在高速工具鋼的牌號中一般不標出含碳量，把鎢元素放在前面，合金元素平均含量的表示方法和合金結構鋼相同。例如w18cr4v表示含碳量為0.
70～0.80%、含鎢量為18.0%左右、含鉻量為4.
0%左右、含釩量為1.0%左右的高速工具鋼。
8、不鏽耐酸鋼、耐熱鋼和電熱合金
這幾種鋼牌號的表示方法和合金工具鋼相同。但含碳量一般不標出，如鋼號有重複或含碳量較高時才在牌號前標出平均含碳量（為千分之幾）。如果碳含量≤0.
03%及碳含量≤0.08%時，則在牌號前相應冠以「00」及「0」。不鏽耐酸鋼的牌號如1cr13、2cr13、4cr13、cr14、9cr18、0cr18ni9、1cr18ni9、1cr18ni9ti等；耐熱鋼如4cr9si2、cr3si、cr5mo、4cr10si2mo、1cr13、1cr13ni9ti等；電熱合金如cr8al5、cr13al4、1cr17al5等。
三、熱鍛用鋼材
熱鍛用鋼材有鋼錠和鋼坯兩種。大型鍛件使用鋼錠作為原材料，中小型鍛件使用各種截面的鋼坯作為原材料。
1、鋼錠
鋼錠是將煉好的鋼液澆注到鋼錠模中冷卻凝固後獲得的。鋼的冶煉和澆注方法直接影響鋼錠的質量。
（1）鋼錠的型式
鋼錠的形狀是截錐體，上端大，下端小。鍛造用鋼錠一般採取八角形截面，如圖3.1所示。決定鋼錠形狀和尺寸的引數是錐度和高徑比。
圖3.1 鋼錠的形狀和尺寸
鋼錠的型式分為普通型式和特殊型式兩種。普通型式的鋼錠是供一般鍛件用的，其錐度≈4.0%，高徑比≈1.
8～2.3，冒口的比例約為17.0%；特殊型式的鋼錠有短粗鋼錠、空心鋼錠、長鋼錠等，其中短粗鋼錠是供鍛造重要的優質鍛件用的，其為錐度≈11.
0～12.0%，高徑比≈1.5，冒口的比例約為20.
0～24.0%。
（2）鋼錠的組織
鋼錠是由冒口、錠身和底部三部分組成的，如圖3.2（a）所示。
a） 鋼錠實物b） 鋼錠的縱、橫剖面組織結構
圖3.2 鋼錠及其內部組織
1） 冒口
冒口是鋼錠澆注後最後冷卻凝固的部分。這時由於錠身、底部均已凝固，冒口凝固時已無鋼液補充體積的收縮，於是便在這裡形成縮孔，在縮孔周圍形成縮松；此外，低熔點的非金屬雜質也大量聚集在這裡。所以冒口是鋼錠中缺陷嚴重、質量最差的部分，鍛造時必須切除。
2） 錠身
鋼錠錠身部分是供鍛造用的原坯料。錠身內部分三個區：表面細晶粒層、柱狀晶粒層、中心粗大等軸晶粒區，如圖3.2（b）所示。
錠身的中心晶粒粗大，雜質和疏鬆等缺陷較多，故此區質量較差。
3）底部
鋼錠底部沉積有大量的雜質（爐渣、重金屬等），組織疏鬆，是鋼錠中質量低劣的部分，也要在鍛造時切除。
2、 鋼坯
鍛造用的鋼坯有熱軋鋼材、冷拔棒料和錘或水壓機鍛造的鋼坯，其中應用最廣的是熱軋鋼材。冷拔棒料用於小鍛件的精密模鍛，鍛造鋼坯用於大鍛件或合金鋼鍛件的模鍛。
四、熱鍛用有色金屬及其合金
鍛造生產中常用的有色金屬有銅和銅合金、鋁和鋁合金、鈦和鈦合金等。這些有色金屬廣泛應用於航空、電器、化學、機械和造船等工業部門。
1、銅和銅合金
（1）純銅
純銅是一種紫紅色金屬，密度8.93g/cm3，熔點1083℃，有良好的塑性、導電性和導熱性，在大氣和海水中有良好的耐蝕性。純銅的牌號以漢語拼音字母「t」加順序號表示，有t 1、 t 2 、t 3、 t 4四種，其純度隨順序號的增大而降低。
（2）銅合金
1）黃銅
以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。只含有鋅的黃銅稱為普通黃銅；除鋅之外還含有其他合金元素的稱為特殊黃銅，例如錫黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅和鐵黃銅等。
普通黃銅的牌號以漢語拼音字母「h」表示，後面的數字是銅的含量，鋅的含量不標明。例如h68表示含銅68.0%，其餘是鋅的普通黃銅。
普通黃銅有h62、h68、h82、h90、h96五種牌號。
《材料合成與製備》 17級金屬材料及其成型部分 論述題
學號姓名 專業 年級 成績 一 從鐵 銅 鋁 鈦的性質出發，分析和論述這四種金屬製備工藝 精礦至 純金屬 的不同特點。30分 二 採用快速凝固技術製備的金屬材料在組織和效能上有什麼特點，為什麼？要實現金屬材料快速凝固製備，可採取哪些方法？20分 三 金屬基複合材料相對普通金屬材料在效能上有什麼特點，...
第二章金屬材料及熱處理
第二章答案 1 從原子結合的觀點來看，金屬 陶瓷和高分子材料有何主要區別？在效能上有何表現？答 金屬通常通過金屬鍵相結合，因此具有良好的韌性 導電性和導熱性。陶瓷的結合鍵主要是共價鍵和離子鍵，大部分材料以離子鍵為主，所以陶瓷材料具有高的熔點和很高的硬度，但脆性很大。高分子材料的結合鍵是分子鍵，由於高...
第七章金屬材料及熱處理
第七章答案 一 填空題 1 含碳量 2.11 的鐵碳合金稱為鑄鐵。2 根據碳在鑄鐵組織中存在形式不同，可分為白口鑄鐵 灰口鑄鐵 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵 合金鑄鐵。3 鑄鐵在結晶過程中，碳以石墨形態析出的現象稱為石墨化。4 按金屬基體組織的不同，灰口鑄鐵分為三種型別 鐵素體灰口鑄 鐵 鐵素體 珠...