常用金屬材料基礎知識教材
第1章：金屬材料名稱常用基礎術語
1．基礎術語：
黑色金屬：鐵和鐵的合金均稱為黑色金屬。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。
純鐵：純度很高的鐵，化學純鐵含碳量幾乎為零，工業純鐵含碳量<0.05%。純鐵是很軟的，一般不應用到實際中。
鐵碳合金：以鐵為基礎，以碳為主要新增元素的合金，統稱為鐵碳合金。如鋼和生鐵。
生鐵：把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的，含碳量2％～4.3％（也有資料稱3.
5%—5.5%、2.11%-6.
67%）的鐵碳合金稱為生鐵。生鐵質硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形，主要用來煉鋼和製造鑄件，如白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。也有習慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。
白口鐵：碳以fe3c形態分布的生鐵稱為白口鐵，其斷口呈銀白色，質硬而脆，不能進行機械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。
灰口鐵：碳以片狀石墨形態分布的生鐵稱為灰口鐵，其斷口呈銀灰色，由於石墨質軟並有潤滑作用，因而這種生鐵具有良好的易切削、耐磨和鑄造效能等優點。但是，由於有片狀石墨的存在，降低了它的抗拉強度，使它不能鍛軋，只能用於製造各種鑄件，如鑄造工具機床座、鐵管等。
因此，通常把這種生鐵叫做鑄造生鐵。
球墨鑄鐵：碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其機械效能、加工效能接近於鋼。
鋼：含碳量在0.04%-2.
3%之間（也有資料稱0.03%-1.2%）的鐵碳合金稱為鋼。
為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有矽、錳、硫、磷等。
有色金屬：又稱非鐵金屬，指除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁等。
第2章：鋼的分類基礎知識
1．按品質進行分類
①普通鋼：p≤0.045% s≤0.050%（如普通碳素結構鋼q195、q235等）
②優質鋼：p≤0.035% s≤0.035%（如優質碳素結構鋼20號、45號鋼等）
③高階優質鋼：p≤0.035% s≤0.030%（比優質鋼更優質，一般在鋼號後加a以示區別，如08a等）
2．按化學成份進行分類
1）碳素鋼：
①低碳鋼：c≤0.25%
②中碳鋼：c≤0.25~0.60%
③高碳鋼：c≥0.60%
2）合金鋼：
①低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；
②中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）；
③高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。
3．按成形方法分類：
①鍛鋼②鑄鋼③熱軋鋼
④冷拉鋼。
4．按金相組織分類
1）退火狀態的：
①亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；
②共析鋼（珠光體）；
③過共析鋼（珠光體+滲碳體）；
④萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。
2）正火狀態的：
①珠光體鋼
②貝氏體鋼
③馬氏體鋼
④奧氏體鋼。
3）無相變或部分發生相變的
5．按用途分類
1）建築及工程用鋼：
①普通碳素結構鋼；
②低合金結構鋼；
③鋼筋鋼。
2）結構鋼
①機械製造用鋼：
ⅰ調質結構鋼；
ⅱ表面硬化結構鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼；
ⅲ易切結構鋼；(d)冷塑性成形用鋼：包括冷衝壓用鋼、冷鐓用鋼。
②彈簧鋼
③軸承鋼
3）工具鋼：
①碳素工具鋼；
②合金工具鋼；
③高速工具鋼。
4）特殊效能鋼：
①不鏽耐酸鋼；
②耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼；
③電熱合金鋼；
④耐磨鋼；
⑤低溫用鋼；
⑥電工用鋼。
5）專業用鋼
如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農機用鋼等。
6．綜合分類
1）普通鋼
①碳素結構鋼：
②低合金結構鋼
③特定用途的普通結構鋼
2）優質鋼（包括高階優質鋼）
①結構鋼：
ⅰ優質碳素結構鋼
ⅱ合金結構鋼
ⅲ彈簧鋼
ⅳ易切鋼
ⅴ軸承鋼
ⅵ特定用途優質結構鋼。
②工具鋼：
ⅰ碳素工具鋼
ⅱ合金工具鋼
ⅲ高速工具鋼。
③特殊效能鋼：
ⅰ不鏽耐酸鋼
ⅱ耐熱鋼
ⅲ電熱合金鋼
ⅳ電工用鋼
ⅴ高錳耐磨鋼。
8．按冶煉方法分類
1）按爐種分
①平爐鋼：
ⅰ酸性平爐鋼
ⅱ鹼性平爐鋼。
②轉爐鋼：
ⅰ酸性轉爐鋼
ⅱ鹼性轉爐鋼
或ⅰ底吹轉爐鋼
