第一节 黑色金属
第二节 有色合金
第三节 精密合金 (自学）
第四节 特种金属材料（自学）
第六章 工程合金
工程上将以铁为基的合金成为黑色金属；以其他金
属为基的合金成为有色合金 。 铁及其合金 （ 主要是钢 ）
的产量占世界金属总和的 90％ 左右；而有色合金中, 则
以铝, 铜及其合金居多 。
第一节 黑色金属
? 钢的通常分类
钢
? 按用途分类,
? 按化学成分分类,
? 按质量分类,
钢
? 按冶炼方法分类,
钢
? 按金相组织分类,
按退火组织分类：
按正火组织分类：
我国钢材的编号是按碳含量, 合金元素的种类和数
量以及质量级别来编号的 。
? 钢的编号
1.普通碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
该类钢的牌号用钢中平均含碳量的两位数字表示,
单位为万分之一 。 如钢号 45,表示平均碳质量分数为
0.45%的钢 。
3.碳素工具钢
碳素工具钢是在牌号前加, 碳, 或, T”表示, 其后
跟以表示钢中平均含碳量的千分之几的数字 。 如 T8或
T10A。 其中, A”表示高级优质钢 。
4.合金结构钢
沿用苏联的编号系统，该类钢的牌号是由, 数字 +元
素 +数字, 三部分组成。数字表示钢中平均含碳量的万分
之几，如 36Mn2Si 和 18Cr2Ni4WA。
5.合金工具钢
数字表示钢中平均含碳量的千分之几，如 9Mn2V和
CrMn，特殊,W6Mo5Cr4V2。
6.滚动轴承钢
该类钢在钢号前冠以, 滚, 或, G”，其后为铬（ Cr）
+数字来表示，数字表示铬含量平均值的千分之几。如
GCr15。
7.不锈钢及耐热钢
这两类钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几,
如 9Cr18和 9Cr18Ni9。
8.铸钢
如, ZG200— 400”表示其屈服点为 20MPa,其抗拉强度
为 400MPa。
碳钢又称碳素钢, 其主要合金元素为碳 。
? 碳 钢
? 优质碳素结构钢
这类钢一般需要热处理来提高力学性能, 如 45＃ 钢 。
低碳钢 强度低, 延性好, 适于零件冲压, 焊接, 表
面渗碳等 。 中碳钢 属于调质钢, 经过淬火和高温回火
（ 又称调质处理 ） 后具有较好的强韧性 。 含碳更高的 60
钢 主要用于制造弹簧 。
? 碳素工具钢
随碳含量的增加, 碳素工具钢在热处理 （ 通常为淬
火 +低温回火 ） 后的硬度和耐磨性提高, 而韧性则降低 。
高韧性工具 （ 如冲模, 冲头等 ）, 宜选用低碳工具
钢 （ 如 T7,T8等 ） 。
高耐磨性工具 （ 如量具, 锉刀, 剃刀等 ）, 宜选用
高碳工具钢 （ 如 T12,T13等 ） 。
? 碳钢的局限性
1,具有一定的塑性和韧性, 但强度难以超过 690MPa；
2,厚截面碳钢零件, 淬火时通常不能淬透；
3,耐蚀性和抗氧化性较差；
4,中碳钢淬透时, 易出现变形或开裂；
5,低温抗冲击能力差 。
措施,为解决上述缺点，通常向碳钢中加入合金元素（如
Mn,Ni,Cr,Al,W,V 等来改善其性能。
? 合金钢
16Mn是我国低合金高强钢中发展最早, 使用最多,
产量最大的钢种 。 例如南京长江大桥, 广州电视塔等 。
15MnVN是具有代表性的中等强度级别的钢种 。 较广泛用
于制造大型桥梁, 锅炉, 船舶和焊接结构 。
与碳素钢相比, 合金钢的强度大大提高, 同时耐蚀
性, 抗氧化性和耐磨性均显著提高；但价格较高 。
? 不锈钢
化学腐蚀,金属与化学介质直接产生化学反应而造成的
腐蚀 。 提高金属抗化学腐蚀的主要措施之一是加入 Si,Cr、
Al等能形成致密保护膜的合金元素进行合金化 。
? 金属腐蚀的基本概念
电化学腐蚀,是指金属在腐
介质中由于形成原电池，阳
极失去电子。
提高抗电化学腐蚀能力的措施：
① 减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单
相组织；
② 形成原电池时，减少两极的电极电位差，提高阳
极的电极电位；
③ 减少甚至阻断腐蚀电流，使金属, 钝化,,在表
面形成致密的、稳定的保护膜。
? 不锈钢的性质
1） 良好的耐蚀性； 2） 良好的力学性能； 3） 良好的
工艺性能 ； 4） 价格低廉。
? 合金元素对性能的影响
铬 是不锈钢中最重要的合金元素 。 它能显著提高基
体的电极电位, 铬在氧化性介质中极易钝化, 生成致密的
氧化膜, 使钢的耐蚀性大大提高 。
镍 为扩大奥氏体区元素, 配合铬调整组织形式, 当
Wcr≤ 18%,WNi＞ 8%时, 获得单相奥氏体不锈钢 。
