常用金属材料小结

类型

组成特点

工业应用情况

纯金属

由单一金属元素组成的物质称为纯金属。目前已知的纯金属有80多种，如纯金、纯银、纯铁···等

纯金属在工业结构件中应用极少

合金

由一种金属元素为主体与另外一种或几种金属元素（或非金属元素）组成的物质称为合金。合金种类甚多，是工程构件的主要材料，如钢等。合金的综合性能优于纯金属

合金是工程结构件的主要原材料，应用广泛

类型

主要品种

黑色金属

生铁、铁合金、铸铁和钢。黑色金属是工业生产的主导性材料

有色金属

除黑色金属以外的金属及其合金统称为有色金属，如铜、铝、锌、铅、锡、镁、钛等及其合金

种类和代号

意   义

单位

抗拉强度σb

金属材料抵抗拉伸破坏作用时的大能力，其值按国家标准提供

MPa(N/m㎡)

抗压强度σbc

金属材料抵抗压缩破坏作用时的大能力

抗弯强度σbb

金属材料抵抗弯曲变形破坏作用时的大能力

抗剪强度τb

金属材料抵抗剪切变形破坏作用时的大能力

代号

意   义

单位

σe

金属材料受到外力（如拉力）作用时，会产生变形（如伸长）；外力去除后，所产生的变形会消失，材料恢复原来形状。金属材料的这一性质称为弹性。材料受力超过某一数值，去除外力之后，材料不能完全恢复原来形状和尺寸，产生了塑性变形（残余变形）材料能够维持弹性变形范围的大能力，称为弹性极限

MPa(N/mMPa(N/m㎡)

种类和代号

意义

单位

屈服极限σs

金属材料受外力作用超过其弹性极时，即便外力不再增加了，材料的塑性变形也会不断加大，表明材料失去了抵抗变形的能力，处于屈服状态。

材料开始处于屈服状态的应力，称为屈服极限

MPa(N/m㎡)

条件屈服极限   σ0.2

对于无明显屈服点的材料，规定其产生0.2％塑性变形时对应的应力，称为条件屈服极限

代号

意义

表达式

延伸率δ

金属材料标准试样在拉伸试验中被拉断，标定长度的伸长与原来长度的比值，称为延伸率δ

8=1-10x100%

=A/0x100%

断面收缩率

标准试样拉断后，其横截面积的减少与原面积之比称为断面收缩率

φ=A0-Ax100%=

=AA/x100%

种类和代号

意   义

布氏硬度HB（淬硬钢球测定用HBS；硬质合金球用HBW）

以一定负荷将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压人材料表面，保持规定时间后卸除负荷，测量材料表面的压痕，按公式计算所得的硬度

洛氏硬度HR

（HRC：负荷1471.1N）

（HRA：负荷588.4N）

（HRB：负荷980.1N）

以一定的负荷把淬硬钢球或顶角的120°的圆锥形金刚石压入器，压入材料表面，然后以材料表面上凹坑的深度来计算的硬度

维氏硬度HV

将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器以适当的压力压入材料表面，保持规定时间后，测量压痕对角线长度，再按一定公式计算出硬度的大小

