第一章 机械工程材料

§1—2 常用金属材料 金属材料主要包括三大类：

工业 用钢

铸铁 有色 金属

第一章 机械工程材料

一、钢（含碳量小于 2.11% 的铁碳合金）钢的分类：

1）以含碳量分 （按碳的质量分数 ωC

%）

低碳钢 ( ωc≤0.25%)

中碳钢 (0.25% ≤ ωc ≤ 0.6%)

高碳钢 (0.6% < ωc ≤ 2.11%)

2 ）以化学成份分 （按合金成份）

碳素钢（以 Fe 、 C 成份为主）合金钢（除 Fe 、 C 外，还有其它

合金元素）

第一章 机械工程材料

3 ）以钢的品质分 （按有害杂质 S、 P 含

量）

普通钢（ ωs≤0.05% ;ωp≤0.045% ）

优质钢 （ ωs≤0.04% ;ωp≤0.04% ）高级优质钢（ ωs≤0.03% ； ωp≤0.035% ）

4 ）以钢的用途分 （按行业使用）

结构钢（建筑、机械制造用）工具钢（工具、刀具、模具等用）特殊性能钢（防腐蚀、高温、导磁等场合用）

5 ）按冶炼时脱氧 程度分

沸腾钢（不脱氧 F ）镇静钢（脱氧完全 Z ）

半镇静钢（脱氧不完全 b ）

第一章 机械工程材料介绍钢的成份、使用特点及应用、牌号：（一）结构钢

牌号：

1 、普通碳素结构钢

字母 Q + 屈服点数值 (Mpa) + 质量等级。

表示普碳结构钢

共分 195 、 215 、 235 、 255 、 275 五种。

共有 A,B,C,D四个级别， A 级最

差。如： Q235A；Q215B；

第一章 机械工程材料

成份：ωC=0.06∼0.38%,S、 P 含量较高，不需热处理。

特点与应用：Q195、 Q215钢：塑性和韧度好，制造薄板、冲压件和焊接件；Q235钢：强度较高，制造钢板、钢筋、农业机械用钢和不重要的机械零件，拉杆、连杆和转轴。

Q255、 Q275钢：强度高，质量好制作建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接件。

第一章 机械工程材料2 、优质碳素结构钢

牌号： 由两位数字组成

表示碳的平均万分含量（常用： 08 85∼ ）

如 45（表示 ωC≤0.45%的优质碳素结构钢）

当 ωMn=0.7∼1.2%时，在数字后加 Mn

如 65 Mn（表示 ωc=0.65% ,ωMn=0.7∼1.2%的优质碳钢）。

第一章 机械工程材料成份：ωC=0.08∼0.85%, S、 P 含量较低，通常经热处理后使用，以发挥其性能潜力。特点与应用：10—25钢：有较好的塑性、韧度、焊接性和冷成型性，主要用于各种冲压件和焊接件。30—55钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。65—85 钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和韧性较低，常用于弹簧和耐磨零件。

第一章 机械工程材料2 、合金结构钢牌号： 数字 + 元素符号 + 数字

表示碳的平均万分含量

元素平均百分含量：<1.5% 不标记，

表示所含合金元素的名称

如： 20Cr（表示 ωc=0.2% ,ωCr<1.5%的合金结构钢 )如： 38CrMnAl（表示 ωc=0.38% ,ωCr 、 ωMn ωAl 的含量均 <1.5% 的合金结构钢 )

如： 60Si2Mn（表示ωc=0.6% ,ωSi=1.5∼2.49%，的 ωMn<1.5%的合金结构钢 )

第一章 机械工程材料成份：

ωC=0.1∼0.7%, 加入了Cr、 Mn、 Si 、 Ni 、 Ti、 V 等合金元素，热处理后使用。特点与应用：

20Cr、 20MnTi 、 20Cr2Ni4：有较高的韧度，经热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷的重要零件。40Cr、 40CrMn 、 38CrMnAl ：有较高的综合力学性能，用于受力复杂的重要零件。55Si2Mn 、 60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。

第一章 机械工程材料*滚动轴承钢 是合金结构钢中的一类专门用钢。

牌号： 字母 G+合金元素 +数字

表示滚动轴承用钢

表示所含主要合金元素的名称

如： GCr9（表示 ωCr=0.9% 的滚动轴承钢 )

