金属材料是现代机械制造应用的最主要材料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金等 。

1. 金属材料是现代机械制造应用的最主要材料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金等 。 第三节 常用金属材料及其应用 汽车应用材料 第二章

2. 第三节 常用金属材料及其应用 一.碳钢 　二.合金钢 　　三.铸铁 　　　四.有色金属及其合金 五. 金属材料在工程上的应用 汽车应用材料 第二章

3. 金属材料的分类 白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 铸铁 —— 碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、铸钢 非合金钢 —— （碳钢） 钢铁 低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、滚动轴承钢、弹簧钢、超高强度钢 合金 结构钢 钢 金属 合金钢 量具刃具钢 合金模具钢高速钢 合金 工具钢 冷作模具钢 热作模具钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 非铁金属—— 铜、铝、钛、锌、…，轴承合金，硬质合金 汽车应用材料 第二章

4. 一. 碳钢 (一)碳钢的成分和分类 (二)碳钢的牌号及用途 汽车应用材料 第二章

5. (一) 碳钢的成分和分类 １.成分 ——w(C) ≤2.11% 　　Mn →脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 w(Mn) =0.25 % ~0.8% Si →脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 镇静钢w(Si) =0.1 % ~0.4% 沸腾钢w(Si) =0.03 % ~0.07% 　　S → 热脆(有害) 　　P → 冷脆 (有害) 　　O、N、H → 强度、塑性、韧性↓ 汽车应用材料 第二章

6. 来源 作用 Si 炼钢时残留 溶入F→固溶强化——有益 Mn 炼钢时残留 溶入F→固溶强化——有益 S 矿石中 热脆性——有害 P 矿石中 冷脆性——有害 钢中元素的作用 基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素 非合金钢中的常存元素 汽车应用材料 第二章

7. ２.分类 1）按C含量分 　　低C钢　w(C) ≤ 0.25% 　　中C钢　 0.25% ＜w(C) ≤ 0.6% 　　高C钢　w(C) ＞ 0.6% 2）按质量分（S、P含量）—— 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。 　3）按用途分 —— 碳素结构钢、碳素工具钢。 汽车应用材料 第二章

8. (二) 碳钢的牌号及用途 1．碳素结构钢 　2．优质碳素结构钢 　　3．碳素工具钢 汽车应用材料 第二章

9. 1．碳素结构钢 牌 号 牌号 等 级 等级 拉 伸 试 验 化学成分 冲击试验 脱氧方法 屈服点s，MPa w(C) % w( Mn) % 抗拉强度 b / MPa w( Si) % 伸长率s,% w(S ) % w( P) % 温度 ℃ V型冲击功 (纵向) J 表2-15 碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988) 表2-14 碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988) GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准 钢材厚度(直径)，mm 钢材厚度(直径),mm 化学成分和力学性能均须保证 A 类钢 —— 保证力学性能， B 类钢 —— 保证化学成分， C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。 碳素结构钢 新、老标准钢号对照 不大于  16 >40 ~60 >100 ~150 > 150  16 >40 ~60 >100 ~150 > 150 Q195 A1；B1 Q195 － 0.06-0.12 0.25-0.50 0.30 0.050 0.045 F,b,Z Q215 A2；C2 Q235 A3；C3 Q215 A / B 0.09-0.15 0.25-0.55 0.30 0.050 / 0.045 0.045 F,b,Z Q255 A4；C4 Q275 C5 不小于 不小于 不小于 Q235 A 0.14-0.22 0.30-0.65 0.30 0.050 0.045 F,b,Z B 0.12-0.20 0.30-0.70 0.30 0.045 0.045 F,b,Z Q195 － 195 － － － 315-390 33 － － － － － C 0.18 0.35-0.80 0.30 0.040 0.040 Z Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 －/20 －/27 D 0.17 0.35-0.80 0.30 0.035 0.035 TZ Q235 A/B C/D 235 215 195 185 375-460 26 24 22 21 －/20 0/-20 －/27 Q255 A / B 0.18-0.28 0.40-0.70 0.30 0.050 / 0.045 0.045 Z Q275 － 0.28-0.38 0.50-0.80 0.35 0.050 0.045 Z Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 －/20 －/27 Q275 － 275 255 235 225 490-610 20 18 16 15 － － 牌号 —— 如 Q215B，表示 s≥ 215 MPa（厚度 ≤ 16mm），B级质量。 汽车应用材料 第二章 最新牌号GB/T221--2000

