铁、铬、锰称为黑色金属,铁、铬、锰以外的其他金属称为有色金属。一般情况下,黑色金属材料是指钢铁材料,有色金属材料是指非铁金属材料。产品的图样上标有材料的牌号,作为产品的制造者要识别牌号,知道牌号中数字的含义。
(1)钢的各种牌号及用途
1)碳素结构钢。碳素结构钢常见的牌号为Q235AF,表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。具体含义如下:
Q——屈服点代号;
235——屈服强度值为235MPa;
A——质量等级是A级(共有A、B、C、D四级,从A到D依次提高);
F——沸腾钢(脱氧方法有F、b、Z、TZ,依次是沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢)。
碳素结构钢用于制造一般结构,如制造工件装配时所需的调整垫板,就采用材料Q235B,用立铣床装夹加工而成,工件的加工图样如图1-125所示,铣削的加工过程如图1-126所示。
图1-125 垫板的加工图样(材料Q235B)
图1-126 垫板装夹在铣床上铣槽
图1-127 钢板上的材料牌号和尺寸规格标记
2)优质碳素结构钢
①10F表示平均碳的质量分数为0.10%的优质碳素结构钢中的沸腾钢。结构钢的钢号用两位数字表示,是该钢平均碳的质量分数的万分数。钢板上有材料牌号和尺寸规格的标记,看懂这些牌号和标记是一个技术工人应具备的常识,如图1-127所示。
材料的牌号和规格都标在钢板上,这是钢板的出厂商标。
规格10×2200×8600表示:钢板的厚度为10mm,宽度为2200mm,长度为8600mm。
材料09MnTiDR表示:结构钢,钢中碳的质量分数为0.09%;合金元素锰(Mn)、钛(Ti)的质量分数<1.5%;D是汉语拼音“低”的拼音字头,表示低温钢板;R是汉语拼音“容”的拼音字头,表示容器钢板。表明该材料制造的压力容器可以在低温状态下使用,即可以在严寒环境下工作。
②08~25钢是低碳钢,用于制造压力容器、小轴和销子;30~55钢是中碳钢,其原材料如图1-128所示,用于制造曲轴、连杆和齿轮,如图1-129所示。60钢以上的牌号是高碳钢,用于制造弹簧和板簧。
图1-128 中碳钢的锻件原材料
图1-129 中碳钢加工后的工件
3)碳素工具钢。T7~T13为常见的碳素工具钢的牌号,其碳的质量分数为0.7%~1.3%,均为高碳钢。
T12A表示碳的平均质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢,用于制造锯条、锉刀等。
4)合金工具钢。合金工具钢主要是在碳素工具钢的基础上添加了合金元素。
牌号中用一位数字表示碳的平均质量分数的千分数,当碳的质量分数≥1.0%,则不予标出(避免与结构钢的钢号混淆),例如9SiCr表示碳的平均质量分数为0.9%的合金工具钢(Si、Cr未标数值,说明各元素的质量分数均小于1.5%)。Cr12MoV表示碳的平均质量分数≥1.0%,Cr的质量分数为12%,Mo、V的质量分数均小于1.5%。
5)特殊性能钢。特殊性能钢与合金工具钢的表示方法相同。
20Cr13表示平均碳的质量分数为0.2%,平均Cr的质量分数为13%的不锈钢;06Cr19Ni10表示平均碳的质量分数为0.03%~0.1%;008Cr30Mo2表示平均碳的质量分数<0.03%,与化学介质接触的材料,如换热器的内部管道聚合釜的搅拌轴、搅拌浆叶片等,都要采用不锈钢材质制造,如图1-130、图1-131、图1-132所示。
6)高速钢。高速钢常见的牌号为W18Cr4V,用于制造车刀及钻头,其热处理的方法是淬火+三次回火。
7)滚动轴承钢。牌号为GCr15的滚动轴承钢,用于制作精密量具,牌号为GCr15SiMn的滚动轴承钢用于制作大型轴承。滚动轴承钢有高硬度、高耐磨性、高的疲劳强度、足够的韧性和耐蚀性,它可以用于制造轴承的内外圈和滚动体,如图1-133所示。还可以用来制造刀具、模具和量具。
