常用工程材料的性能和特点

（一）金属材料

1、黑色金属

含碳量小于2．11％（重量）的合金称为钢，合碳量大于2．11％（重量）的合金称为生铁。

（1）钢及其合金的分类。

钢的力学性能决定于钢的成分和金相组织。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响。

在工程中更通用的分类为：

l）按化学成分分类。可分为碳素钢、低合金钢和合金钢。

2）按主要质量等级分类：

①普通碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢；

②普通低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢；

③普通合金钢、优质合金钢和特殊质量合金钢。

（2）钢牌号的表示方法。按照国家标准《钢铁产品牌号表示方法》规定，我国钢铁产品牌号采用汉语拼音字母、化学符号和阿拉伯数字相结合的表示方法，即：

l）牌号中化学元素采用国际化学元素表示。

2）产品名称、用途、特性和工艺方法等，通常采用代表该产品汉字的汉语拼音的缩写字母表示。

3）钢铁产品中的主要化学元素含量（％）采用阿拉伯数字表示。

合金结构钢的牌号按下列规则编制。数字表示含碳量的平均值。合金结构钢和弹簧钢用二位数宇表示平均含碳量的万分之几，不锈耐酸钢和耐热钢含碳量用千分数表示。平均含碳量＜0.1％（用“0”表示；平均含碳量＜0.03％，用“00” 表示＝。合金工具钢平均含碳量＞1.00％时，不标合碳量，否则用千分数表示。高速工具钢和滚珠轴承钢不标含碳量，滚珠轴承钢标注用途符号“C”。平均合金含量＜1.5％者，在牌号中只标出元素符号，不注其含量。

例：在钢的分类中，优质钢是按照（ ）来分类的。

A.化学成分 B.用途 C.冶炼质量 D.冶炼方法

答案：C

（3）工程中常用钢及其合金的性能和特点。

l）碳素结构钢

碳素结构钢生产工艺简单，有良好工艺性能（如焊接性能、压力加工性能等）、必要的韧性、良好的塑性以及价廉和易于大量供应，通常在热轧后使用。在桥梁、建筑、船舶上获得了极广泛的应用。某些不太重要、要求韧性不高的机械零件也广泛选用。

2）低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢比碳素结构钢具有较高的韧性，同时有良好的焊接性能、冷热压力加工性能和耐蚀性，部分钢种还具有较低的脆性转变温度。

3）合金结构钢。合金结构钢广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件。形状复杂或截面尺寸较大或要求韧性高的淬火零件，一般为合金结构钢。

4）不锈耐酸钢。它在化工、石油、食品机械和国防工业中广泛应用。

按不锈钢使用状态的金相组织，可分为铁素体、马氏体、奥氏体、铁素体加奥氏体和沉淀硬化型不锈钢五类。现将各类不锈钢的特点简述如下：

①铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主要合金元素。高铬钢有良好的抗高温氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蚀性，故其在硝酸和氮肥工业中广泛使用。高铬铁素体不锈钢的缺点是钢的缺口敏感性和脆性转变温度较高，钢在加热后对晶间腐蚀也较为敏感。

例：（ ）是铁素体型不锈钢中的主要合金元素。

A 铬 B 镍 C 锰 D 硅

答案：A

②马氏体型不锈钢。铬是钢中的主要合金元素。通常用在弱腐蚀性介质，如海水、淡水和水蒸汽等中，使用温度小于或等于580℃、通常作为受力较大的零件和工具的制作材料，由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

③奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬和镍。这类钢具有高的韧性、低的脆性转变温度、良好的耐蚀性和高温强度、较好的抗氧化性以及良好的压力加工和焊接性能。

④铁素体—奥氏体型不锈钢。

⑤沉淀硬化型不锈钢。这类钢主要用于制造要求高强度和耐蚀的容器、结构件零件，也可用作高温零件，如汽轮机零件。

5）铸钢。铸钢具有较好的强度、塑性和韧性，可以铸成各种形状、尺寸和质量的铸钢件。

（4）铸铁的分类和牌号表示方法。大部分机械设备的箱体、壳体、机座、支架和受力不大的零件多用铸铁制造。某些承受冲击不大的重要零件，如小型柴油机的曲轴，多用球墨铸铁制造。其原因是铸铁价廉，切削性能和铸造性能优良，有利于节约材料，减少机械加工工时，且有必要的强度和某些优良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。

1）铸铁的分类。

按照石墨的形状特征，铸铁可分为灰口铸铁（石墨成片状）、球墨铸铁（石墨成球状）和可锻铸铁（石墨成团絮状）三大类。

按照铸铁成分中是否含有合金元素，可分为一般铸铁和合金铸铁两大类。一般铸铁可分为普通铸铁和变质（孕育）铸铁。

2）铸铁牌号的表示方法：

①用各种铸铁相应汉语拼音字母的第一个大写字母作为铸铁的代号，当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在大写字母后加小写字母表示。

②在牌号中一般不标注常规元素C．Si、Mn、S和P的符号，但当它们有特殊作用时才标注其元素符号和含量。

③牌号中代号后面的一组数字表示抗拉强度值（如灰口铸铁HT100），有两组数字时，第一组数字表示抗拉强度值，第二组数字表示伸长率值（如球墨铸铁QT400－18），两组数字之间用“－” 隔开。

3）工程中常用铸铁的性能和特点：

①灰口铸铁。基体可以是铁素体，珠光体或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。

②球墨铸铁。球墨铸铁综合机械性能接近于钢。

可用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。

③蠕墨铸铁。蠕墨铸铁的强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性；同时又有灰口铸铁良好的铸造性能和导热性。

蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。

④可锻铸铁。可锻铸铁可以部分代替碳钢。

⑤耐磨铸铁。耐磨铸铁是在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度。

⑥耐热铸铁。耐热铸铁是在高温下工作的铸件，如炉底板、换热器、钳锅、热处理炉内的运输链条等。

⑦耐蚀铸铁。耐蚀铸铁是主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。