下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
常用的金属材料主要有非合金钢、合金钢、铸铁、非铁金属材料等，它们是机械工业中使用最多的材料。
非合金钢是指碳的质量分数 w C <2.11%，并含有少量Si、Mn、S、P等杂质元素的铁碳合金，在实施新的钢分类标准以前称为碳素钢，在工业上使用最广泛。
非合金钢分类方法主要有以下三种：
1）根据碳的质量分数分类，分为低碳钢（ w C <0.25%）、中碳钢（0.25%≤ w C ≤0.60%）和高碳钢（ w C >0.60%）。
微课：非合金钢的种类及用途
2）根据钢的质量等级分类，分为普通质量非合金钢（ w S ≤0.045%， w P ≤0.045%）、优质非合金钢（ w S ≤0.035%， w P ≤0.035%）和特殊质量（高级优质）非合金钢（ w S ≤0.020%， w P ≤0.030%）。
3）根据钢的用途分类，分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢。
此外，按冶炼时钢液的脱氧程度不同，又分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢（脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间）。
（1）碳素结构钢
1）普通碳素结构钢。普通碳素结构钢的牌号用“Q+数字+质量级别+脱氧方法符号”表示。其中，“Q”为钢材屈服强度中“屈”字的汉语拼音字首；“数字”表示其最小屈服强度值；“质量级别”用A、B、C、D表示，其中A级质量等级最低，D级质量等级最高；脱氧方法符号分别用F、Z、TZ表示沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢，通常镇静钢和特殊镇静钢的符号（Z和TZ）可以省略。例如，牌号Q235AF表示屈服强度≥235MPa的A级沸腾钢。普通碳素结构钢的牌号、性能及主要用途见表1-2。
表1-2 普通碳素结构钢的牌号、性能及主要用途（摘自GB/T 700―2006《碳素结构钢》）
2）优质碳素结构钢。优质碳素结构钢的牌号一般用两位数字表示，这两位数字表示钢中碳的平均质量分数为万分之几。例如，45钢表示碳的平均质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰的质量分数较高（0.7%≤ w Mn ≤1.2%）时，则在牌号后面加上锰的化学元素符号（Mn），例如65Mn。优质碳素结构钢的牌号、性能及主要用途见表1-3。
表1-3 优质碳素结构钢的牌号、性能及主要用途
（2）碳素工具钢 碳素工具钢中碳的质量分数在0.65%～1.35%之间，全都属于优质或高级优质碳素钢，这类钢具有高硬度和高耐磨性，主要用于制造刀具、量具和模具。
碳素工具钢牌号用“T+数字”表示。其中，“T”为碳素工具钢中“碳”的汉语拼音字首；“数字”表示钢中碳的平均质量分数为千分之几。高级优质碳素工具钢是在数字后面加“A”。例如，T8表示碳的平均质量分数为0.8%的优质碳素工具钢，T8A表示碳的平均质量分数为0.8%的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的牌号、性能及主要用途见表1-4。
表1-4 碳素工具钢的牌号、性能及主要用途
（3）铸造碳钢 铸造碳钢简称“铸钢”，其牌号用“ZG+两组数字”表示。其中，“ZG”为“铸钢”两字的汉语拼音字首；“两组数字”中，第一组数字表示其最低屈服强度数值，第二组数字表示其最低抗拉强度值。例如，ZG230-450表示最低屈服强度为230MPa、最低抗拉强度为450MPa的铸造碳钢。
一般工程用铸造碳钢中碳的质量分数在0.15%～0.60%之间，铸造碳钢主要用于制作强度和韧性要求较高、形状复杂、难以用压力加工方法成形的铸钢件。常用的铸钢有ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等。