10. 用途 多边型角钢 钢桥梁 建筑构件 钢筋、螺纹钢 螺钉、铆钉 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 热处理： 热轧空冷 组织：S＋F 汽车应用材料 第二章

11. 2．优质碳素结构钢 钢号 化学成分，% s，MPa ≥ C Mn Si S P 表2-15 优质碳素钢的化学成分和性能 08F 10 20 35 40 45 50 60 65 0.05-0.11 0.07-0.13 0.17-0.23 0.32-0.39 0.37-0.44 0.42-0.50 0.47-0.55 0.57-0.65 0.62-0.70 0.25-0.50 0.35-0.65 0.35-0.65 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.50-0.80 0.03 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 0.17-0.37 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 <0.035 175 205 245 315 335 355 375 400 420 牌号 —— 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。 (摘自GB/T699-1999) 汽车应用材料 第二章

12. 用途 较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 热处理：渗碳、淬火、回火等。 汽车应用材料 第二章

13. 汽车曲轴 上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工 汽车应用材料 第二章

14. 常用钢号及其应用 08 、 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等. 15 、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等 30~55钢:调质,综合机械性能好,制齿轮连杆轴类等 60~70钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧. 汽车应用材料 第二章

15. 3．碳素工具钢 钢号 C, % Mn, % Si, % S, %  P, %  退火后 HBS,  水冷淬火 温度，℃ T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 0.95-1.04 1.15-1.24 1.25-1.35 0.40 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40-0.60 0.40 0.40 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 187 187 187 192 19 207 207 217 800-820 780-800 780-800 760-780 760-780 760-780 760-780 760-780 表2-16　碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62) 牌号 —— 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ， A表示高级优质，w(S)  0.020 % ，w(P)  0.030 % 。 (摘自GB/T1298-1986) 汽车应用材料 第二章

16. 用途 螺纹量规 冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。 热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M＋ 粒状Fe3C+ A' 汽车应用材料 第二章

17. 4.铸钢 • W(c)=0.15~0.6% • 应用:结构复杂零件,如曲轴、箱体轴承座. • 牌号:如ZG340-640 汽车应用材料 第二章

18. 二. 合金钢 (一)概论 (二)合金结构钢 (三)合金工具钢 (四)特殊性能钢 汽车应用材料 第二章

19. 二. 合金钢 碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素,改善组织与性能.(硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、锆) 汽车应用材料 第二章

20. 常见的合金元素及作用 Ti Zr Nb V W MoCr MnFeCo Ni Cu Si Al 弱碳化物形成元素 非碳化物形成元素 强碳化物形成元素 与C的亲和力：强 弱 合金元素对基本相的影响： 固溶强化 非碳化物形成元素 溶入F 较硬，耐磨，比Fe3C更稳定 形成合金渗碳体 弱碳化物形成元素 形成特殊碳化物 高熔点，硬，耐磨，最稳定 强碳化物形成元素 汽车应用材料 第二章

21. （一）合金元素在钢中的作用 1．合金元素可以提高钢的力学性能 2. 合金元素对钢的热处理产生影响 3．合金元素对钢的工艺性能产生影响 汽车应用材料 第二章

22. 1．合金元素可以提高钢的力学性能 合金钢的强化机制： 合金F 的固溶强化 　　M位错强化 　　细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 　　第二相（沉淀）强化 汽车应用材料 第二章

