作者：温秉权,王宾,等
出版社：电子工业出版社
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金属材料手册(第2版)试读：
前言
工程材料是工业生产的物质基础，是衡量一个国家经济实力与技术水平的重要标志。随着我国材料科学的研究和生产技术的不断发展，目前已推出了大量具有国际先进水平的国产化、系列化的高性能工程材料，包括：黑色金属材料、有色金属材料和非金属材料等。可供工程技术及各生产领域应用的工程材料的品种、牌号、规格繁多，在工程设计及施工制造中正确合理地选用材料，是提高工程及产品质量和获取最佳综合经济效益的重要环节。
本手册从金属工程材料应用出发，以科学、先进、实用性为编写原则，力求内容上新、准、实用，结构上层次分明，叙述上简明扼要，形式上以表格为主，广泛收集了工程中常用的各种金属材料的品种、规格、性能数据，各类材料牌号的使用条件、性能特点、应用范围及应用举例等，编辑成为一部金属工程材料的综合性工具书。
本手册资料采用最新的国家标准和行业标准，以利于企业采用先进标准，促进技术和生产的交流。本手册包括了各种常用黑色金属材料和有色金属材料，这些资料数据可靠、实用性较强，可供机械、电力、冶金、化工、汽车、造船、轻工、纺织、建筑以及军工等各行业、各部门从事工程设计、制造、修理等工作的技术人员使用，也可供有关大专院校的师生参阅。
手册中涉及的各种现行国家标准和行业标准，由于制定的时间不同，有些标准在单位的使用上与我国现行的法定单位存在不符之处，书中相关内容保留了标准中原始资料的单位和数据，仅供读者在实际工作中参考。
本手册由温秉权、王宾、路学成任主编，许爱芬、谢霞、王进、许绍德任副主编。李欣、段秀兵任主审。参加编写人员有：军事交通学院的温秉权、王宾、路学成、许爱芬、谢霞、赵蓉、钱继锋、刘占东、任莹、谢坤、邵汉强、郝振维、贾继红、徐柳、王晓燕、张健、马超、张晓丽、杨纯艳、陈小凡、马雅丽，卫生装备研究所的孙晓军，天津开发区职业技术学院的许绍德，张家口职业技术学院的王进，张家口煤矿机械制造高级技工学校的陈英峰，张家口机械工业学校的管晓东、赵军波、贺友宏等。
在编写过程中，参考了大量相关资料，在此对有关作者致以诚挚的谢意。
由于编者水平有限，书中疏漏和错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
编者
2012年10月第一篇 黑色金属材料第一章 黑色金属材料基本知识
黑色金属材料是指钢铁材料，所谓钢铁是对钢和生铁的总称，钢铁主要由铁和碳两个元素构成，又称铁碳合金。
钢铁的区别主要在于含碳量的多少，含碳量多少对钢铁的性质影响极大，生铁含碳量大于2.0%，钢含碳量小于2.0%。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有塑性，生铁主要用于炼钢，少部分用于铸造零件。钢含碳量低，不仅有良好的塑性，而且具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击、易提炼等优良的理化性能，因此被广泛利用。铁在自然界中蕴藏量极为丰富，占地壳元素含量的5%，居地球物质中的第四位，因此，钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料。
钢铁的品种、规格繁多，为了方便生产和使用，为推广先进技术、先进工艺，满足市场及用户的需求，全国钢标准化技术委员会制定了一系列重要标准。对钢铁的品种、规格、质量、性能、化学成分和牌号、标记等都制定了不同级别的标准加以规范。生产厂必须按照相关标准组织生产和检验，使用单位则应按照相关标准选用，并进行复核检测，自觉实施标准、应用标准。第一节 金属材料的性能术语
金属材料的性能主要包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能四个方面。1.物理性能
金属材料的本质不发生变化所表现的性能，称为物理性能，包括密度、热性能、电性能和磁性能等。金属材料的主要物理性能见表1-1。表1-1 金属材料的主要物理性能续表1-12.化学性能
金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温条件下抵抗各种腐蚀性介质对其化学侵蚀的能力，一般包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。金属材料的化学性能见表1-2。表1-2 金属材料的化学性能3.力学性能
