常用金属材料-有色金属及其合金

常用金属材料金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。

金属材料大致可分为黑色金属两大类。

黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。

1.2.1 钢钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。

碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。

工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。

为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。

（一）碳钢1．碳钢的分类碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。

（1）按钢的含碳量多少分类分为三类：低碳钢，含碳量<0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%；高碳钢，含碳量>0.60%。

（2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类：普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%；优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%；高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。

（3）按钢的用途分类分为两类：碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件；碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。

2．碳钢牌号的表示方法（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。

其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。

如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A 级沸腾碳素结构钢。

（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。

这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。

例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。

有色金属及其合金newmaker金属一般分为两大类：一类为黑色金属，包括铁、铬、锰；另一类为有色金属，包括除铁、铬、锰以外的所有金属。

但习惯上，人们常常把除铁和钢以外的金属及其合金称作为有色金属。

有色金属具有许多优良的性能，如密度小、比强度大、比模量高、耐热、耐腐蚀以及良好的导电性和导热性。

同时许多有色金属又是制造各种优质合金钢和耐热钢所必需的合金元素，因此有色金属在金属材料中占有重要韵地位，是现代航天、航空、原子能、计算机、电子、汽车、船舶、石油化工等工业必不可少的材料。

例如，铝、镁、钛等金属及其合金，以密度小、比强度与比模量高的特性而在运载火箭、卫星、飞机、汽车、船舶上获得广泛应用，是制造其中许多结构件和零、部件的主要材料；再如，银、铜、铝等有色金属，导电性和导热性优良，是电力、电器工业和仪表工业不可缺少的材料；又如，铜和钛具有良好的抗蚀性，是石油化工和航海工业所必需的优良耐蚀材料。

本章主要介绍目前工程上应用广泛的铝、镁、铜、钛及其合金和镍基合金，重点讨论这些材料的合金化和热处理原理，以及典型金属和合金的成分、组织、性能及相互关系、工艺特性与实际应用，并简单介绍这些有色金属材料的新近发展。

1. 铝及铝合金铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，其总储量约占地壳重量的7．45％。

铝及铝合金的产量在金属材料中仅次于钢铁材料而居第二位。

1.1.纯铝1.1.1. 纯铝性能和优点：(1) 铝很轻，它的比重为2.7。

铝经常作为各种轻质结构材料。

(2) 导电性和导热性较好，仅次于银、铜和金，居第四位。

(3) 塑性好(Ψ=80%)可通过冷或热的压力加工制成各种型材；如丝、线、箔，片、棒等这种特性与锅具有面心立方品格结构有关。

(4) 抗大气腐蚀性能好，因为在铝的麦面能生成一层极致密的氧化铝薄膜，隔绝铝和氧的接触，而阻止铝表面的进一步氧化。

(5) 强度很低，45MPa，冷变形加工硬化后强度可提高到100Mpa。

1.1.2. 纯铝编号L+顺序号组成。

常用金属材料介绍压力管道中常用的金属材料的分类、特点、用途和表示方法金属材料:黑色金属：通常指铁和铁的合金有色金属：指铁及铁合金以外的金属及其合金。

黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类,即铸铁、碳素钢及合金钢。

2.1铸铁铸铁：含碳量大于2.06％的铁碳合金。

◆真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%~6.67%。

◆铸铁的主要成分除铁之外,碳和硅的含量也比较高。

由于铸铁中的含碳量较高,使得其中的大部分碳元素已不再以Fe3C化合物存在,而是以游离的石墨存在。

性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差,一般不能锻,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能,价格便宜。

用途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网的管子和管件。

根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。

2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。

◆灰口铸铁浇铸后缓冷得到的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此而得名。

灰口铸铁的各项机械性能均较差,工程上很少使用。

2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中,此类铸铁称为可锻铸铁。

性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻铸铁制造工艺复杂,价格比较高。

◆由于可锻铸铁具有一定的塑性,故"可锻"的名称也由此而出,其实它仍为不可锻。

用途：可锻铸铁在工程上常用作阀门手轮以及低压阀门阀体等。

根据断面颜色或组织的不同,可锻铸铁又分为黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁三种。

常用的是黑心可锻铸铁。

2.1.3球墨铸铁：是通过在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理,并加入少量的孕育剂以促进石墨化,在浇注后直接获得具有球状石墨结晶的铸铁。

性能特点：球墨铸铁的各项性能指标均优于可锻铸铁，比可锻铸铁价格便宜。

用途：可代替可锻铸铁用在较苛刻条件下。

有色金属及其合金分类第一章有色金属及其合金分类1.1有色金属及其分类有色金属在金属的类别中占有绝大部分。

有的资料将有色金属划归为非铁金属，并称化学元素周期表中，除铁外所有金属元素均为非铁金属。

有的资料把金属分为黑色金属和有色金属两大类(实际上黑色亦属有色，只能说是习惯叫法)。

黑色金属有铁、锰、铬三种，除此之外八十余种金属都称为有色金属。

有色金属在国民经济各个部门的应用十分广泛，并具有特殊的重要性，各国都重视和发展有色金属工业。

有资料显示，有色金属产量约占世界钢产量的5%。

由于各国地理位置、矿产分布和生产状况等的不同，对有色金属的分类并不统一。

一般是按有色金属的密度、经济价值、在地壳中的储量及分布情况和被人们发现及使用的年代等分为五大类，即①轻有色金属；②重有色金属；③稀有金属；④贵金属；⑤半金属。

稀有金属又分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散金属、稀土金属和稀有放射性金属五个类别。

1. 十种常用有色金属十种常用有色金属简称十种有色金属，是指产量大，并应用比较广泛的十种有色金属。

世界各国有色金属产量是指铝、镁、铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞十种有色金属的总产量。

我国一般是指铜、铝、镍、铅、锌、海绵钛、镁、锡、锑、汞为十种常用有色金属。

2004年上半年，我国十种常用有色金属总产量达到669.3万吨，同比增长21.40%。

本手册包括除汞外的上述有色金属，还包括金、银、铂、铱、钨、钼等多种，有色金属。

2. 轻有色金属轻有色金属一般是指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，其包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。

这类金属的共同特点是密度小(0.53～4.5g/cm3)，化学活性大，氧、硫、碳和卤素化合物都相当稳定。

这类金属多采用熔盐电解法和金属热还原法提取。

有资料介绍，铝在自然界中约占地壳重量的8%(铁约占5%)，随着炼铝技术的发展和铝的被广泛应用，其产量已超过有色金属总产量的1/3。

本手册仅涉及铝和镁两种轻有色金属。

常用金属材料知识介绍
一、金属材料的分类
金属材料通常按组成成分和色泽分类。

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。

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。

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。

三、钢、铁和钢材
1、工业用铁
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。

四、有色金属及其合金
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
（2）铜及铜合金牌号表示法
（3）镍及镍合金牌号表示法
（4）铅、锌、锡、钛及其合金牌号表示法。