钛, 铌 优先与碳形成碳化物, 避免晶界贫铬, 从而
减轻钢的晶间腐蚀倾向 。
钼, 铜 加入, 可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性 。
锰, 氮 的加入, 是为了部分取代镍, 以降低成本 。
? 碳含量对性能的影响
不锈钢的 wc为 0.08%～ 1.0%,主加元素为 Cr,Cr— Ni，
辅加元素为 Ti,Nb,Mo,Cu,Mn,N。
碳的变化范围很大,一方面从耐蚀性的角度来看,碳
含量越低越好。因为碳会与铬形成碳化物 Cr23C6，沿晶界
析出，使晶界周围基体严重贫铬，造成沿晶界发展的晶间
腐蚀。大多数的不锈钢的 wc为 0.1%～ 0.2%。 另一方面从力
学性能的角度来看,碳含量越高，钢的强度、硬度、耐磨
性会相应地提高。同时要相应提高铬含量，以保证形成碳
化物后基体含铬量仍 Wcr＞ 12%。
? 铸 铁
铸 铁 是 含
碳量大于 2.11
％ （ 一般为 2.5
～ 4.0％ ） 的铁
碳合金, 同时
还含较多数量
的 Si,Mn,S、
P等元素 。
? 铸铁的石墨化过程
① 铸铁在冷却过程中即可以从液态中或奥氏体中直
接析出 Fe3C； Fe3C在一定条件下也可以分解出石墨, 即
Fe3C → 3Fe + G（ 石墨 ） 。 ② 可以直接析出石墨 。
铸铁组织中石墨的形成过程称为 石墨化过程 。 可分为
两个阶段,第一阶段, 从过共晶的铁液中直接析出的初生
（ 一次 ） 石墨, 在共晶转变过程中形成的共晶石墨及奥氏
体冷却析出的二次石墨； 第二阶段, 共析转变过程中形成
的共析石墨 。
石墨化过程是一个原子扩散过程 。 第一阶段的石墨
化温度较高, 原子容易扩散, 进行得完全；第二阶段石
墨化温度较低, 扩散困难, 进行不充分, 只能部分进行 。
冷却速度增大, 第二阶段的石墨化便完全不能进行 。
① 第二阶段石墨化进行充分时,铁素体 +石墨 ；
② 第二阶段石墨化部分进行时, （ 铁素体 +珠光体 ）
基体 +石墨 ；
③ 第二阶段石墨化不能进行时,珠光体 +石墨 。
当冷速过快, 两个阶段的石墨化均被抑制, 会得到 白
口铸铁 。 若第一阶段石墨化部分进行, 得到 麻口铸铁 。
? 影响铸铁石墨化的因素
冷却速度的影响：
在化学成分相同的情况下，缓慢冷却有利于石墨化的
充分进行，易得到 灰口铸铁 ；冷却速度加快，不利于石墨
化，甚至使石墨化来不及进行，得到 白口铸铁 。
化学成分的影响：
碳和硅对铸铁的石墨化有决定性作用 。含碳量越多越
易形成石墨晶核，而硅促进石墨成核。
综合考虑碳和硅对铸铁的影响，将硅量折合成相当的
碳量，把实际的含碳量与折合成的碳量之和称为 碳当量 。
根据碳当量不同确定其组织。
? 铸铁的性能特点
铸铁的力学性能如抗拉强度, 塑性, 韧性等均低于
钢, 但硬度和抗压性能与钢接近 。 另外, 石墨的存在使
铸铁具有以下特殊性能：
1,优良的铸造性；
2,良好的切削加工性；
3,优良的耐磨性与减震性；
4,生产成本低廉 。
铸铁的性能取决于铸铁的成分和组织, 即取决于铸
铁中基体组织和石墨的数量, 形态, 大小以及分布 。
? 铸铁的分类
白口铸铁
碳以 Fe3C的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，组织
硬而脆，难以切削加工。很少直接用来制造机械零件，可
利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件（如轧辊等）。
灰口铸铁
碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在，断口
呈暗灰色，生产工艺简单，价格低廉，应用广泛。
1） 普通灰口铸铁
石墨以 片状 存在，主要用于制造车辆气缸、摩擦片，
以及机床的床身、底座等。
2） 可锻铸铁 （ 俗称马钢 ）
将白口铸铁坯件经高温、常时间的石墨化退火后，使
渗碳体在固体下分解而获得具有 团絮状 石墨的组织。
可锻铸铁具有较高的强度、塑性和韧性，多用于制造
受震动、强度和韧性要求较高的小型零件。
3） 球磨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。
与片状石墨和团絮状石墨相比，圆球状石墨对基体的割裂
和应力集中作用最小，球墨铸铁是各种铸铁中力学性能最
好的一种。
生产球墨铸铁要进行 脱硫处理, 球化处理 （浇注前必
须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂）和 孕
育处理 （球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理）。