金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如强度、弹性、塑性、韧性、硬度等，称为力学性能，又称机械性能。金属材料的力学性能见表1-3。表1-3 金属材料的力学性能续表1-3注：代号一栏中括号内符号为2008年以前颁布国标所用符号。4.工艺性能
工艺性能是指金属材料在加工过程中所表现出来的性能，即接受加工难易程度的性能。工艺性能主要有铸造性、切削加工性、焊接性、可锻性、冲压性、热处理工艺性等。金属材料的工艺性能见表1-4。表1-4 金属材料的工艺性能第二节 金属材料分类1.金属材料一般分类
金属材料分类见表1-5。表1-5 金属材料分类续表1-52.黑色金属材料分类
黑色金属材料其实就是钢铁材料，是工业中应用最广、用量最多的金属材料。
钢铁材料通常是指以铁和碳为主要元素组成的合金，按含碳量的大小分类，含碳量（碳的质量分数）大于2%的为生铁，小于2%的为钢，小于0.04%的为工业纯铁。（1）生铁的分类
生铁的分类见表1-6。表1-6 生铁的分类（2）铸铁的分类
铸铁的分类见表1-7。表1-7 铸铁的分类续表1-7（3）钢的分类
钢的分类见表1-8。表1-8 钢的分类续表1-8（4）钢材的分类
钢材的分类见表1-9。表1-9 钢材的分类第三节 钢铁产品牌号表示方法1.生铁产品牌号表示方法（摘自GB/T221—2008）
生铁产品牌号通常由两部分组成：
第一部分：表示产品用途、特性及工艺方法的大写汉语拼音字母。
第二部分：表示主要元素平均含量（以千分之几计）的阿拉伯数字。炼钢用生铁、铸造用生铁、球墨铸铁用生铁、耐磨生铁为硅元素平均含量。脱碳低磷粒铁为碳元素平均含量，含钒生铁为钒元素平均含量。
生铁产品牌号表示方法及示例见表1-10。表1-10 生铁产品牌号表示方法及示例续表1-102.铁合金产品牌号表示方法（摘自GB/T7738—2008）（1）铁合金产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号
铁合金产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表1-11。表1-11 铁合金产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号（2）产品牌号表示方法
①各类铁合金产品牌号表示方法按下列格式编写：注：如无必要，可省略相应部分。
②需要表示产品名称、用途、工艺方法和特性时，其牌号以汉语拼音字母开始。例如：
高炉法用“G”（“高”字汉语拼音中的第一个字母）表示；
电解法用“D”（“电”字汉语拼音中的第一个字母）表示；
重熔法用“C”（“重”字汉语拼音中的第一个字母）表示；
真空法用“ZK”（“真”、“空”字汉语拼音中的第一个字母组合）表示；
金属用“J”（“金”字汉语拼音中的第一个字母）表示；
氧化物用“Y”（“氧”字汉语拼音中的第一个字母）表示；
钒渣用“FZ”（“钒”、“渣”字汉语拼音中的第一个字母）表示。
③含有一定铁量的铁合金产品，其牌号中必须有“Fe”的符号。
例如：FeP24、FeSiMg8RE5。
④需表明产品的杂质含量时，以元素符号及其最高百分含量或以组别符号“-A”、“-B”等表示。
例如：FeTi30-A、FeMn68C7.0。3.铸铁牌号表示方法（摘自GB/T5612—2008）（1）铸铁代号
铸铁基本代号由表示该铸铁特征的汉语拼音字的第一个大写正体字母组成，当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。
当要表示铸铁的组织特征或特殊性能时，代表铸铁的组织特征或特殊性能的汉语拼音字的第一个大写正体字母排列在基本代号的后面。
铸铁代号及实例见表1-12。表1-12 铸铁代号及实例（2）元素符号、名义含量及力学性能
合金化元素符号用国际化学元素符号表示，混合稀土元素符号用“RE”表示。含量及力学性能用阿拉伯数字表示。（3）以化学成分表示的铸铁牌号
①以化学成分表示铸铁的牌号时，合金元素符号及名义含量（质量分数）排列在铸铁代号之后。
②在牌号中常规碳、硅、锰、硫、磷元素一般不标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。