在非合金钢中有目的地加入一定量合金元素所得到的钢称为合金钢。在合金钢中，通常加入的合金元素有：锰（ w Mn >0.8%）、硅（ w Si >0.4%）、铬、钨、镍、钼、钒、铝、铜、钛、铌及稀土元素等。这些元素在合金钢中可以提高钢的力学性能及钢的淬透性，改善钢的工艺性能或得到某种特殊的物理、化学性能，因而可以大大扩展其应用范围。合金钢按用途可分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。
微课：合金钢的种类及应用
它是在低碳钢（ w C <0.2%）的基础上加入少量（≤5%）合金元素制成的钢，其牌号也用“Q+数字”表示。牌号含义与普通碳素结构钢相同，例如，Q345表示最低屈服强度值为345MPa的低合金高强度结构钢。若牌号后面有字母A、B、C、D、E，也是表示质量等级，例如，Q355C表示最低屈服强度为355MPa的C级低合金高强度结构钢。
低合金钢通常在热轧退火（或正火）状态下使用，其强度比普通低碳钢高10%～20%，所以称为低合金高强度结构钢。这类钢具有较好的塑性、韧性，以及良好的焊接性和耐蚀性，广泛用于桥梁、车辆、船舶、建筑、容器等方面，可减轻结构件自身重量，保证使用的可靠性和耐久性。常用低合金高强度结构钢的牌号、性能及主要用途见表1-5。
表1-5 常用低合金高强度结构钢的牌号、性能及主要用途
合金结构钢主要包括合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。
（1）合金渗碳钢 合金渗碳钢是在低碳钢的基础上加入铬、锰、镍、钛、钒等合金元素制成的钢，其牌号用“两位数字+合金元素符号+数字”表示。其中，前面“两位数字”表示钢中碳的平均质量分数为万分之几；“元素符号”表示钢中所含的合金元素；元素符号后面的“数字”表示其平均含量的百分数，并规定合金元素的平均含量<1.5%时，则只标出元素符号，不标数字；当合金元素的平均质量分数为1.5%～2.5%、2.5%～3.5%等时，在元素后面相应标出2、3等。例如，20Mn2表示碳的平均质量分数为0.20%，平均锰的质量分数为2%的合金渗碳钢。如果是高级优质合金结构钢，则在牌号的末尾加符号“A”，例如18Cr2Ni4WA。
合金渗碳钢通常经渗碳、淬火及低温回火后使用，主要用于表面要求高硬度、高强度、高耐磨，心部具有较高的韧性，且能承受冲击载荷的零件（如变速齿轮、齿轮轴、活塞销等）。常用合金渗碳钢有20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4W等。
（2）合金调质钢 合金调质钢通常是指经调质处理后使用的中碳合金钢，其碳的质量分数为0.25%～0.50%，合金调质钢牌号的表示方法与合金渗碳钢相同，也用“两位数字+合金元素符号+数字”表示。
合金调质钢主要用于要求高硬度、良好塑性与韧性相配合的重要零件，如主轴、曲轴、连杆、重要螺栓、重要齿轮等。如果有些零件还要求工作表面有较高的硬度和耐磨性时，经调质处理后，可再进行感应淬火加低温回火。常用合金调质钢的牌号有40Cr、40MnVB、38CrMoAl、30CrMnSi等。
（3）合金弹簧钢 用于制造各种弹簧或弹性零件的合金钢称为合金弹簧钢，其碳的质量分数一般为0.45%～0.70%。合金弹簧钢牌号的表示方法与合金渗碳钢相同，也用“两位数字+合金元素符号+数字”表示。
应用最广泛的合金弹簧钢是硅锰类合金弹簧钢（硅锰弹簧钢），如55Si2Mn、60Si2Mn，它们广泛用于制造汽车、拖拉机、机车车辆的螺旋弹簧、板簧及其他高应力下工作的重要弹簧。
（4）滚动轴承钢 滚动轴承钢主要用于制造滚动轴承中的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）和套圈，其碳的质量分数一般为0.95%～1.15%，以便淬火后得到高碳马氏体，从而使滚动轴承钢具有高硬度和高强度。
滚动轴承钢牌号用“G+Cr+数字”表示。其中，“G”是汉字“滚”拼音首字母；“Cr”是合金元素铬的化学符号；“数字”表示钢中铬的平均质量分数为千分之几。例如，GCr15表示铬的平均质量分数为1.5%的滚动轴承钢。
滚动轴承钢中元素铬的质量分数一般为0.40%～1.65%，其作用是提高钢的淬透性，并形成弥散分布的碳化物，从而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。大型轴承还加入元素锰、硅等，以进一步提高钢的淬透性。