23. 2.合金元素对钢的热处理产生影响 合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用最显著。合金元素除CO外都能使C曲线右移，提高奥氏体的稳定，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，降低淬火应力，减少了工件的变形和开裂。 汽车应用材料 第二章

24. 3．合金元素对钢的工艺性能产生影响 合金元素的加入使钢的铸造、锻造性能、焊接、切削加工性能都不同程度的降低；但可以明显的改善热处理的工艺性能。 汽车应用材料 第二章

25. （二）合金钢的分类及编号 １.　合金钢的分类（按用途分类） 　　合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、 弹簧钢 、轴承钢等。 　　合金工具钢 —— 刃具 、模具、量具钢。 　　特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。 汽车应用材料 第二章

26. （二）合金钢的分类及编号 ２.　合金钢的编号 　　 结构钢 —— 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)＜1.5% 　　 工具钢、特殊性能钢 —— 如 9SiCr ，w(C)=0.9% ，w(Si)、w(Cr) 均＜1.5%, 而 CrWMn 中，w(C)＞1.0% 专用钢 —— 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5% 　　 高级优质钢 —— 如，20Cr2Ni4A 汽车应用材料 第二章

27. (三) 合金结构钢 1．低合金结构钢 　2．渗碳钢 　　3．调质钢 　　　4．弹簧钢 　　　　5．滚动轴承钢 汽车应用材料 第二章

28. 钢号 旧钢号 主 要 化 学 成 分，% 机械性能 C Mn Si， s，MPa b，MPa 5 ，% 常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J） Q295 09MnNb12Mn 0.16 0.80~1.50 0.55 295 570 23 Q345 16Mn16MnRe 0.18~0.20 1.00~1.60 0.55 345 630 21~22 Q390 16MnNb15MnTi 0.20 1.00~1.60 0.55 390 650 19~20 Q420 14MnVTiRe15MnVN 0.20 1.00~1.70 0.55 420 680 18~19 Q460 14MnMoV18MnMoNb 0.20 1.00~1.70 0.55 460 720 17 1．低合金结构钢 成分——w(C)＜0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能—— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。 (摘自GB/T1591-1994) 汽车应用材料 第二章

29. 质量等级 345 MPa 屈服强度 普通低合金结构钢牌号 Q345 C 汽车应用材料 第二章

30. 常用低合金钢 • 1.低合金高强度结构钢 • 2.易切削结构钢.(S,P,Mn) • 3.低合金高耐候性钢 汽车应用材料 第二章

31. 桥梁 车辆 船舶 高压容器 热处理、组织——热轧空冷，S＋F 应用 汽车应用材料 第二章

32. 典型普低合金钢应用 • Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 • Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。 • Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。 汽车应用材料 第二章

33. 2．渗碳钢 成分——w(C)=0.1～0.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性， Ti细化晶粒 性能—— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。 汽车应用材料 第二章

34. 淬 透 性 钢号 主 要 化 学 成 分, % 预备处理／ 淬火, ℃ 机械性能 C Mn Cr，Ni b MPa s MPa aKU2 J 渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）　 低 20Cr 　20MnV 0.17~0.24 0.17~0.24 0.50~0.80 1.30~1.60 0.70~1.00 880／ 800 水, 油 880水, 油 835 785 540 590 47 55 中 20CrMn 20CrMnTi 0.17~0.23 0.17~0.23 0.90~1.20 0.80~1.10 0.90~1.20 1.00~1.30 850 油 880 ／ 870 油 930 1080 735 835 47 55 高 18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A 0.13~0.19 0.17~0.23 W0.8~1.2 0.30~0.60 1.35~1.654.0~4.5 1.25~1.653.25~3.75 950 ／ 850 空880／ 780油 1180 1180 835 1080 78 63 2．渗碳钢 汽车应用材料 第二章