③合金化元素的含量≥1%时，牌号中用整数标注，数值的修约按GB/T8170执行。合金化元素的含量＜1%时，一般不标注，只有对该合金特性有较大影响时，才标注其合金化元素符号。
④合金化元素按其含量递减次序排列，含量相等时按元素符号的字母顺序排列。（4）以力学性能表示的铸铁牌号
①以力学性能表示铸铁的牌号时，力学性能值排列在铸铁代号之后。当牌号中有合金元素符号时，抗拉强度值排列于元素符号及含量之后，之间用“-”隔开。
②牌号中代号后面有一组数字时，该组数字表示抗拉强度值，单位为MPa；当有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，单位为MPa，第二组表示伸长率值，单位为%，两组数字间用“-”隔开。（5）铸铁牌号结构形式示例4.铸钢牌号表示方法（摘自GB/T5613—1995）（1）铸钢代号
铸钢代号用“铸”和“钢”二字的汉语拼音的第一个大写正体字母“ZG”表示。（2）元素符号、名义含量及力学性能
钢中主要合金元素符号用国际化学元素符号表示。名义含量及力学性能用阿拉伯数字表示。其含量修约规则执行GB8170的规定。（3）以强度表示的铸钢牌号
在牌号中“ZG”后面的两位数字表示力学性能，第一组数字表示该牌号铸钢的屈服强度最低值，第二组数字表示其抗拉强度最低值。两组数字间用“-”隔开。（4）以化学成分表示的铸钢牌号
①在牌号中“ZG”后面的一组数字表示铸钢的名义万分碳含量。平均碳含量大于1%的铸钢，在牌号中则不表示其名义含量；平均碳含量小于0.1%的铸钢，其第一位数字为“0”；只给出碳含量上限，未给出下限的铸钢，牌号中碳的名义含量用上限表示。
②在碳的名义含量后面排列各主要合金元素符号，每个元素符号后面用整数标出名义百分含量。③锰元素的平均含量小于0.9%时，在牌号中不标元素符号；平均含量为0.9%～1.4%时，只标出符号不标含量。其他合金元素平均含量为0.9%～1.4%时，在该元素符号后面标注数字1。
④钼元素的平均含量小于0.15%，其他元素平均含量小于0.5%时，在牌号中不标元素符号；钼元素的平均含量大于0.15%，小于0.9%时，在牌号中只标出元素符号不标含量。
⑤当钛、钒元素平均含量小于0.9%，铌、硼、氮、稀土等微量合金化元素的平均含量小于0.5%时，在牌号中标注其元素符号，但不标含量。
⑥当主要合金化元素多于三种时，可以在牌号中只标注前两种或前三种元素的名义含量。
⑦当牌号中须标两种以上主要合金元素时，各元素符号的标注顺序按它们的名义含量的递减顺序排列。若两种元素名义含量相同，则按元素符号的字母顺序排列。
⑧在特殊情况下，当同一牌号分几个品种时，可在牌号后面用“-”隔开，用阿拉伯数字标注品种序号。（5）牌号表示方法及说明示例5.钢产品牌号表示方法（摘自GB/T221—2008）（1）碳素结构钢和低合金结构钢
碳素结构钢和低合金结构钢分为通用钢和专用钢两类。
①碳素结构钢和低合金结构钢的牌号通常由四部分组成：2
第一部分：前缀符号+强度值（以N/mm或MPa为单位），其中通用结构钢的前缀符号为代表屈服强度的拼音字母“Q”，专用结构钢的前缀符号见表1-13。
第二部分（必要时）：钢的质量等级，用英文字母A、B、C、D、E、F……表示。
第三部分（必要时）：脱氧方式表示符号，即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢分别以“F”、“b”、“Z”、“TZ”。镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略。
第四部分（必要时）：产品用途、特性和工艺方法表示符号，见表1-14。表1-13 专用结构钢的前缀符号表1-14 结构钢产品用途、特性和工艺方法表示符号
结构钢牌号表示示例见表1-15。表1-15 碳素结构钢和低合金结构钢牌号表示示例续表1-15
②根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量，以万分之几计）加元素符号及必要时加代表产品用途、特性和工艺方法的表示符号，按顺序表示。（2）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢
①优质碳素结构钢牌号通常由五部分组成：