ⅱ側吹轉爐鋼
ⅲ頂吹轉爐鋼。
③電爐鋼：
ⅰ電弧爐鋼
ⅱ電渣爐鋼
ⅲ感應爐鋼
ⅳ真空自耗爐鋼
ⅴ電子束爐鋼。
2）按脫氧程度和澆注制度分
①沸騰鋼
②半鎮靜鋼
③鎮靜鋼
④特殊鎮靜鋼。
第3章：金屬材料機械效能基礎知識
1．1 金屬材料機械效能基礎術語：
1）屈服點（σs）：
鋼材或試樣在拉伸時，當應力超過彈性極限，此時應力不增加或開始有所下降，而鋼材或試樣仍繼續發生明顯的塑性變形，稱此現象為屈服，而產生屈服現象時的最小應力值即為屈服點。
設ps為屈服點s處的外力，fo為試樣斷面積，則屈服點σs
=ps/fo(mpa)，mpa稱為兆帕等於n（牛頓）/mm2，（mpa=106pa，pa：帕斯卡=n/m2）
2）屈服強度（σ0.2）
有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規定產生永久殘餘塑性變形等於一定值（一般為原長度的0.2%）時的應力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2
。3）抗拉強度（σb）
材料在拉伸過程中，從開始到發生斷裂時所達到的最大應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應的還有抗壓強度、抗彎強度等。
設pb為材料被拉斷前達到的最大拉力，fo為試樣截面面積，則抗拉強度σb= pb/fo （mpa）。
4）抗壓強度（σlc）
材料試樣受壓力時，在壓壞前所承受的最大應力。
5）抗彎強度（σcb）
材料試樣受彎曲力時，在破壞前所承受的最大應力。
4）伸長率（δs）
材料在拉斷後，其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。
5）屈強比（σs/σb）
鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結構零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.
65，低合金結構鋼為0.65-0.75，合金結構鋼為0.
84-0.86。
6）硬度
硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要效能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
①布氏硬度（hb）
以一定的載荷（一般3000kg）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載後，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（hb），單位為公斤力/mm2
（n/mm2）。
②洛氏硬度（hr）
當hb>450或者試樣過小時，不能採用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用乙個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.
18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：
hra：是採用60kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，用於硬度極高的材料（如硬質合金等）。
hrb：是採用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用於硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。
hrc：是採用150kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，用於硬度很高的材料（如淬火鋼等）。
③維氏硬度（hv）
以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（hv）
1．2 力學效能與可成形性及使用效能的關係
要使鋼板獲得所需的形狀，必須使其永久變形，所採取的工藝可以是區域性或整體彎曲、深衝、張拉或這些成型方法的組合。
（1）薄鋼板的屈服強度表示出成形後的可成形性和強度，對普通碳素鋼板的成形，屈服點值過高，常常有可能發生過大的回彈、成形時容易破斷，磨具磨損快以及由於塑性不良而出現缺陷。然而材料的屈服點小於140mpa時，又可能經受不住成形過程中施加的應力，對用於較複雜或複雜成形加工或沖壓加工的鋼板，通常要求具有比較低的屈服強度值，而且屈服比值愈小，由鋼板的成形效能愈好。
（2）中厚板的冷態可成形性與材料的屈服強度和伸長率有直接關係。屈服強度值愈低，產生永久變形所需的應力愈小；伸長率值愈高，高的延展性可以允許承受大的變形量而不致斷裂。
（3）對用於建築結構、橋梁及機械結構件的鋼板，為防止構件斷裂，要求鋼板材料具有特點的抗拉強度，而為防止構件變形，又要求鋼板材料具有一定的屈服強度，因此對這類用途的鋼材都要求規定抗拉強度、屈服強度的最小值或範圍值。
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