只标出铬元素平均千分含量，其它不标记，

如： GCr15SiMn（表示 ωCr=1.5% 的滚动轴承钢 )成份：ωC=1∼1.15%, 加入了 Mn、 Si 等合金元素，热处理后使用。

第一章 机械工程材料

（二）工具钢1、碳素工具钢牌号： 字母 T + 数字 + 质量级别

表示工具钢

表示碳的平均千分含量（ 7 1∼

3 ）

末尾标，表示是高级优质

如 T7（表示含碳量为 ωC≈0.7%的碳素工具钢）；如 T10（表示含碳量为 ωC≈1.0%的碳素工具钢）；

第一章 机械工程材料

成份：ωC=0.65∼1.35%, 有少量的 Si和 Mn，热处理后使用。

特点与应用：T7——T13: 有一定的硬度和耐磨性，但热硬性和韧度较差，用于低速工具（如凿子、木工具、剪刀、冲头、丝锥、锉刀、刮刀、冷冲模具等）。2 、合金工具钢牌号： 数字 + 元素符号 + 数字

表示碳的平均千分含量 ,>1% 不标记

表示所含合金的名称

元素平均百分含量： <1.5%不标记，

第一章 机械工程材料

成份：ωC=0.3∼1.7%, 加入了Cr、 Mn、 Si、 Mn、 W、 V 等合金元素，热处理后使用。

如： 9CrSi（表示含碳量为ωC≈0.9% ， ωCr<1.5%的 ωSi<1.5%合金工具钢）；如： CrWMn（表示含碳量为 ωC>1% ， ωW<1.5%的 ωMn<1.5%合金工具钢）；如： 3Cr2W8V （表示含碳量为ωC≈0.3% ， ωCr≈2%的 ωW≈8%， ωV<1.5%合金工具钢）；

第一章 机械工程材料

特点与应用：9CrSi 、 9Cr2：量具刃具钢（丝锥、钻头、铣刀、手术刀、量规、冷冲模等）；Cr12MoV、 CrWMn：冷模具钢；5CrNiMo、 4Cr5W2VSi：热模具钢 ;

W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2：高热硬性，用于刀具等。

* 高速工具钢（锋钢）是合金工具钢中的一类专门用钢。

（表达特殊） ωC<1.0% ωw=18% ωCr=4% ωV<1.5%

第一章 机械工程材料

（三）特殊性能钢1、不锈钢（主要合金元素为 Cr和 Ni）

牌号： 数字 + 元素符号 + 数字

表示碳的平均千分含量， <0.08% 时用 0表

示

表示所含合金的名称

元素平均百分含量

如： 1Cr13（表示 ωc≈0.1% ,ωCr≈13% 的不锈钢 ) ；

如： 1Cr18Ni9（表示ωc≈0.1% ,ωCr≈18%， ωNi≈9% 的不锈钢 ) ；

如： 2Cr13（表示 ωc≈0.2% ,ωCr≈13% 的不锈钢 ) ；

第一章 机械工程材料

成份：ωC<0.45%, 有较高含量的 Cr和 Ni。

特点与应用：铬不锈钢（如 1Cr13 、 3Cr13 ）：随含碳量增加，强度、硬度上升，韧度、耐腐蚀性下降。用于水、蒸汽、硝酸等弱腐蚀性场合，如汽轮机、水压机的零件，医疗器械，食品设备。铬镍不锈钢（如 1Cr18Ni9 ）：耐腐蚀性、塑性、韧性、焊接性优良。用于腐蚀性较大的酸碱、有机酸等化工设备、管道以及医疗器械。

第一章 机械工程材料2 、耐热钢牌号： 数字 + 元素符号 + 数字

表示碳的平均千分含量， <0.08% 时用 0表

示

表示所含合金的名称

元素平均百分含量 <1.5% 不标记，

如： 4Cr10Si2Mo（表示 ωc≈0.4% ,ωCr≈10% ，ωSi≈2% ， ωMo<1.5% 的耐热钢 ) ；如： 5Cr2Mn9Ni4N（表示 ωc≈0.5% ,ωCr≈2% ，ωMn≈9% ， ωNi ≈ 4, ωN<1.5 % 的耐热钢 ) ；如： 0Cr13Al（表示 ωc<0.08% ,ωCr≈13% ，ωAl< 1.5% 的耐热钢 ) ；

第一章 机械工程材料

特点与应用：抗氧化钢（如 3Cr18Mn12Si2N）： Cr、 Si、 Al等合金元素，容易在钢表面形成稳定的氧化物保护膜。主要用于 800∼1000℃的锅炉加热、内燃机等设备零件。热强钢（如 4Cr10Si2Mo）： Ti、 Nb、 V、 W、 Mo、 Ni等合金元素，可提高钢的高温强度。主要用于高温高载荷的汽车发动机、气轮机等机器中的零件。