第一部分：以两位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。
第二部分（必要时）：较高含锰量的优质碳素结构钢，加锰元素符号Mn。
第三部分（必要时）：钢材冶炼质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示，优质钢不用字母表示。
第四部分（必要时）：脱氧方式表示符号，即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢分别以“F”、“b”、“Z”表示，但镇静钢表示符号通常可以省略。
第五部分（必要时）：产品用途、特性或工艺方法的表示符号，见表1-14。
②优质碳素弹簧钢的牌号表示方法与优质碳素结构钢相同。
牌号表示示例见表1-16。表1-16 优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示示例（3）易切削钢
易切削钢牌号通常由三部分组成：
第一部分：易切削钢表示符号“Y”。
第二部分：以两位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。
第三部分：易切削元素符号，如含钙、铅、锡等易切削元素的易切削钢分别以Ca、Pb、Sn表示。加硫和加硫磷易切削钢，通常不加易切削元素符号S、P。较高含锰量的加硫或加硫磷易切削钢，本部分为锰元素符号Mn。为区分牌号，对较高硫含量的易切削钢，在牌号尾部加硫元素符号S。
例如：碳含量为0.42%～0.50%，钙含量为0.002%～0.006%的易切削钢，其牌号表示为Y45Ca。
例如：碳含量为0.40%～0.48%，锰含量为1.35%～1.65%，硫含量为0.16%～0.24%的易切削钢，其牌号表示为Y45Mn。
例如：碳含量为0.40%～0.48%，锰含量为1.35%～1.65%，硫含量为0.24%～0.32%的易切削钢，其牌号表示为Y45MnS。（4）车辆车轴及机车车辆用钢
车辆车轴及机车车辆用钢牌号通常由两部分组成：
第一部分：车辆车轴用钢表示符号“LZ”或机车车辆用钢表示符号“JZ”。
第二部分：以两位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。
牌号表示示例见表1-17。表1-17 部分钢产品牌号表示示例续表1-17（5）合金结构钢和合金弹簧钢
①合金结构钢牌号通常由四部分组成：
第一部分：以两位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。
第二部分：合金元素含量，以化学符号及阿拉伯数字表示。具体表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；平均含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%……时，在合金元素后相应写成2、3、4、5……
注：化学元素符号的排列顺序推荐按含量值递减排列。如果两个或多个元素的含量相等时，相应符号位置按英文字母的顺序排列。
第三部分：钢材冶炼质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示，优质钢不用字母表示。
第四部分（必要时）：产品用途、特性或工艺方法的表示符号，见表1-14。
②合金弹簧钢的牌号表示方法与合金结构钢相同。
牌号表示示例见表1-18。表1-18 合金结构钢和合金弹簧钢牌号表示示例（6）非调质机械结构钢
非调质机械结构钢牌号通常由四部分组成：
第一部分：非调质机械结构钢表示符号“F”。
第二部分：以两位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。
第三部分：合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示，表示方法同合金结构钢第二部分。
第四部分（必要时）：改善切削性能的非调质机械结构钢加硫元素符号S。
牌号表示示例见表1-17。（7）工具钢
工具钢通常分为碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢三类。
①碳素工具钢牌号通常由四部分组成：
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