代号

意   义

单位

a_k

将带有规定缺口的试样，在冲击机上冲断，材料所吸收的冲击力与试样缺口底部横截面积之比，称为材料冲击韧度

J/cm²

种类

来源

主要成分

用途

生铁（块）

将铁矿石放入高炉中冶炼成液态生铁浇铸成的块状产品

含碳量超过0.2％的铁碳合金。此外，尚含有硅、硫、磷、锰等元素

用于冶炼钢材或制成灰铸铁

铁合金

铁与一定量的硅、锰、钨、铬元素，组成的合金统称为铁合金

各种铁合金组成比例应控制在规定范围内

工业特种用料

铸铁

将铸造生铁放入熔铁炉中熔炼而成的产品为铸铁。用液态铸铁浇铸成的元件称铸件

同生铁

用作灰铸铁件的浇铸，可煅铸铁原料，球墨铸铁原料

钢的来源

组成成分

分类方法

将炼钢用生铁放入炼钢炉内冶炼，再把钢液浇铸成钢锭，轧制成各种钢材

含碳量＜0.2％的铁碳合金，其含硅、锰、硫、磷等均比生铁低

（1）按化学成分分类（2）按主要质量等级分类（3）按用途分类

合金元素

合金元素含量（％）

非合金钢（＜）

低合金钢

合金钢（≥）

A1

B

Bi

0.10

0.0005

0.10

-

-

-

0

0.0005

010

Cr

0.30

0.30~0.50

0.50

Co

0.10

0.10

Cu

0.10

0.10~0.50

0.50

Mn

1.0

1.0~1.4

1.4

Mo

0.05

0.05~0.10

0.10

Ni

0.30

0.30~0.50

0.50

Nb

0.02

0.02~0.06

0.06

Pb

0.40

-

0.40

Se

0.10

-

0.10

Si

0.50

0.50~0.90

0.90

Te

0.10

-

0.10

Ti

0.05

0.05~0.13

0.13

V

0.04

0.04~0.12

0.12

W

0.10

一

0.10

Zr

0.05

0.05~0.12

0.12

La系每种元素

0.02

0.02~0.05

0.05

其他元素

0.05

-

0.05

类型

主要质量

主要品种

1．普通质量非合金钢

不规定生产过程中需要特别控制质量要求，但需同时满足四个条件：

（1）钢为非合金化符合GB／T13304-1991对非合金元素含量要求（一部分）

（2）不规定热处理（退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待）

（3）如产品标准或技术条件有规定，其特性值应符合下列条件：

①碳含量≥0.10％、硫或磷含量≥0.45％、氮含量≥0.007％；

②抗拉强度≤690MPa、屈服强度≤360MPa、延伸率≤33％；

③弯心直径低值≥0.5x试样厚度、冲击功低值（20℃，V形，纵向标准试样）≤27J、洛氏硬度HRB≥60；④未规定其他质量要求

（1）一般用途碳素结构钢（GB700中规定的A、B级钢）

（2）碳素钢筋钢，如Q235（GB／T13031)

（3）铁道用一般碳素钢，如轻轨、垫钣用钢（GB／T 11264）

2.非合金钢

除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢，生产过程中需要特别控制质量（如控制晶粒度，降低S.P含量，改善表面质量或增加工艺控制），以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求（如良好的抗脆断性能，良好的冷成型性能等），但其生产控制严格程度又不如特殊质量的非合金钢

（1）机械结构用碳素钢，如GB／T 699规定的条钢（70-85钢，65Mn、70Mn除外）

（2）工程结构用碳素钢，如GB700规定的质量等级为C，D级钢

（3）冲压薄钣的低碳结构钢，如GB／T 5213，GB／T 3276规定的碳素钢薄钣

（4）镀层板、带用的碳钢，如GB/T 2518、GB/T 2520、GB4174···等规定的镀锡、镀锌和镀铝板带及厚钣

（5）锅炉和压力容器用碳素钢，如GB／T 713、GB／T 3087等规定的碳素钢板

（6）船用碳素钢，如GB／T712规定的板管和型钢

（7）铁道用碳素钢，如GB2585规定重轨用钢

（8）焊条用碳素钢，如GB／T 13规的碳素钢，但成品分析S.P不大于0.25％的钢除外

（9）用于冷锻、冷挤压、冷拔有特殊要求的棒料和线材

（10）非合金切削结构钢

（11）电工用非合金钢板、带（无硅钢板）

（12）铸造碳素钢，如GB7659规定之铸造钢

3.特殊质量非合金钢

生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金钢，并应符合下列条件之一：

（1）对要进行热处理的钢材，限制非金属杂质含量及淬火后硬度或韧性要求

（2）不进行热处理的钢材，含硫量0.25％，含磷≤0.25％

（3）具有规定的导电性能或磁性的钢材

（1）保淬透性非合金钢（GB／T5216）；（2）铁道用特殊非合金钢（车轮用钢）；（3）兵器用非合金钢；（4）核设备用非合金钢；（5）特殊焊条非合金钢；（6）碳素弹簧钢；（7）特殊盘条钢、钢丝；（8）电磁纯铁；（9）原料纯铁