我国目前应用最广泛的滚动轴承钢是GCr15（主要用于制造中、小型轴承）和GCr15SiMn（主要用于制造较大型轴承）。滚动轴承钢还可用于制造高耐磨性和较高疲劳强度的零件，如磨床主轴、冷冲模、丝杠、精密量具、丝锥、板牙等。
合金工具钢按用途分为合金刃具钢、合金量具钢和合金模具钢，合金模具钢又分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢。这类钢是在碳素工具钢的基础上加入适量合金元素制成，因此比碳素工具钢具有更高的硬度、耐磨性和韧性，特别是具有更好的淬透性、淬硬性、热硬性和回火稳定性等，可用于制造截面大、形状复杂、性能要求高的工具。
合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，只是碳含量的表示方法不同。当 w C ≥1%时，其碳含量不标出；当 w C <1%，则用一位数字表示钢中平均碳含量为千分之几。例如，Cr12MoV表示 w C ≥1%， w Cr =12%， w Mo 、 w V <1.5%的合金工具钢（铬钼钒钢）；9SiCr表示 w C =0.9%， w Si 、 w Cr <1.5%的合金工具钢（硅铬钢）。
合金工具钢都是高级优质钢，所以合金工具钢牌号后面不再标出符号“A”。
（1）合金刃具钢 刃具工作时与工件摩擦剧烈并产生大量切削热，因此合金刃具钢要求高硬度、高耐磨，并应有良好的热硬性、足够的强度和韧性。合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢两种。
1）低合金刃具钢。这类钢的最高工作温度不超过300℃，主要用于制造形状复杂的低速切削工具，如丝锥、板牙、铰刀等，也常用于制造冲模、量规等。常用的牌号有9SiCr、CrWMn、9Mn2V等。
2）高速钢。这类钢加入大量的W、Mo、Cr等元素，经高温淬火和回火后，具有很高的硬度、耐磨性和热硬性，工作温度可达600℃，主要用于制造各种高速切削刀具，如铣刀、车刀、钻头、齿轮刀具等。常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
（2）合金量具钢 由于量具在使用中经常与被测零件接触和碰撞，容易磨损，因此要求量具工作部分具有高硬度（62～65HRC）、高耐磨性、高尺寸稳定性，以及足够的韧性。
常用的量具用钢有碳素工具钢和合金钢。碳素工具钢（如T8A、T10A等）价格低，经淬火和低温回火后能获得高硬度和高耐磨性，但长时间使用和存放会产生尺寸改变，所以只适于制作尺寸较小、形状简单、精度要求不高的量具，如量规、卡规等。9SiCr、CrWMn、GCr15等则常用于制作精度高、形状复杂的精密量具，如量块、塞规等。合金钢经渗碳淬火处理后也可以制作精度要求不高、耐冲击的量具。
此外，不锈钢、冷作模具钢也常用于制作量具。
（3）冷作模具钢。冷作模具钢是用于制造冲模、冷挤压模和拔模等冷态金属成型的模具用钢。这类钢经淬火、回火后使用，具有高硬度、高耐磨性，以及足够的强度和韧性，且淬透性好，淬火变形小。常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能及用途见表1-6。
表1-6 常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能及用途
由于冷作模具钢的性能要求与合金刃具钢基本相近，因此尺寸较小或形状不太复杂的模具可用低合金刃具钢制造，如9SiCr等。此外，高速钢也可用于制造冲模、冷挤压模等。
（4）热作模具钢 热作模具钢是用于制造热锻模、热挤压模和压铸模等使热态金属或合金在压力下成形的模具用钢。热作模具型腔的工作温度可达600℃以上，工作中除承受大的冲击载荷外，还受到很大的压应力、拉应力、弯曲应力，以及炽热金属在模腔中流动所产生的强烈摩擦力。因此要求热作模具钢在高温下能保持足够的硬度、强度、韧性和耐磨性，同时还应具有高的抗氧化性和抗热疲劳能力。
