金属材料基础知识

金属材料及处理工艺基础知识金属材料及处理工艺基础知识 一、一、金属材料分类金属材料分类: : 金属材料的分类有多种方式， 有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是 把金属材料分成黑色金属黑色金属和有色金属有色金属两大类。 1.1.黑色金属：黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分 为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：纯铁：其主要由 Fe 组成的，含 C 量在 0.0218％以下，工业中很少用； 钢：钢：含 C 量在 0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入 其他合金元素的称合金钢） 。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分 类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…） ， 品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢） ，成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧 钢，冷拉钢） ，形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：铸铁：含 C 量在 2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可 以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不 同的性能。 2.2.有色金属：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、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、二、金属材料的使用性能及指标金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能： 金属材料在外力作用下表现出来的各种特性， 如弹性、 塑性、 韧性、 强度、硬度等。 强度强度: : 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 屈服强度、抗拉强度是极 为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即 用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为 MPa。 屈服强度：屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生 变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的 应力，称为屈服点，用符号 σs 表示，单位为 MPa。一般的，材料达到屈服强度屈服强度， 就开始伴随着永久的塑性变形永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号 σb 表示，单位为 MPa。 塑性：塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能不能恢复原状的变 形)，但不会被破坏的能力。 弹性：弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能能恢复原状 的变形)。 伸长率：伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始 标距长度的百分比，称为伸长率。用符号 δ 表示。伸长率反映了材料塑性的大 小，伸长率越大，材料的塑性越大。 韧性：韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击 韧性值来度量。 冲击吸收功：冲击吸收功：试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。用符号 Ak表示， 单位为 J。 硬度：硬度： 金属材料的硬度， 一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。 根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。布氏硬度 用符号 HB 表示，洛氏硬度用符号 HRA、HRB 或 HRC 表示，维式用 HV 表示。一般一般 硬的材料打洛氏硬度，软的材料（有色金属，退火的钢铁）打布氏硬度，很小硬的材料打洛氏硬度，软的材料（有色金属，退火的钢铁）打布氏硬度，很小 的件打维式硬度（显微硬度）的件打维式硬度（显微硬度） 。。 以上指标中，最常用几个指标是强度（σs，σb） ，伸长率（δ） ，硬度。 2.物理性能：金属材料固有的属性，如密度，导电性等。 三、三、金属材料的分类使用金属材料的分类使用 1.1.钢板（钢带，钢卷）钢板（钢带，钢卷） 按照轧制方式分，汽车用钢板有两种，及热轧钢板和冷扎钢板两大类。国家 有相关的标准，如 GB3275 中有《汽车制造用优质碳素结构钢热轧钢板和钢带》 ， 也有相应的冷轧钢板标准，但标准的内容相对较松；现在国内汽车厂使用的多数 是钢厂的标准，如宝钢的冷轧标准 Q/BQ403-2002。下面就其中的牌号和性能做 一下简单的解释： 冷轧钢板：冷轧钢板： a.普通冷轧板： 宝钢现用的 St 系列（St12，St13，St14，St16 等）和 TL 系列都是德国的 牌号，其中 St12，St13 属于深冲级，St14，St16 属于超深冲级，国内根据冲压 的复杂程度又将超深冲级分为复杂(F),很复杂(HF)，最复杂 (ZF)和一般，如 St14,St14F,St14HF,St14ZF， 他们的强度都相同， 只是冲压性能好些。 此外， St14， St16 还要 O5 板，st14O5，St16O5，O5 是指表面无缺陷，即钢板的标准平整，没 有坑包等缺陷，与此对应的有 O3 板，即表面状态差一些的。即 BLC,BLD,BUSD, BUFD,BSUFD 是来源于日本的牌号，与 St12 到 St16 基本对应。 b.b.镀锌板镀锌板/ /镀铝板：镀铝板： 镀锌板镀锌板的主要作用就是有一定的防腐性能， 但由于表面的锌层， 会给冲压和 焊接带来一定的困难，有基体相当于 St16 的 DC56D+Z(St07Z)，相当于 St12 的 DC54D+Z(St06Z)， 我们 B11 发动机罩内板目前使用的就是 DC56D+Z 钢板， 主要的 就是增加内板的防腐性能；镀铝板镀铝板的主要作用是隔热，目前我们的百车身上还没 有使用，在排气系统中有一些。 c.高强度钢板（加磷钢）高强度钢板（加磷钢） 一般的，在金属材料中磷和硫属于有害元素（量较少时） ，但当磷的量达到 一定的量（0.05％以上）时，磷的强化作用（置换强化）要超过其有害的作用。 目前使用的加磷钢属于这个范畴，有 B170P1, B210P1, B250P1 B180P2 等，其中 B 代表宝钢，170，210，250 等代表其最小的屈服强度（MPa） ，P 代表加磷强化， P1 中的 1 代表是超低碳 （碳含量为双零――小数点后两个零） ，P2 中的 2 代表是 低碳（碳含量为单零） 。 d．烘烤硬化钢烘烤硬化钢(BH(BH 钢钢) ) BH 钢是为提高钢板的抗凹性、抗划痕性和表面质量而开发的高强度钢板。 即材料经过涂装烘烤后（170 度左右） ，屈服强度会增加 30－50MPa，其机理是高 温 C、N 原子扩散速度加快，而在位错聚集而强化材料，烘烤前后的屈服强度的 增量即为 BH 值。由于烘烤硬化钢的特殊性能，常将其用于表面覆盖件，如门外 板，顶盖等。 e．其它新型高强度钢板 近年，随着新技术的应用和开发，还出现了双相钢，多相钢，诱导塑性相变 钢等成型性能好， 强度高的钢板， 目前在我们车上有少量使用， 这里就不赘述了。 2.结构材料 机构材料，主要是承担较高的载荷，根据其使用地点和要求，有很多种，下 面就简单的介绍几种。 a．不锈钢 顾名思义，不锈钢的主要特定是能抵抗外界的腐蚀，如抗酸蚀，碱蚀等，主 要是通过加入 Cr，Ni 等合金元素而起作用的。其按照基体又可分为奥氏体不锈 钢，铁素体不锈钢，马氏体不锈钢等。常见的牌号有