ωC<0.45%, 加入 Cr、 Si、 Al或 Ti、 Nb、 V、 W、 Mo、 Ni等合金元素。

成份：

第一章 机械工程材料

牌号： 字母 + 数字— 数字

表示钢片的轧制方法

表示钢片“铁热损值”×10 后的

值

表示钢片的磁化频率

比如：JDR540—50 50Hz的磁化频率

铁损值为 5.4热轧

DQ133—30冷轧有取向

DW133—30

冷轧无取向

3 、软磁钢（硅钢片）

第一章 机械工程材料

成份：钢中 ωSi=1∼4.5%,含杂质较少。 特点与应用：有较高的磁通性能，主要用于变压器中的硅钢片。

（四）铸钢

牌号： 字母 ZG + 数字— 数字

表示铸钢表示抗拉强度σb （ Mpa ）

表示屈服点σs （ Mpa ）

第一章 机械工程材料

成份： 可分为铸造碳钢、铸造低合金钢、铸造高合金钢。一般 ωC=0.2∼0.6%, 铸造合金钢中加入了 Cr、 Mo、 Si 、 V 等合金元素 .

如 ZG230—450（表示含碳量屈服点为 σs=230MPa,抗拉强度为的 σb=450Mpa 的碳素铸钢）；特点与应用： 由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件，如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。

第一章 机械工程材料

二、铸铁（含碳量大于 2.11% 的铁碳合金）1 、白口铸铁

牌号：无牌号标记成份：ωC=2.11∼6.69%,碳以 Fe3C（化合物）的形式存在，并含有 Si、 Mn、 P、 S 等杂质特点与应用：

断面呈白色，性能硬而脆，不能切削加工，一般不用来制造机械零件，主要用作炼钢的原料。

第一章 机械工程材料2 、灰口铸铁

牌号： 字母 HT + 数字

表示灰口铸铁 表示最低抗拉强度 σb （ Mpa ）

如： HT150( 表示最低抗拉强度为 σb= 150MPa的灰口铸铁）；

成份：ωC=2.8∼4.0%, 有一定含量的Si、 Mn及杂质。在钢的基体上分布着片层状石墨（碳）组织，断面呈灰色。

第一章 机械工程材料特点与应用：

强度、塑性、韧性不如钢，软而脆；片层状石墨上的微裂纹尖端会产生应力集中，故抗压强度高，抗拉强度低。有良好的耐磨性、减震性和切削性；石墨有自润滑作用。常用于床身、机架、底座、箱体、壳体、导轨、缸体、活塞环、带轮等零件。

3 、可锻铸铁

牌号： 字母 KTH(KTZ) + 数字— 数字

KTH 表示“黑心”可锻铸铁 KTZ 表示“珠光体”可

锻铸铁

表示最低抗拉强度 σb （ Mpa ）

表示最低伸长率

δ （ % ）

第一章 机械工程材料

如： KTH300—06( 表示最低抗拉强度为σb=300MPa ， δ=6%的黑心可锻铸铁）；如： KTZ450—04( 表示最低抗拉强度为σb=450MPa ， δ=4%的珠光体可锻铸铁）；成分：

ωC=3.8∼4.0%, 有一定含量的Si、 Mn及杂质。在白口铸铁基础上经“可锻化处理”（长时高温退火），在钢的基体上分布着团絮状石墨（碳）组织。

第一章 机械工程材料特点与应用： 黑心可铁：塑性、韧性高、强度低。珠光体可铁：强度、硬度和耐磨性较高；团絮状石墨对基体割裂作用小，宜制造形状复杂，要求一定塑性、韧性，承受冲击和震动的薄壁铸件。如汽车、拖拉机零件、管道、阀门等。

4 、球墨铸铁

牌号： 字母 QT+ 数字— 数字

表示球墨铸铁 表示最低抗拉强度σb （ Mpa ）

表示最低伸长率δ （ % ）

第一章 机械工程材料

如： QT400—18( 表示最低抗拉强度为σb=400MPa ， δ=18%的球墨铸铁）；成分：ωC=3.8∼4.0%, 有一定含量的Si、 Mn、 Mg及杂质。在浇注前加入球化剂，在钢的基体上产生球状石墨（碳）组织。特点与应用： 球状石墨对基体的割裂作用小，综合力学性能较高，并具有良好的减震性和耐磨性，有些性能指标接近 .