? 铸铁的牌号
普通灰口铸铁, HT(灰铁 ） +数字 （ 最低抗拉强度 ）
HT100表示最低抗拉强度为 100MP的普通灰口铸铁。
可锻铸铁, KT(可锻 ） +数字 （同上） －数字 （延伸率百分数）
KT300-06表示最低抗拉强度为 300MP，延伸率为 6％的
可锻铸铁。
球墨铸铁, QT(球铁 ） +数字 （ 同上 ） －数字 （同上）
QT450-05表示最低抗拉强度为 450MP，延伸率为 5％的球
磨铸铁。
第二节 有色合金
铝, 镁, 钛, 铍等轻金属 具有相对密度小, 比强度
高等特点, 广泛用于航空航天, 汽车, 船舶和军事领域；
银, 铜, 金 （ 包括铝 ） 等贵金属 具有优良导电导热和耐
蚀性, 是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料； 镍, 钨,
钼, 钽及其合金 是制造高温零件和电真空元器件的优良
材料；还有专用于原子能工业的 铀, 镭, 铍 ；用于石油
化工领域的 钛, 铜, 镍 等 。
? 铝及铝合金
1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量 8.2%）；
2、密度低（ 2.63～ 2.85g/cm3）,比强度高；
3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于 Ag,Cu,Au而
位居第四位，约为纯铜导电率的 60％）；
4、耐蚀性好（ Al2O3膜的存在，只有在卤素离子及碱离子
的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）；
5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。
? 铝合金概述
? 工业纯铝
物理性能,银白色光泽，密度小（ 2.7g/cm3），熔点低
（ 660℃ ），为非磁性材料。
原子结构,固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转
变。因此铝具有良好的塑性和韧性，在 0～ 253℃ 之间塑性
韧性不降低。
分类,纯铝按其纯度分为高纯，工业高纯和工业纯铝，纯
度依次降低。
应用,工业纯铝主要用作制备铝基合金；高纯铝用于科学
试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还用于制作电
线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。
? 铝合金分类
? 变形铝合金
变形铝合金 是指合金元素含量较低，可以通过压力加
工制成各种型材及成形零件的一类铝合金。
防锈铝合金, LF(铝防 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
如 LF5是 Mg含量为（ 4.8～ 5.5％）的防锈铝合金。这
类合金主要有 Al-Mg和 Al-Mn系等，塑性好、耐腐蚀，可冷
变形强化，多用于制造受力小、质轻、耐腐蚀的冲压件和
焊接结构件等。
硬铝合金, LY(铝硬 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg系合金，可通过淬火时效来
显著提高强度，硬度和耐热性能都有所改善，但耐蚀性较
差，多用于制造中等强度的飞机结构件等。
超硬铝合金, LC(铝超 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg-Zn系合金，淬火时效后强
化效果优于硬铝合金，但耐蚀性同样较差，多用于制造质
轻、受力较大的结构件等。
锻铝合金, LD(锻铝 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg-Si系合金，淬火时效后机
械性能与硬铝相近，热塑性和耐蚀性较高，适于锻压成形
。多用于制造形状复杂、比强度要求高的受力结构件。
? 铸造铝合金
合金含量较高，适于铸造成形。
牌号,ZL(铸铝 ） + 三位数字
说明：第一位数字表示合金系列；
第二、三位数字表示合金序号（化学成分）。
铸 造
铝合金
铝锌系
合 金
铝镁系
合 金
铝铜系
合 金
铝硅系
合 金
铸造、机械
性能良好
高温强度高（耐
热），易腐蚀
强度、塑性高
，耐腐蚀，铸
造时易氧化
强度高，易
腐蚀，价格
低
? 铜及铜合金
? 纯铜（紫铜）
物理性能,紫红色光泽，密度 8.9g/cm3，熔点 1083℃,