8)耐磨钢。常用的耐磨钢的牌号为ZGMn13,用于坦克履带、防弹钢板的制造。
图1-130 换热器的内部管道(20Cr13)
图1-131 聚合釜的搅拌轴
图1-132 采用30Cr13材质加工的搅拌浆叶片(www.zuozong.com)
图1-133 用GCr15SiMn制造的轴承
9)调质钢。调质钢是中碳钢及合金结构钢,它可以进行淬火+高温回火的热处理。制造重要的结构零件,如用材料35CrMnA车削的工程螺栓,如图1-134所示。
(2)铸铁的各种牌号及用途
1)灰铸铁。常见的牌号为HT200,用于制造汽车发动机的缸体(见图1-135)及缸套、齿轮箱、机床的床身(HT表示灰铸铁,200表示最小抗拉强度为200MPa)。
图1-134 用材料35CrMnA车削的工程螺栓
图1-135 6缸发动机灰铸铁缸体
2)球墨铸铁。常见的牌号为QT700-2,常用来制造汽车发动机里的曲轴、凸轮轴、各种管道的阀门(QT表示球墨铸铁,700表示最小抗拉强度为700MPa,2表示断后伸长率为2%),如图1-136所示。
3)蠕墨铸铁。常见的牌号为RuT420,常用于制造汽车使用的制动盘、飞轮(RuT表示蠕铁,420表示最小抗拉强度为420MPa),如图1-137所示。
图1-136 铸铁阀门
图1-137 曲轴后部铸铁飞轮
4)可锻铸铁。常见的可锻铸铁牌号为KTB350-04,用于制造弯头、三通管件(KT表示可锻铸铁,B表示白心,350表示最小抗拉强度为350MPa,04表示断后伸长率)。
5)合金铸铁。合金铸铁是在普通铸铁的基础上添加一些合金元素,使其耐磨、耐热、耐腐蚀。
(3)有色金属的各种牌号
1)铜及铜合金的种类及牌号。在金属材料中,铜及铜合金的应用范围仅次于钢铁。铜及铜合金一般可分为纯铜、黄铜、青铜、白铜。硬度低,装配时常用铜锤(见图1-138)对工件进行敲击及矫正。
图1-138 铜锤
①纯铜常见的牌号有T1、T2、T3,随着牌号的增大则纯度下降。
②黄铜一般可分为普通黄铜(铜+锌)和特殊黄铜(铜+锌+其他元素),特殊黄铜又分为铝黄铜、锰黄铜和铅黄铜等。普通黄铜常见的牌号有H70[w(Zn)=30%,用来制造弹壳,又称弹壳黄铜],特殊黄铜常见的牌号有HAl59、HMn58、HPb59等。
③青铜一般分为锡青铜和特殊青铜,特殊青铜又称为无锡青铜,包括铝青铜、铍青铜、硅青铜等。锡青铜常见的牌号有QSn4-3,特殊青铜常见的牌号有QAl7、QBe2、QSi3-1等。
④白铜一般分为普通白铜和特殊白铜,特殊白铜又分为锰白铜、锌白铜等。普通白铜常见的牌号为B5,特殊白铜常见的牌号为BMn3-12、BZn15-20。
以上的铜和铜合金都可以进行压力加工,此外还有铸造铜合金,常见的牌号有ZCuZn38。
2)铸造轴承合金的牌号及种类。铸造轴承合金牌号的标记:Z(铸造)+基体+主加元素+辅助元素,其后的数字为该元素的质量分数(%),锡基和铅基轴承合金统称巴氏合金。下面的四种轴承合金都可以用来制作滑动轴承(即通常所说的汽车曲轴、连杆上的轴瓦)。
①锡基轴承合金:常见的牌号有ZSnSb12Pb10Cu4。
②铅基轴承合金:常见的牌号有ZPbSb16Sn16Cu2。
③铝基轴承合金:常见的牌号有ZAlSn6Cu1Ni1。
④铜基轴承合金:常见的牌号有ZCuPb30。
3)粉末冶金。粉末冶金是指金属与金属或金属与非金属在压形后烧结,获得材料或零件的方法。工艺过程是用球磨机粉碎金属并混合,然后压制成形去烧结,最后进行热处理及切削加工。
粉末冶金主要用于制造刀具、耐磨件、模具和耐热件。
常见的用粉末冶金方法制造的硬质合金有如下三种:
①钨钴类硬质合金:常见的牌号有K20,用于加工铸铁及有色金属,w(Co)=8%。
②钨钴钛类硬质合金:常见的牌号有P10,用于加工碳素钢和合金钢,w(TiC)=15%。
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