35. 热处理 渗碳 → 淬火 → 低温回火 组织—— 表层：回火M +碳化物+A′；心部：低C的回火M（+T + F） 应用—— 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。 汽车应用材料 第二章

36. 等级:高级优质 含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn2 % 含碳量WC 20 %00 合金渗碳钢的牌号 20Mn2Ti A 汽车应用材料 第二章

37. 活塞销( 20Cr ) 柴油机凸轮轴 典型合金渗碳钢应用 • 低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量＜3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。 • 中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。 汽车应用材料 第二章

38. 20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线 汽车应用材料 第二章

39. 柴油机曲轴 典型合金渗碳钢应用 • 高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 %～ 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。 汽车应用材料 第二章

40. 现有φ35x20mm的两根轴。一根为20钢，经920℃渗碳后直接淬火(水冷)及180℃回火，表层硬度为58 ～ 62HRC；另一根为20CrMnTi钢，经920℃渗碳后直接淬火(油冷)，-80℃冷处理及180℃回火后表层硬度为60 ～ 64HRC。问这两根轴的表层和心部的组织(包括晶粒粗细)与性能有何区别?为什么? 汽车应用材料 第二章

41. 汽车应用材料 第二章

42. 3．调质钢 成分——w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 Mn、Cr、Ni、B、 Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒 性能—— 综合机械性能高 汽车应用材料 第二章

43. 淬 透 性 钢号 主要成分, % 淬火℃ 回火℃ 机械性能 C Mn SiCr b MPa s MPa aKU2 J 调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999） 低 45 0.42~0.50 0.50~0.80 0.17~0.37 830~840水 580~640空 600 355 39 40MnB 0.37~0.44 1.10~1.40 0.20~0.40 850油 500 水，油 980 785 47 40Cr 0.37~0.45 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 水，油 980 785 47 中 35CrMo 0.32~0.40 0.40~0.70 Cr 0.8~1.10 850油 550 水，油 980 835 63 高 38CrMoAlA 0.35~0.42 Al 0.7~1.1 Cr 1.35~1.65 940水，油 640水，油 980 835 71 40CrMnMo 0.37~0.45 0.90~1.20 Cr 0.9~1.20 850油 600 水，油 980 785 63 3．调质钢 汽车应用材料 第二章

44. 热处理 调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。 组织 —— 表层：回火S 应用: 轴类、连杆、齿轮 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。 汽车应用材料 第二章

45. 汽车曲轴 应用: 圆锥齿轮 汽车应用材料 第二章

46. 4．弹簧钢 成分 ——w(C)=0.45～0.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能 ——σe、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。 汽车应用材料 第二章

47. 钢号 主要成分, % 淬火油℃ 回火℃ 机械性能 C Mn Si, Cr b MPa s MPa 10% ak kJ/m2 65 0.62~0.70 0.50~0.80 0.17~0.37 840油 500 1000 800 9 450 85 0.82~0.90 0.50~0.80 0.17~0.37 820油 480 1150 1000 6 600 65Mn 0.62~0.70 0.90~1.20 0.17~0.37 830油 540 1000 800 8 800 60Si2Mn 0.56~0.64 0.60~0.90 1.50~2.00 870油 480 1300 1200 5 800 50CrVA 0.46~0.54 0.50~0.80 Cr 0.8~1.10 850油 500 1300 1150 5 9 800 4．弹簧钢 （摘自GB/T1222－1985） 汽车应用材料 第二章

48. 汽车板簧 火车螺旋弹簧 热处理 热轧弹簧：热成型 → 淬火 + 中温回火 → 喷丸 　　冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸 组织——　回火T 应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。 汽车应用材料 第二章

49. 热卷大弹簧 汽车板簧 弹簧丝 大型热卷弹簧 汽车应用材料 第二章

50. 5．滚动轴承钢 滚动轴承在交变应力作用下工作，各部分之间有强烈摩擦，还受到润滑剂的化学浸蚀。因此，滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和抗蚀性。 汽车应用材料 第二章