fcc结构，导电、导热性能良好，塑性好，耐蚀，强度低。
应用,工业上利用铜制造电线、导电零件、油管等；同
时，还利用纯铜（逆磁性材料）不受磁场干扰的特性制备
磁性仪器和其他防磁器械等。
纯铜通过合金化处理可以改善其机械性能，铜合金按
其色泽的不同可分为 黄铜 和 青铜 两大类。
? 黄铜
黄铜 以锌为主加元素，其外观呈金黄色光泽。我国应
用黄铜在 宋代 有明确记载。
普通黄铜, H(黄 ） +数字 （ 铜的百分含量 ）
属于 Cu-Zn二元合金，锌在铜中的溶解度较大，但锌
含量超过 39％，会出现硬脆第二相 β ′ 。
低锌黄铜 H95,H90,H85有良好的导电性、导热性和
耐蚀性，有适宜的强度和良好的塑性，大量用于冷凝器和
散热器。 三七黄铜 H70,H68强度较高、塑性很好，用于深
冲零件，如散热器外壳、弹壳等。 四六黄铜 H62,H59可高
温热加工，强度高，塑性较好，可制造导管、销钉等。
特殊黄铜, H(黄 ） +主加元素符号（ 锌除外 ） +数字（ 铜含
量 ） -数字（ 主加元素含量，其余为锌含量 ）
又称 多元黄铜,在 Cu-Zn二元合金的基础上，加入 Sn
,Si,Pb,Fe等合金元素，改善和提高其性能。
铝黄铜 利用铝的固溶强化，提高合金强度和硬度，同
时氧化铝膜可防腐蚀,HAl77-2可制造海轮等,HAl85-0.5
色泽金黄，耐蚀，可作为金的代用品。 铜锌铝合金 具有 形
状记忆功能,相变温度范围宽（ ± 100℃ ），可制造安全
阀，控温装置，断路器等。 锡黄铜 可提高耐蚀性，抑制脱
锌，并提高强度,HSn70-1称为（ 海军黄铜 ）。
? 青铜
除了以锌或镍为主加元素的铜合金外，其余铜合金外
观多为棕绿色，通称为 青铜 。
表示方法, Q(青） + 主加元素符号 + 数字 （ 主加元素含量 ）
－ 数字 （ 其他合金元素平均含量 ）
普通青铜,
普通青铜以锡为主加元素，又称 锡青铜 。它是人类历
史上应用最早的合金，具有良好的耐蚀性、减磨性、抗磁
性和低温韧性，但耐酸性差。
锡青铜铸件凝固时，含锡高的低熔点液相从中部向表
面渗出，严重时表面出现灰白色斑点的, 锡汗, 。
特殊青铜,
特殊青铜 是不含锡的青铜合金。
铝青铜 有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用最
为广泛。 铍青铜 有较高的弹性极限和疲劳强度，无磁，冲
击无火化；强毒，限制生产。
另外，还有 硅青铜, 铅青铜 等。
? 镁及镁合金
? 纯镁
物理性能,银白色光泽，密度 1.74g/cm3，熔点 651℃,
hcp结构，力学性能差，耐蚀性差。
应用,纯镁在冶金工艺中脱氧剂、脱硫剂和配置镁合金，
还用作制造照明弹和烟火的原料。
纯镁通过合金化处理可以改善其机械性能，镁合金可
分为变形 镁合金 和 铸造镁合金 两大类。
变形镁合金, MB（ 镁变 ） ＋顺序号 （ 化学成分 ）
铸造镁合金, ZM（ 铸镁 ） ＋顺序号 （ 化学成分 ）
如 MB2表示,Al,3.0～ 4.0％, Zn,0.2～ 0.8％,
Mn,0.15～ 0.35％, 余量为 Mg。
? 镁合金
镁合金特性及应用,
1、密度小，比强度、比刚度高；
2、良好的抗冲击能力；
3、易切削加工、抛光，易于铸造和热加工。
4、应用（ 教材 P91）
? 钛及钛合金
? 纯钛
纯钛加入铝、铬、钼、锡、锰、钒、铁、锆、铜和硅
等，可以改善其机械性能。合金化的主要目的是改变 α 和
β 的同素异构转变温度，提高 α 相或 β 相的稳定性，形成
稳定的固溶体或与钛形成合金，提高强度。
物理性能,银白色光泽，密度 4.507g/cm3，熔点 1677℃,
α -Ti（ hcp） 882.5℃ β -Ti（ bcc）。
应用,制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等。
? 钛合金
钛合金特点,
1、比强度、热强度高（工作温度 550℃ 以上）；
2、较好的低温韧性；
3、抗腐蚀性能好。
4、主要缺点是不易切削和塑性加工。
钛及钛合金已有近 60年的历史, 由于它具有高的比
强度和耐蚀性, 是世界各国大力发展的宇航轻金属材料 。
? 高温合金
高温合金 是以高熔点金属 Ni（ 1450℃ ）,Co（ 1480℃ ）,
Mo（ 2620℃ ）等为基体，加入一定量的其他元素构成的在
高温下使用的金属材料。
? 分类
1、按基体类型：分为 铁基, 镍基, 钴基 高温合金；
2、按强化方式：分为 固溶强化型 和 时效强化型 合金；
3、按成形方式,变形高温合金 和 铸造高温合金 。
? 高温合金的特点
1、具有高的热稳定性；
2、具有高的热强性；
