金属材料名称常用基础术语

金属材料名称常用基础术语

1．基础术语：

黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。

纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。

生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。

白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。

灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能

用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。

球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。

钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。

第2章：钢的分类基础知识1

1．按品质进行分类

①普通钢：P≤0.045%S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等）

②优质钢：P≤0.035%S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等）

③高级优质钢：P≤0.035%S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等）

2．按化学成份进行分类

1）碳素钢：

①低碳钢：C≤0.25%

②中碳钢：C≤0.25~0.60%

③高碳钢：C≥0.60%

2）合金钢：

①低合金钢（合金元素总含量≤5%）；

②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；

③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。3．按成形方法分类：

①锻钢

②铸钢

③热轧钢

④冷拉钢。

4．按金相组织分类

1）退火状态的：

①亚共析钢（铁素体+珠光体）；

②共析钢（珠光体）；

③过共析钢（珠光体+渗碳体）；

④莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。

2）正火状态的：

①珠光体钢

②贝氏体钢

③马氏体钢

④奥氏体钢。

3）无相变或部分发生相变的

5．按用途分类

1）建筑及工程用钢：

①普通碳素结构钢；

②低合金结构钢；

③钢筋钢。

第2章：钢的分类基础知识2

2）结构钢

①机械制造用钢：

Ⅰ调质结构钢；

Ⅱ表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；Ⅲ易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。

②弹簧钢

③轴承钢

3）工具钢：

①碳素工具钢；

②合金工具钢；

③高速工具钢。

4）特殊性能钢：

①不锈耐酸钢；

②耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；

③电热合金钢；

④耐磨钢；

⑤低温用钢；

⑥电工用钢。

5）专业用钢

如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

6．综合分类

1）普通钢

①碳素结构钢：

②低合金结构钢

③特定用途的普通结构钢

2）优质钢（包括高级优质钢）

①结构钢：

Ⅰ优质碳素结构钢

Ⅱ合金结构钢

Ⅲ弹簧钢

Ⅳ易切钢

Ⅴ轴承钢

Ⅵ特定用途优质结构钢。

②工具钢：

Ⅰ碳素工具钢

Ⅱ合金工具钢

Ⅲ高速工具钢。

③特殊性能钢：

Ⅰ不锈耐酸钢

Ⅱ耐热钢

Ⅲ电热合金钢

Ⅳ电工用钢

Ⅴ高锰耐磨钢。

8．按冶炼方法分类

1）按炉种分

①平炉钢：

Ⅰ酸性平炉钢

Ⅱ碱性平炉钢。

②转炉钢：

Ⅰ酸性转炉钢

Ⅱ碱性转炉钢

或Ⅰ底吹转炉钢

Ⅱ侧吹转炉钢

Ⅲ顶吹转炉钢。

③电炉钢：

Ⅰ电弧炉钢

Ⅱ电渣炉钢

Ⅲ感应炉钢

Ⅳ真空自耗炉钢

Ⅴ电子束炉钢。

2）按脱氧程度和浇注制度分

①沸腾钢

②半镇静钢

③镇静钢

④特殊镇静钢。

第3章：金属材料机械性能基础知识

1．1 金属材料机械性能基础术语：

1）屈服点（σs）：

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，此时应力不增加或开始有所下降，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，

（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）

2）屈服强度（σ0.2）

有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。

3）抗拉强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。

4）抗压强度（σlc）

材料试样受压力时，在压坏前所承受的最大应力。

5）抗弯强度（σcb）

材料试样受弯曲力时，在破坏前所承受的最大应力。

4）伸长率（δs）

材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。

5）屈强比（σs/σb）

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为

0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为

0.84-0.86。

6）硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

①布氏硬度（HB）

以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 （N/mm2）。

②洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

③维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）

1．2 力学性能与可成形性及使用性能的关系

要使钢板获得所需的形状，必须使其永久变形，所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。

（1）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成形，屈服点值过高，常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时，又可能经受不住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板，通常要求具有比较低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。

（2）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低，产生永久变形所需的应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承受大的变形量而不致断裂。

（3）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止

构件断裂，要求钢板材料具有特点的抗拉强度，而为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的最小值或范围值。

（4）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板，为防止其使用中发生脆性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。

第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响

1．生铁：

生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，

含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。

硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。

2．钢：

2．1元素在钢中的作用

2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响

钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。

1）硫

硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元

素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。

部分常用钢的牌号、性能和用途1

2）磷

磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：P＜0.025%；优质钢：P＜0.04%；普通钢：P＜0.085%。

3）锰

锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO 进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高

钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%～0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量是

0.5%～0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%～

1.2%。

4）硅

硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。

5）氧

氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。

第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响2

6）氮铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200～300℃加热就会发生

氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。

7）氢

钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。2．1．2为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。

1）硅

①提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低；

②硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；

③耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是

很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：使钢的焊接性能恶化。

2）锰

①锰能提高钢的淬透性。

②锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。

③锰对钢的高温瞬时强度有所提高。

缺点：

①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；

②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：

③当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响3

3）铬在钢中的作用

①铬可提高钢的强度和硬度。

②铬可提高钢的高温机械性能。

③使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性

④阻止石墨化

⑤提高淬透性。

缺点：

①铬是显著提高钢的脆性转变温度

②铬能促进钢的回火脆性。

4）镍在钢中的作用

①可提高钢的强度而不显著降低其韧性；

②镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；

③改善钢的加工性和可焊性；

④镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。

5）钼在钢中的作用

①钼对铁素体有固溶强化作用。

②提高钢热强性

③抗氢侵蚀的作用。

④提高钢的淬透性。

缺点：

钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6）钨在钢中的作用

①提高强度

②提高钢的高温强度。

③提高钢的抗氢性能。

④是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。

7）钒在钢中的作用

①热强性。

②钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。

8）钛在钢中的作用

①钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；

②并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。

9）铌在钢中的作用

①铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。

②有极好的抗氢性能。

③铌能提高钢的热强性

第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响4

10）硼在钢中的作用；

①提高钢的淬透性。

②提高钢的高温强度。强化晶界的作用。

11）铝在钢中的作用

①用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；

②提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4％AI即可改变氧化皮的结构，加入6％A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50％一55％、铬30％一35％、铝10％一15％的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。

③此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。

缺点：

①脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。

②当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。

2．2合金元素对钢的主要工艺性能的影响：

钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造性能等

2．2．1 合金元素对钢的冷态成型性的影响

冷态成型性：冷态成型包括许多不同的冷成型工艺，如深冲、拉延成型和弯曲等。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成分、组织和冷变形工艺参量（模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等）。

与冷态成型性有关的材料性能参量有：

①低的屈服强度

②高的延伸率

③高的均匀伸长率

④高的加工硬化率（n值），

⑤高的深冲性参量（r值）

⑥适当而均匀的晶粒度；

⑦控制夹杂物的形状和分布；

⑧游离渗碳体的数量和分布。

第4章：常用金属材料中各种化学成分对性能的影响5

1）冷轧薄钢板：

碳：碳含量增加会使拉延能力变坏，因此绝大部分钢板都采用低碳钢。

锰：锰的影响和碳相似，但适当的含量可以减轻硫的不良作用。

磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。

2）热轧钢板

选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。

碳：碳是对热轧钢板冲压性能影响最大的元素。对于冲压用