热作模具钢中碳的质量分数一般为0.3%～0.6%，属中碳合金钢。常用的热锻模具钢的牌号有5CrMnMo和5CrNiMo，后者淬透性比前者好，其他性能相似。5CrMnMo适于制造中、小型热锻模，5CrNiMo适于制造大、中型热锻模。常用的压铸模具钢的牌号有3CrW8V、4CrW2Si等。
（5）塑料模具钢 塑料模具钢是指用于制造塑料模具的钢种，其工作温度通常不超过200℃。按塑料制品的成型方法可将塑料成型模具分为压塑模具、挤塑模具、注射模具、吹塑模具等。工作时，模具持续受热、受压，并受到一定程度的摩擦和有害气体的腐蚀，因此要求塑料模具钢在200℃时具有足够的强度和韧性，较高的耐磨性和耐蚀性，良好的加工性、抛光性、焊接性及热处理工艺性能。
一般的中、小型且形状不复杂的塑料模具，可用T7、T8、12CrMo、CrWMn、20Cr、40Cr、Cr12等钢制造，但这些钢难以全面具备上述要求，因此发展了塑料模具钢系列，常用的塑料模具钢有3Cr2Mo，3Cr2MnNiMo。
特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能，并兼有一定力学性能的合金钢，包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。
（1）不锈钢 不锈钢是指能抵抗大气、酸、碱或其他介质腐蚀的合金钢。不锈钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，即用“数字+合金元素符号+数字”表示。其中，前面的“数字”表示钢中碳的平均质量分数为万分之几，如12Cr18Ni9、06Cr19Ni10,分别表示其碳的平均质量分数相应为0.12%、0.06%。合金元素符号及后面的数字含义与其他合金钢相同，如30Cr13表示碳的平均质量分数为0.30%，铬的平均质量分数为13%的不锈钢。
不锈钢按其金相显微组织的不同分为铁素体型、马氏体型和奥氏体型三种。
①铁素体型不锈钢。如10Cr17、10Cr17Mo等，主要用做化工设备中的容器、管道等。
②马氏体型不锈钢。主要牌号有12Cr13、20Cr13（碳含量较低），主要用于力学性能要求较高、抗蚀性要求较低的构件，如汽轮机叶片及医疗器械等；30Cr13、40Cr13（碳含量较高），主要用于要求硬且耐磨的医用手术工具、量具、不锈钢轴承及弹簧等。
③奥氏体型不锈钢。主要牌号有06Cr19Ni10、12Cr18Ni9、06Cr17Ni12Mo2等，主要用于制作耐蚀性要求高及冷变形成形后需要焊接的轻载零件，如化工设备里面的零件及管道等，也可在仪表、发电等行业中用于制作无磁性的耐蚀零件。这类钢主要是通过冷变形加工来提高其强度，而不能采用热处理强化。
常用不锈钢的牌号及用途见表1-7。
表1-7 常用不锈钢的牌号及用途
（2）耐热钢 具有良好耐热性的钢称为耐热钢。常用耐热钢的牌号有15CrMo和12CrMoV，主要用于300～500℃条件下工作的锅炉、石油热裂装置、气阀等零件；4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo，常用于制造受高温废气腐蚀及承受冲击、磨损的排气阀等零件（又称阀门钢）；12Cr18Ni9和22Cr12NiWMoV，因其含有较多铬、镍元素，是一种广泛应用的热强钢，通常用于锅炉、汽轮机、内燃机和热处理炉中的某些零件。
（3）耐磨钢 耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，最常见的是高锰钢。它在强烈冲击载荷作用下能发生硬化，其碳的质量分数为1.0%～1.3%，锰的质量分数为11%～14%。
高锰钢加热到1000～1100℃，水淬后可获得单相奥氏体组织，此时的硬度并不高（180～220HBW），当它在很大压力作用下产生强烈摩擦或冲击时，工件表层的奥氏体将迅速发生塑性变形而产生加工硬化，并出现马氏体转变，从而使表层硬度显著提高（550HBW以上），耐磨性增强。当表面硬化层磨掉后，新露出的表面又将发生上述转变，使其具有高耐磨性。
高锰钢的压力加工和切削加工都很困难，一般都是直接铸成零件，经淬火后使用。高锰钢主要用在强烈摩擦与撞击条件下工作的零件，如制作坦克及拖拉机的履带、挖掘机铲齿、推土机挡板、铁路道岔及破碎机上的颚板等，其牌号按GB/T 5680—2010《奥氏体锰钢铸件》规定，常用牌号有ZG100Mn13、ZG120Mn13等。
铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，并含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质元素。铸铁中碳主要以石墨的形式存在，石墨化程度不同，所得铸铁类型、组织、性能也不同。
铸铁的力学性能比钢差，但接近共晶成分的铸铁熔点低、流动性好，所以具有优良的铸造性能，有良好的减磨性、消振性和切削加工性，并且生产工艺及设备简单，价格低廉，因此铸铁在工业中使用广泛。
（1）按照碳在铸铁中的存在形式不同分类
1）灰口铸铁。碳全部或大部分以石墨的形式存在，没有莱氏体组织，其断口呈暗灰色。工业上使用的铸铁大部分是这类铸铁。
2）白口铸铁。这类铸铁的石墨化过程全部被抑制，碳除微量溶于铁素体外，全部以Fe 3 C的形式存在，其断口呈银白色，硬而脆，难以切削加工，因此在工业中很少直接使用。白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。
3）麻口铸铁。这类铸铁的石墨化过程只得到部分实现，碳一部分以石墨的形式存在，另一部分以Fe 3 C的形式存在，其断口呈黑白相间麻点，硬而脆，难以切削加工，所以工业中很少用。
（2）按照铸铁中石墨形态的不同分类
1）灰铸铁。其石墨呈片状，力学性能较差，但生产工艺简单，价格低廉，铸造性能优良，在工业中应用广泛。
2）可锻铸铁。其石墨呈团絮状，力学性能比灰铸铁高，但生产周期长，成本较高，一般用于制造一些重要的小型铸件。
3）球墨铸铁。其石墨呈球状，力学性能最高，强度接近碳钢，生产工艺比可锻铸铁简单，可代替部分碳钢和合金钢制造某些重要零件。
4）蠕墨铸铁。其石墨呈蠕虫状，力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
（1）灰铸铁的组织和性能 灰铸铁的显微组织特征是：片状石墨分布在各种基体组织上。灰铸铁按基体组织的不同，分为铁素体灰铸铁、铁素体+珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁三种。
灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨，由于石墨的强度、塑性、韧性极低，在铸铁中相当于裂缝和孔洞，破坏了基体金属的连续性，同时片状石墨的尖端处造成应力集中，因此灰铸铁的力学性能明显低于钢，属于脆性材料，不宜锻造与冲压，焊接性能也较差。但灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，其抗压强度与钢接近，因此适宜做受压件，不宜做受拉件。由于石墨的存在，灰铸铁的铸造性、减摩性、减振性和切削加工性都优于非合金钢，且缺口的敏感性较低，因此在工业上应用广泛。
（2）灰铸铁的牌号、力学性能及用途 灰铸铁的牌号由“HT+数字”组成。其中，“HT”是汉字“灰铁”的拼音字首；“数字”表示抗拉强度值（MPa）。常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-8。
表1-8 常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 9439—2010）
从表1-8中可以看出，灰铸铁的强度与铸件壁厚有关，强度随壁厚增加而降低，这主要是由于壁厚增加使冷却速度降低，造成基体组织中铁素体增多，而珠光体减少的缘故。
（3）灰铸铁的热处理 由于热处理仅能改变灰铸铁的基体组织，不能改变石墨的形状和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大，因此灰铸铁的热处理主要用于消除铸件的内应力和改善其切削加工性能。常用的热处理方法有去应力退火（时效处理）、软化退火（石墨化退火）和表面淬火。
球墨铸铁是在铸铁液出炉前加入球化剂和孕育剂，使铸铁中的石墨全部或大部分呈球状分布的一种铸铁。
微课：铸铁的种类及用途