3、比强度高和弹性模量高，热膨胀系数小，导热性好；
4、具有良好的加工工艺性能。
第二节 有色合金
第三节 精密合金 (自学）
第四节 特种金属材料（自学）
第六章 工程合金
工程上将以铁为基的合金成为黑色金属；以其他金
属为基的合金成为有色合金 。 铁及其合金 （ 主要是钢 ）
的产量占世界金属总和的 90％ 左右；而有色合金中, 则
以铝, 铜及其合金居多 。
第一节 黑色金属
? 钢的通常分类
钢
? 按用途分类,
? 按化学成分分类,
? 按质量分类,
钢
? 按冶炼方法分类,
钢
? 按金相组织分类,
按退火组织分类：
按正火组织分类：
我国钢材的编号是按碳含量, 合金元素的种类和数
量以及质量级别来编号的 。
? 钢的编号
1.普通碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
该类钢的牌号用钢中平均含碳量的两位数字表示,
单位为万分之一 。 如钢号 45,表示平均碳质量分数为
0.45%的钢 。
3.碳素工具钢
碳素工具钢是在牌号前加, 碳, 或, T”表示, 其后
跟以表示钢中平均含碳量的千分之几的数字 。 如 T8或
T10A。 其中, A”表示高级优质钢 。
4.合金结构钢
沿用苏联的编号系统，该类钢的牌号是由, 数字 +元
素 +数字, 三部分组成。数字表示钢中平均含碳量的万分
之几，如 36Mn2Si 和 18Cr2Ni4WA。
5.合金工具钢
数字表示钢中平均含碳量的千分之几，如 9Mn2V和
CrMn，特殊,W6Mo5Cr4V2。
6.滚动轴承钢
该类钢在钢号前冠以, 滚, 或, G”，其后为铬（ Cr）
+数字来表示，数字表示铬含量平均值的千分之几。如
GCr15。
7.不锈钢及耐热钢
这两类钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几,
如 9Cr18和 9Cr18Ni9。
8.铸钢
如, ZG200— 400”表示其屈服点为 20MPa,其抗拉强度
为 400MPa。
碳钢又称碳素钢, 其主要合金元素为碳 。
? 碳 钢
? 优质碳素结构钢
这类钢一般需要热处理来提高力学性能, 如 45＃ 钢 。
低碳钢 强度低, 延性好, 适于零件冲压, 焊接, 表
面渗碳等 。 中碳钢 属于调质钢, 经过淬火和高温回火
（ 又称调质处理 ） 后具有较好的强韧性 。 含碳更高的 60
钢 主要用于制造弹簧 。
? 碳素工具钢
随碳含量的增加, 碳素工具钢在热处理 （ 通常为淬
火 +低温回火 ） 后的硬度和耐磨性提高, 而韧性则降低 。
高韧性工具 （ 如冲模, 冲头等 ）, 宜选用低碳工具
钢 （ 如 T7,T8等 ） 。
高耐磨性工具 （ 如量具, 锉刀, 剃刀等 ）, 宜选用
高碳工具钢 （ 如 T12,T13等 ） 。
? 碳钢的局限性
1,具有一定的塑性和韧性, 但强度难以超过 690MPa；
2,厚截面碳钢零件, 淬火时通常不能淬透；
3,耐蚀性和抗氧化性较差；
4,中碳钢淬透时, 易出现变形或开裂；
5,低温抗冲击能力差 。
措施,为解决上述缺点，通常向碳钢中加入合金元素（如
Mn,Ni,Cr,Al,W,V 等来改善其性能。
? 合金钢
16Mn是我国低合金高强钢中发展最早, 使用最多,
产量最大的钢种 。 例如南京长江大桥, 广州电视塔等 。
15MnVN是具有代表性的中等强度级别的钢种 。 较广泛用
于制造大型桥梁, 锅炉, 船舶和焊接结构 。
与碳素钢相比, 合金钢的强度大大提高, 同时耐蚀
性, 抗氧化性和耐磨性均显著提高；但价格较高 。
? 不锈钢
化学腐蚀,金属与化学介质直接产生化学反应而造成的
腐蚀 。 提高金属抗化学腐蚀的主要措施之一是加入 Si,Cr、
Al等能形成致密保护膜的合金元素进行合金化 。
? 金属腐蚀的基本概念
电化学腐蚀,是指金属在腐
介质中由于形成原电池，阳
极失去电子。
提高抗电化学腐蚀能力的措施：
① 减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单
相组织；
② 形成原电池时，减少两极的电极电位差，提高阳
极的电极电位；
③ 减少甚至阻断腐蚀电流，使金属, 钝化,,在表
面形成致密的、稳定的保护膜。
? 不锈钢的性质
1） 良好的耐蚀性； 2） 良好的力学性能； 3） 良好的
工艺性能 ； 4） 价格低廉。
? 合金元素对性能的影响
铬 是不锈钢中最重要的合金元素 。 它能显著提高基
体的电极电位, 铬在氧化性介质中极易钝化, 生成致密的
氧化膜, 使钢的耐蚀性大大提高 。
镍 为扩大奥氏体区元素, 配合铬调整组织形式, 当
Wcr≤ 18%,WNi＞ 8%时, 获得单相奥氏体不锈钢 。