第一章 机械工程材料

于钢。可代替部分钢和合金钢制造一些受力复杂、强度韧性和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗杆、伐门、机座、汽车后桥等。

三、有色金属——除钢铁（黑色金属）以外的其它金属材料。

1 、铝及铝合金

（ 1）纯铝

第一章 机械工程材料

旧牌号：L1 、 L2 、 L3 、 L4 、 ---- 序号越大，纯度越低

新牌号：1070 、 1060 、 1050 、 1040 、 ---- 纯度依次降低

特点及应用：

轻，密度低 → 配置铝合金 导电导热性好 → 导线、电容 抗大气腐蚀 → 包覆材料 加工性能好 → 包装材料 强度低→ 不能作为承受载荷的结构材料应用

第一章 机械工程材料（ 2）铝合金牌号：

LF2 （防锈）、 LY11 （硬铝）、 LC3 （超硬铝） LD5 （锻铝） ----（旧）变形铝合金

（新）变形铝合金 5A02（防锈）、 2A11（硬铝）、 7A03 （超硬铝） 2A50（锻铝） ----

铸造铝合金（代号） ZL╳╳╳

铝合金组别（表示除铝以外的主要合金）

A 表示原始合金 ,其它字母为改型合

金

区分同组的不同合金

表示所含合金成分

第一章 机械工程材料特点及应用：

铝锰合金（防锈铝合金）：抗蚀性高，塑性好。应用于油箱、 油管（罐）、铆钉等。铝铜合金（又称硬铝）：强度较高，塑性好。主要用于飞机构件，如飞机蒙皮、螺旋桨、叶片等重要零件。铝锌合金（超硬铝）：强度很高，耐热性、抗蚀性差。应用于飞机大梁、起落架等主要受力构件。铝镁合金（锻铝合金）：塑性好、易于压力加工。应用于航空工业中的管道、铆钉等。

变形铝合金：制成各种型材、棒料、板、管、线、箔等。

第一章 机械工程材料 铸造铝合金（以硅和铝元素形成的铝合金称作“硅铝明”）：力学性能不如变形铝合金，铸造性能好，用于生产形状复杂，或体积很大的零件。

简单硅铝明 ZL102（ ZALSi12）：铸造性能好，强度低，用于形状复杂、受力不大的零件，如仪表外壳等。

复杂硅铝明（在 AL—Si基础上加入其它合金元素 Cu,Mn,Ni,Mg等）：铸造性能好，有较高的强度和耐磨性、耐热性。用于制造形状复杂中等强度的零件，如发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体等。

第一章 机械工程材料

2 、铜及铜合金（ 1）纯铜（紫铜）牌号：T1 、 T2 、 T3 、 T4 、 ---- 序号越大，纯度越低

特点及应用： 玫瑰红色 , 表面形成氧化膜后呈紫色 ,故一般称为紫铜。有良好的导电性、导热性、极好的塑性和耐蚀性。主要用于电线、电缆、电子元件及导热器件等。（ 2）铜合金

第一章 机械工程材料（ a）黄铜（铜锌合金）

牌号： 普通黄铜： H××

平均含铜量的百分数

特点及应用： 对海水和大气有良好的耐蚀性，一般用于制造弹壳、散热器、垫片、油管等器件。

（ b）青铜（铜锡、铜铝、铜硅、铜铅等合金的总称）牌号： 对压力加工的锡青铜： QSn×× Sn 含量的

百分数

对铸造青铜： ZCu××除铜外其它元素的符号和含量的百分数

第一章 机械工程材料

特点及应用： 生产中最常用的有，锡青铜：有较高的抗蚀性、耐磨性，多用于制造轴瓦、轴套等耐磨零件。铝青铜：有较高的强度、抗蚀性、耐磨性、耐热性和焊接性，常用于铸造承受重载的耐磨件，如齿轮、蜗轮、轴套、船舶等零件。

第一章 机械工程材料课 后 小 结

——含碳量小于 2.11% 的铁碳合金1 ）以含碳量 ωC% <0.25% （低）， 0.25~0.6% （中）， >0.6%

（高）2 ）以化学成份

碳素钢，合金钢

3）以钢的品质

普通钢，优质钢 ，高级优质钢

4）以钢的用途

结构钢，工具钢，特殊性能钢

* 常用钢种的牌号及识别：

钢

第一章 机械工程材料

结

构

钢

普通碳素结构钢： Q235A；Q215B；优质碳素结构钢： 45 ； 65 Mn；

合金结构钢： 20Cr;38CrMnAl;60Si2Mn;(GCr9)

工

具

钢

碳素工具钢： T7 ；T10；合金工具钢： 9CrSi； 3 CrWMn；

5CrNiMo； （ W18Cr4V ）

第一章 机械工程材料

特殊性能钢

不锈钢： 1Cr13 ； 2Cr13 ；1Cr18Ni9耐热钢： 4Cr10Si2Mo; 0Cr13Al

软磁钢（硅钢片） : JDR540—50; DQ133—30

铸

钢铸造碳钢： ZG230—450 ； ZG270—500；

第一章 机械工程材料

—— 含碳量大于 2.11% 的铁碳合金

白口铸铁 无牌号标记

灰口铸铁 HT150 ； HT200；

可锻铸铁 KTH300—06 ； KTZ450—04；

球墨铸铁 QT400—18； QT600—3

铸铁