（1）球墨铸铁的组织与性能 球墨铸铁因化学成分、冷却速度和热处理方法不同，得到铁素体、铁素体+珠光体和珠光体等不同的基体组织。铁素体球墨铸铁的塑性、韧性好；珠光体球墨铸铁的抗拉强度、硬度高；铁素体+珠光体球墨铸铁的性能介于二者之间。承受静载荷的零件用球墨铸铁取代非合金钢是安全可靠的，目前球墨铸铁在工农业生产中的应用越来越广泛。
（2）球墨铸铁的牌号、力学性能及用途 球墨铸铁的牌号由“QT+数字-数字”组成。其中，“QT”是汉字“球铁”的拼音字首；后面的第一组“数字”表示其抗拉强度值（MPa）；第二组“数字”表示其断后伸长率数值。常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-9。
表1-9 常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 1348—2019）
（3）球墨铸铁的热处理 因球状石墨对基体的割裂作用小，所以球墨铸铁的力学性能主要取决于基体组织，因此通过热处理改变基体组织可显著改善球墨铸铁的力学性能。其热处理的方法与钢基本相同，主要有退火、正火、调质处理和等温淬火。
可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后得到的具有团絮状石墨的铸铁。
（1）可锻铸铁组织和性能 可锻铸铁根据退火后获得的基体组织不同，分为黑心可锻铸铁（又称为铁素体可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。
可锻铸铁中石墨为团絮状，与灰铸铁相比，可锻铸铁有较好的强度和塑性，特别是低温冲击性能较好；与球墨铸铁相比，具有成本低、质量稳定、铁液处理简便和利于组织生产的特点；可锻铸铁的耐磨性和减振性优于普通非合金钢，切削性能与灰铸铁接近，适于制作形状复杂的薄壁中小型零件和工作中有振动、韧性要求较高的零件。可锻铸铁因其较高的强度、塑性和冲击韧度而得名，但实际上并不能进行锻造。
（2）可锻铸铁的牌号、力学性能及用途 常用的两种可锻铸铁的牌号由“KTH+数字-数字”或“KTZ+数字-数字”组成。其中，“KT”是汉字“可铁”的拼音字首，用“KTH”表示“黑心可锻铸铁”，用“KTZ”表示“珠光体可锻铸铁”；符号后的第一组“数字”表示抗拉强度值（MPa）；第二组“数字”表示断后伸长率数值。常用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-10。
表1-10 常用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 9440—2010）
蠕墨铸铁是通过在铸铁液中加入适量的蠕化剂和孕育剂得到的，其生产方法与球墨铸铁基本相同。
（1）蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途 蠕墨铸铁中的石墨大部分呈蠕虫状，其组织介于相同基体组织的球墨铸铁和灰铸铁之间，其强度、韧性、疲劳强度、耐磨性及耐热疲劳性比灰铸铁高，断面敏感性也小，但塑性、韧性比球墨铸铁低。蠕墨铸铁的铸造性、减振性、导热性及切削加工性优于球墨铸铁，抗拉强度接近球墨铸铁。
蠕墨铸铁的牌号由“RuT+数字”组成。其中，“RuT”是汉字“蠕铁”的拼音字首；“数字”表示其抗拉强度值（MPa）。常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-11。
表1-11 常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 26655—2022）
（2）蠕墨铸铁的热处理 蠕墨铸铁的热处理主要是为了调整其基体组织，以满足不同的力学性能要求。常用的热处理工艺有正火和退火，正火的目的是为了增加珠光体量，提高强度和耐磨性；退火的目的是为了获得85%以上的铁素体基体或消除薄壁处的自由渗碳体。
非铁金属材料是指除钢、铸铁外的其他金属的总称。它的种类很多，主要有铜（Cu）、铝（Al）、钛（Ti）、镁（Mg）、钨（W）、钼（Mo）等金属及其合金。非铁金属材料冶炼较困难，成本较高，其产量和使用量远不如钢铁材料多，但非铁金属材料具有钢铁材料所不具备的某些特殊的物理、化学性能，因此它已成为现代工业中不可缺少的材料。下面简要介绍工业生产中广泛使用的铝合金、铜合金、轴承合金、钛合金及硬质合金。