钛, 铌 优先与碳形成碳化物, 避免晶界贫铬, 从而
减轻钢的晶间腐蚀倾向 。
钼, 铜 加入, 可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性 。
锰, 氮 的加入, 是为了部分取代镍, 以降低成本 。
? 碳含量对性能的影响
不锈钢的 wc为 0.08%～ 1.0%,主加元素为 Cr,Cr— Ni，
辅加元素为 Ti,Nb,Mo,Cu,Mn,N。
碳的变化范围很大,一方面从耐蚀性的角度来看,碳
含量越低越好。因为碳会与铬形成碳化物 Cr23C6，沿晶界
析出，使晶界周围基体严重贫铬，造成沿晶界发展的晶间
腐蚀。大多数的不锈钢的 wc为 0.1%～ 0.2%。 另一方面从力
学性能的角度来看,碳含量越高，钢的强度、硬度、耐磨
性会相应地提高。同时要相应提高铬含量，以保证形成碳
化物后基体含铬量仍 Wcr＞ 12%。
? 铸 铁
铸 铁 是 含
碳量大于 2.11
％ （ 一般为 2.5
～ 4.0％ ） 的铁
碳合金, 同时
还含较多数量
的 Si,Mn,S、
P等元素 。
? 铸铁的石墨化过程
① 铸铁在冷却过程中即可以从液态中或奥氏体中直
接析出 Fe3C； Fe3C在一定条件下也可以分解出石墨, 即
Fe3C → 3Fe + G（ 石墨 ） 。 ② 可以直接析出石墨 。
铸铁组织中石墨的形成过程称为 石墨化过程 。 可分为
两个阶段,第一阶段, 从过共晶的铁液中直接析出的初生
（ 一次 ） 石墨, 在共晶转变过程中形成的共晶石墨及奥氏
体冷却析出的二次石墨； 第二阶段, 共析转变过程中形成
的共析石墨 。
石墨化过程是一个原子扩散过程 。 第一阶段的石墨
化温度较高, 原子容易扩散, 进行得完全；第二阶段石
墨化温度较低, 扩散困难, 进行不充分, 只能部分进行 。
冷却速度增大, 第二阶段的石墨化便完全不能进行 。
① 第二阶段石墨化进行充分时,铁素体 +石墨 ；
② 第二阶段石墨化部分进行时, （ 铁素体 +珠光体 ）
基体 +石墨 ；
③ 第二阶段石墨化不能进行时,珠光体 +石墨 。
当冷速过快, 两个阶段的石墨化均被抑制, 会得到 白
口铸铁 。 若第一阶段石墨化部分进行, 得到 麻口铸铁 。
? 影响铸铁石墨化的因素
冷却速度的影响：
在化学成分相同的情况下，缓慢冷却有利于石墨化的
充分进行，易得到 灰口铸铁 ；冷却速度加快，不利于石墨
化，甚至使石墨化来不及进行，得到 白口铸铁 。
化学成分的影响：
碳和硅对铸铁的石墨化有决定性作用 。含碳量越多越
易形成石墨晶核，而硅促进石墨成核。
综合考虑碳和硅对铸铁的影响，将硅量折合成相当的
碳量，把实际的含碳量与折合成的碳量之和称为 碳当量 。
根据碳当量不同确定其组织。
? 铸铁的性能特点
铸铁的力学性能如抗拉强度, 塑性, 韧性等均低于
钢, 但硬度和抗压性能与钢接近 。 另外, 石墨的存在使
铸铁具有以下特殊性能：
1,优良的铸造性；
2,良好的切削加工性；
3,优良的耐磨性与减震性；
4,生产成本低廉 。
铸铁的性能取决于铸铁的成分和组织, 即取决于铸
铁中基体组织和石墨的数量, 形态, 大小以及分布 。
? 铸铁的分类
白口铸铁
碳以 Fe3C的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，组织
硬而脆，难以切削加工。很少直接用来制造机械零件，可
利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件（如轧辊等）。
灰口铸铁
碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在，断口
呈暗灰色，生产工艺简单，价格低廉，应用广泛。
1） 普通灰口铸铁
石墨以 片状 存在，主要用于制造车辆气缸、摩擦片，
以及机床的床身、底座等。
2） 可锻铸铁 （ 俗称马钢 ）
将白口铸铁坯件经高温、常时间的石墨化退火后，使
渗碳体在固体下分解而获得具有 团絮状 石墨的组织。
可锻铸铁具有较高的强度、塑性和韧性，多用于制造
受震动、强度和韧性要求较高的小型零件。
3） 球磨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。
与片状石墨和团絮状石墨相比，圆球状石墨对基体的割裂
和应力集中作用最小，球墨铸铁是各种铸铁中力学性能最
好的一种。
生产球墨铸铁要进行 脱硫处理, 球化处理 （浇注前必
须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂）和 孕