种类

主要性能与用途

（1）冷成型用薄钢板

以高强度（硬度）为主要特性的非合金钢，用作冷加工成型材料。强度高于规定值不得使用

（2）造船、压力容器、

管道用钢

以低强度为主要特性的非合金钢。强度低于规定值者，不得在有关产品中使用

（3）线材、调质钢

限制碳含量为主要特性的非合金钢

（4）易切削钢

钢中含硫量不小于0.070％，并加入Pb，Bi，Te、Se或P元素

种类

主要质量标准

主要品种

普通质量合金钢

冶炼时不规定生产过程中需要特别控制质量要求，用作一般用途的低合金钢，应满足下列要求：

①合金含量符号 GB／T 13304-1991对低合金钢的规定；

②不规定热处理；

③硫或磷含量≥0.045％、抗拉强度≤690MPa、屈服强度≤360MPa、延伸率≤26%％、弯心直径≥2x试件厚度、径≥2x

冲击动

①屈服强度≤360MPa的低合金度≤360MPa结构钢

②低合金钢筋（GB／T 1499）③铁道用一般低合金钢

④矿用一般低合金钢

低合金钢

在生产过程中需要特别控制质量（如晶粒度、降低S.P含量；改善表面质量等），以达到比普通质量非合金钢较特殊的要求（良好的抗脆断性，良好的冷成型性等），但其生产控制又不如特殊质量非合金钢严格（如不控制淬透性）

①可焊接的高强度结构钢，σs在360～420MPa之间；

②锅炉和压力容器用低合金钢；③造船用低合金钢；

④汽车、桥梁、铁道用低合金钢；⑤低合金耐候钢；

⑥矿用低合金钢；

⑦输油、气管用低合金钢

特殊质量低合金钢

生产过程中需要特别严格控制质量和性能（如S.P含量及纯度）的低合金钢，并符合下列要求：

①规定限制非金属夹杂物含量及内部材质均匀性，保抗层状撕裂性能；②S．P的含量 0.025％；

③限定残余元素含量：Cu≤0.10%、Co≤0.05%%、V0.005%;

④规定低温冲击性能；

⑤可焊接高强度钢   σs≥420MPa

①核能用低合金钢；

②保厚度方向性能的低合金钢；

③铁道用特殊低合金钢

④低温用低合金钢；

⑤舰船、兵器用低合金钢

种类

范    围

（1）工程结构用合金钢

一般工程结构用合金钢；合金钢筋钢；压力容器用合金钢；地质、石油钻探用钢；高锰耐磨钢

（2）机械结构用合金钢

调质处理合金结构钢；表面硬化合金结构钢；冷塑性成型合金结构钢；合金弹簧钢

（3）不锈钢、耐蚀钢和耐热钢

不锈钢、耐酸钢、抗氧化钢和热强钢

（4）工具钢

合金工具钢、高速工具钢

（5）轴承钢

高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢和无磁轴承钢

（6）特殊物理性能钢

软磁钢、无磁钢和高电阻钢

种   类

主要质量标准

主要品种

（1）合金钢

生产过程中需要特别控制质量和性能，但其控制要求不如特殊质量合金钢严格

①一般工程结构用合金钢②合金钢筋钢

③电工用硅钢

④铁道、地质、石油钻探用合金钢

⑤S.P>0.＞0.035％耐磨钢

⑥硅锰弹簧钢

（2）特殊质量合金钢

生产过程中需要特别严格控制质量和性能的合金钢，除合金钢以外的其它合金钢都是特殊质量合金钢

①压力容器用合金钢②经热处理的合金钢筋钢③经热处理的钻探用合金钢④合金结构钢⑤合金弹簧钢⑥不锈钢⑦耐热钢⑧合金工具钢⑨高速工具钢⑩轴承钢⑪高电阻电热钢⑫无磁钢⑬永磁钢

分类标志

类   型

（1）按钢中含碳量百分比分类

低碳钢（C≤0.25％）；中碳钢（0.25％＜C＜0.60％）；高碳

钢（(C≥0.≥0.60%)

（2）按冶炼时脱氧程度分类

沸腾钢，镇静钢；半镇静钢

（3）按炼钢炉分类

平炉钢，转炉钢，电炉钢

（4）按用途分类

结构钢，工具钢，特殊用钢