（1）工业纯铝（简称纯铝）纯铝是目前工业中用量最大的非铁金属材料，工业中使用的纯铝纯度为98%～99.97%。纯铝的密度较小，仅为2.72g/cm 3 ；导电性和导热性较高，仅次于银、铜、金；在大气中铝有良好的耐大气腐蚀性能，但不耐酸、碱、盐的腐蚀；纯铝的强度低、塑性高、无铁磁性，可通过冷、热变形加工制成各种型材。
纯铝可分为变形纯铝和铸造纯铝两种。变形纯铝及铝合金的牌号表示方法见表1-12。
表1-12 变形纯铝及铝合金的牌号表示方法（摘自GB/T 16474―2011）
注：1.牌号中的第一位数字表示铝及铝合金的组别。
2.第二位为字母时表示原始纯铝或铝合金的改型情况（字母为A表示原始纯铝或原始合金，改型则用字母B～Y表示）；第二位为数字时表示合金元素或杂质极限含量的控制情况。
3.牌号的最后两位数字用来标识同一组中的不同铝合金，但若第一位数字为1时，则最后两位表示铝的纯度为99.××%。
例如，变形纯铝的牌号1A30表示铝的质量分数不低于99.30%的原始变形纯铝；1060表示铝的质量分数不低于99.60%，对杂质极限含量无特殊控制的变形纯铝。
（2）铝合金 在铝中加入适量的Cu、Si、Mg、Zn、Mn等合金元素，通过固溶强化等方法得到的合金称为铝合金。铝合金有较高强度，但仍保持纯铝密度较小、导电性和导热性良好等特性，一些铝合金还可经冷变形强化或热处理进一步提高强度，用来制造承受一定载荷的机械零件。
1）铝合金的分类。常用的铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金具有良好的塑性，适于压力加工；铸造铝合金熔点低、流动性好，适于铸造成型。
①变形铝合金。变形铝合金按其性能特点和用途可分为防锈铝、硬铝、超硬铝及锻铝四种，其牌号表示方法见表1-12。常见变形铝合金的牌号、特点及用途见表1-13。
表1-13 常见变形铝合金的牌号、特点及用途
②铸造铝合金。铸造铝合金按主加元素的不同分为四个类别：铝硅合金（代号为ZL1××）、铝铜合金（代号为ZL2××）、铝镁合金（代号为ZL3××）和铝锌合金（代号为ZL4××）。按国家标准规定，铸造铝合金的牌号由“ZAl+合金元素符号+数字”组成，其中“ZAl”表示铸铝，数字是该合金元素的质量分数。例如，ZAlSi12——表示硅的平均质量分数为12%的铸造铝合金。
常用铸造铝合金的牌号、成分、力学性能及用途可查阅GB/T 1173―2013《铸造铝合金》。
2）铝合金的热处理。铝合金热处理的原理与钢不同，因为铝合金没有同素异构转变，所以不能像钢那样通过马氏体相变强化。铝合金加热后可获得单相固溶体组织，在固态下有固溶度的变化，因此可采用淬火+时效处理（称为固溶时效处理）的方法来强化。铝合金淬火后硬度并不高，必须在室温放置一段时间后，强度和硬度才能显著提高，这种现象称“时效硬化”。
（1）工业纯铜（简称纯铜）纯铜的熔点为1083℃，导电性和导热性好（仅次于银），在大气中和淡水中的耐蚀性良好，并具有抗磁性。纯铜的强度、硬度不高，塑性、韧性、焊接性良好，可通过冷、热变形加工制成电气工业用的各种型材（如电线、电缆、铜管等）、通信器材，以及抗磁、防磁仪器等。
微课：有色金属的种类及应用
纯铜的牌号按杂质含量分为T1、T2和T3三种，其中“T”是“铜”字汉语拼音字首，其后的数字越大，表示铜的纯度越低。例如，T1中铜的质量分数为99.95%；T2中铜的质量分数为99.90%。
（2）铜合金 在铜中加入适量的硅、锌、铝等元素，经合金化处理后得到铜合金。按化学成分的不同，铜合金分为黄铜、白铜和青铜。按生产方式的不同，铜合金分为加工铜合金和铸造铜合金。工业上应用最多的是黄铜和青铜。
1）黄铜。黄铜是以锌（Zn）为主加元素的铜合金，因其呈金黄色而得名。黄铜按其成分不同，分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜按生产方式的不同，分为加工黄铜和铸造黄铜。加工黄铜的牌号用“H+数字”表示。其中，“H”是汉字“黄”的拼音字首；“数字”是铜元素的质量分数。例如，H68表示铜的平均质量分数为68%，其他成分为锌元素的普通黄铜。