育处理 （球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理）。
? 铸铁的牌号
普通灰口铸铁, HT(灰铁 ） +数字 （ 最低抗拉强度 ）
HT100表示最低抗拉强度为 100MP的普通灰口铸铁。
可锻铸铁, KT(可锻 ） +数字 （同上） －数字 （延伸率百分数）
KT300-06表示最低抗拉强度为 300MP，延伸率为 6％的
可锻铸铁。
球墨铸铁, QT(球铁 ） +数字 （ 同上 ） －数字 （同上）
QT450-05表示最低抗拉强度为 450MP，延伸率为 5％的球
磨铸铁。
第二节 有色合金
铝, 镁, 钛, 铍等轻金属 具有相对密度小, 比强度
高等特点, 广泛用于航空航天, 汽车, 船舶和军事领域；
银, 铜, 金 （ 包括铝 ） 等贵金属 具有优良导电导热和耐
蚀性, 是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料； 镍, 钨,
钼, 钽及其合金 是制造高温零件和电真空元器件的优良
材料；还有专用于原子能工业的 铀, 镭, 铍 ；用于石油
化工领域的 钛, 铜, 镍 等 。
? 铝及铝合金
1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量 8.2%）；
2、密度低（ 2.63～ 2.85g/cm3）,比强度高；
3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于 Ag,Cu,Au而
位居第四位，约为纯铜导电率的 60％）；
4、耐蚀性好（ Al2O3膜的存在，只有在卤素离子及碱离子
的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）；
5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。
? 铝合金概述
? 工业纯铝
物理性能,银白色光泽，密度小（ 2.7g/cm3），熔点低
（ 660℃ ），为非磁性材料。
原子结构,固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转
变。因此铝具有良好的塑性和韧性，在 0～ 253℃ 之间塑性
韧性不降低。
分类,纯铝按其纯度分为高纯，工业高纯和工业纯铝，纯
度依次降低。
应用,工业纯铝主要用作制备铝基合金；高纯铝用于科学
试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还用于制作电
线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。
? 铝合金分类
? 变形铝合金
变形铝合金 是指合金元素含量较低，可以通过压力加
工制成各种型材及成形零件的一类铝合金。
防锈铝合金, LF(铝防 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
如 LF5是 Mg含量为（ 4.8～ 5.5％）的防锈铝合金。这
类合金主要有 Al-Mg和 Al-Mn系等，塑性好、耐腐蚀，可冷
变形强化，多用于制造受力小、质轻、耐腐蚀的冲压件和
焊接结构件等。
硬铝合金, LY(铝硬 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg系合金，可通过淬火时效来
显著提高强度，硬度和耐热性能都有所改善，但耐蚀性较
差，多用于制造中等强度的飞机结构件等。
超硬铝合金, LC(铝超 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg-Zn系合金，淬火时效后强
化效果优于硬铝合金，但耐蚀性同样较差，多用于制造质
轻、受力较大的结构件等。
锻铝合金, LD(锻铝 ） +顺序号 （ 化学成分 ）
这类合金主要有 Al-Cu-Mg-Si系合金，淬火时效后机
械性能与硬铝相近，热塑性和耐蚀性较高，适于锻压成形
。多用于制造形状复杂、比强度要求高的受力结构件。
? 铸造铝合金
合金含量较高，适于铸造成形。
牌号,ZL(铸铝 ） + 三位数字
说明：第一位数字表示合金系列；
第二、三位数字表示合金序号（化学成分）。
铸 造
铝合金
铝锌系
合 金
铝镁系
合 金
铝铜系
合 金
铝硅系
合 金
铸造、机械
性能良好
高温强度高（耐
热），易腐蚀
强度、塑性高
，耐腐蚀，铸
造时易氧化
强度高，易
腐蚀，价格
低
? 铜及铜合金
? 纯铜（紫铜）
物理性能,紫红色光泽，密度 8.9g/cm3，熔点 1083℃,
fcc结构，导电、导热性能良好，塑性好，耐蚀，强度低。
应用,工业上利用铜制造电线、导电零件、油管等；同
时，还利用纯铜（逆磁性材料）不受磁场干扰的特性制备
磁性仪器和其他防磁器械等。
纯铜通过合金化处理可以改善其机械性能，铜合金按
其色泽的不同可分为 黄铜 和 青铜 两大类。
? 黄铜
黄铜 以锌为主加元素，其外观呈金黄色光泽。我国应
用黄铜在 宋代 有明确记载。
普通黄铜, H(黄 ） +数字 （ 铜的百分含量 ）
属于 Cu-Zn二元合金，锌在铜中的溶解度较大，但锌
含量超过 39％，会出现硬脆第二相 β ′ 。
低锌黄铜 H95,H90,H85有良好的导电性、导热性和
耐蚀性，有适宜的强度和良好的塑性，大量用于冷凝器和
散热器。 三七黄铜 H70,H68强度较高、塑性很好，用于深
冲零件，如散热器外壳、弹壳等。 四六黄铜 H62,H59可高
温热加工，强度高，塑性较好，可制造导管、销钉等。
特殊黄铜, H(黄 ） +主加元素符号（ 锌除外 ） +数字（ 铜含
量 ） -数字（ 主加元素含量，其余为锌含量 ）
又称 多元黄铜,在 Cu-Zn二元合金的基础上，加入 Sn
,Si,Pb,Fe等合金元素，改善和提高其性能。
铝黄铜 利用铝的固溶强化，提高合金强度和硬度，同
时氧化铝膜可防腐蚀,HAl77-2可制造海轮等,HAl85-0.5
色泽金黄，耐蚀，可作为金的代用品。 铜锌铝合金 具有 形
状记忆功能,相变温度范围宽（ ± 100℃ ），可制造安全
阀，控温装置，断路器等。 锡黄铜 可提高耐蚀性，抑制脱
锌，并提高强度,HSn70-1称为（ 海军黄铜 ）。
? 青铜
除了以锌或镍为主加元素的铜合金外，其余铜合金外
观多为棕绿色，通称为 青铜 。
表示方法, Q(青） + 主加元素符号 + 数字 （ 主加元素含量 ）
－ 数字 （ 其他合金元素平均含量 ）
普通青铜,
普通青铜以锡为主加元素，又称 锡青铜 。它是人类历
史上应用最早的合金，具有良好的耐蚀性、减磨性、抗磁
性和低温韧性，但耐酸性差。
锡青铜铸件凝固时，含锡高的低熔点液相从中部向表
面渗出，严重时表面出现灰白色斑点的, 锡汗, 。
特殊青铜,
特殊青铜 是不含锡的青铜合金。
铝青铜 有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用最
为广泛。 铍青铜 有较高的弹性极限和疲劳强度，无磁，冲
击无火化；强毒，限制生产。
另外，还有 硅青铜, 铅青铜 等。
? 镁及镁合金
? 纯镁
物理性能,银白色光泽，密度 1.74g/cm3，熔点 651℃,
hcp结构，力学性能差，耐蚀性差。
应用,纯镁在冶金工艺中脱氧剂、脱硫剂和配置镁合金，
还用作制造照明弹和烟火的原料。
纯镁通过合金化处理可以改善其机械性能，镁合金可
分为变形 镁合金 和 铸造镁合金 两大类。
变形镁合金, MB（ 镁变 ） ＋顺序号 （ 化学成分 ）
铸造镁合金, ZM（ 铸镁 ） ＋顺序号 （ 化学成分 ）
如 MB2表示,Al,3.0～ 4.0％, Zn,0.2～ 0.8％,
Mn,0.15～ 0.35％, 余量为 Mg。
? 镁合金
镁合金特性及应用,
1、密度小，比强度、比刚度高；
2、良好的抗冲击能力；
3、易切削加工、抛光，易于铸造和热加工。
4、应用（ 教材 P91）
? 钛及钛合金
? 纯钛
纯钛加入铝、铬、钼、锡、锰、钒、铁、锆、铜和硅
等，可以改善其机械性能。合金化的主要目的是改变 α 和
β 的同素异构转变温度，提高 α 相或 β 相的稳定性，形成
稳定的固溶体或与钛形成合金，提高强度。
物理性能,银白色光泽，密度 4.507g/cm3，熔点 1677℃,
α -Ti（ hcp） 882.5℃ β -Ti（ bcc）。
应用,制造化工设备，船舶用零件和化工用热交换器等。
? 钛合金
钛合金特点,
1、比强度、热强度高（工作温度 550℃ 以上）；
2、较好的低温韧性；
3、抗腐蚀性能好。
4、主要缺点是不易切削和塑性加工。
钛及钛合金已有近 60年的历史, 由于它具有高的比
强度和耐蚀性, 是世界各国大力发展的宇航轻金属材料 。
? 高温合金
高温合金 是以高熔点金属 Ni（ 1450℃ ）,Co（ 1480℃ ）,
Mo（ 2620℃ ）等为基体，加入一定量的其他元素构成的在
高温下使用的金属材料。
? 分类
1、按基体类型：分为 铁基, 镍基, 钴基 高温合金；
2、按强化方式：分为 固溶强化型 和 时效强化型 合金；
3、按成形方式,变形高温合金 和 铸造高温合金 。
? 高温合金的特点
1、具有高的热稳定性；
2、具有高的热强性；
3、比强度高和弹性模量高，热膨胀系数小，导热性好；
4、具有良好的加工工艺性能。