铸造黄铜的牌号用“ZCu+合金元素符号+数字”表示。其中，“ZCu”表示“铸铜”；“数字”表示该合金元素的质量分数。例如，ZCuZn38表示锌的平均质量分数为38%，其他成分为铜元素的铸造黄铜。
2）青铜。青铜是除黄铜、白铜（铜镍合金）以外的其他铜合金。按生产方式的不同，可分为加工青铜和铸造青铜。
①加工青铜的牌号用“Q+第一个主加元素符号+数字-数字”表示。其中“Q”是汉字“青”的拼音字首；第一组“数字”是第一个主加元素的质量分数；第二组“数字”是其他合金元素的质量分数。例如，QSn4-3表示 w Sn =4%，其他合金元素的质量分数为3%，其余成分为铜元素的加工青铜。常用加工铜合金的牌号及用途见表1-14。
②铸造青铜的牌号用“ZCu+合金元素符号+数字”表示，其中“ZCu”表示“铸铜”；“数字”表示该合金元素的质量分数。例如，ZCuSn10Zn1（也可写成ZQSn10-1）表示 w Sn =10%， w Zn =1%，其余成分为铜元素的铸造锡青铜。常用铸造铜合金的牌号及用途见表1-15。
表1-14 常用加工铜合金的牌号及用途
表1-15 常用铸造铜合金的牌号及用途
（续）
轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两种，制造滚动轴承的材料一般是滚动轴承钢（如GCr15等），而滑动轴承通常采用轴承合金制造。常用的轴承合金有锡基与铅基两种。
（1）锡基轴承合金 该合金又称锡基巴氏合金，是以锡为基础，加入锑、铜等元素组成的合金。这种合金具有良好的减摩性、耐蚀性、导热性和韧性，但疲劳极限较低，其工作温度不能超过150℃。锡基轴承合金价格较贵，常用于重要的轴承，如汽轮机、发动机、内燃机等大型机器的高速轴承。
（2）铅基轴承合金 该合金又称铅基巴氏合金，是以铅-锑为基础，加入锡、铜等元素组成的合金。铅基轴承合金的硬度、强度、韧性均比锡基合金低，且摩擦系数较大，但价格较便宜，常用于低速、低负荷或静载下工作的中等负荷的轴承，如汽车、拖拉机曲轴轴承，其工作温度一般不超过120℃。
纯钛是一种灰白色金属，密度小（4.507g/cm 3 ），熔点高（1688℃）。纯钛的强度低，比强度高，塑性、低温韧性好，具有良好的加工性能，切削加工性能与不锈钢接近。纯钛及钛合金耐蚀性好，远优于不锈钢。纯钛的性能受杂质影响很大，少量杂质即可显著提高其强度。纯钛主要用于在350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油工业用的热交换器、反应器、舰船零部件，常见牌号有TA1、TA2、TA3、TA4，数字编号越大，纯度越低。
纯钛加入合金元素得到钛合金。几乎所有钛合金中都含有铝，因为铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。工业用钛合金按其组织可分为三类：α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金，并分别用TA、TB、TC加数字编号来表示。钛合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；在造船工业、化学工业、机械工业也有广泛应用。此外，由于钛合金与人体有很好的相容性，因此钛合金还可用于人造骨等。
硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC等）和金属黏结剂（如Co、Ni等），经高压成形并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金材料。硬质合金的硬度高达86～93HRA，耐磨性优良，热硬性好（可达1000℃），缺点是抗弯强度低、脆性大、怕振动、怕冲击、制造工艺性差。硬质合金一般用于切削刀具，主要有三类：
（1）钨钴类硬质合金（YG/K）该类合金如YG3、YG6、YG8等，用于切削铸铁等脆性材料。
（2）钨钛钴类硬质合金（YT/P）该类合金如YT30、YT15、YT5等，用于切削各类钢件。
（3）钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW/M）该类合金如YW1、YW2，用于切削不锈钢、耐热钢等难加工材料。