考点：金属材料
金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。工业上把金属及其合金分为黑色金属材料和有色金属材料两大部分。
（一）黑色金属
黑色金属材料一般是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料。
钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料。含碳量小于2.11% （重量）的 铁合金称为钢；而含碳量大于2.11% （重量）的铁合金称为生铁。
钢和铸铁中除了含铁、 碳以外，还含有一些其他元素，其中一类是杂质元素，如硫、磷、氧、氮等；另一类是根 据使用性能和工艺性能的需要，在其生产过程中适量添加的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛等，铁碳合金中加入这些合金元素就成为合金钢或合金铸铁。
1．钢的分类和用途
钢中主要化学元素为铁，另外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响，含碳量低的钢材强度较低，但塑性大，延伸率和冲击韧性高，质地较软，易于冷加工、切削和焊接；含碳量高的钢材强度高（当含碳量超过1．00%时，钢材强度开始下降）、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。
硫、磷为钢材中有害元素，含量较多就会严重影响钢材的塑性和韧性，磷使钢材显著产生冷脆性，硫则使钢材产生热脆性。硅、锰等为有益元素，它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。
钢材的力学性能取决于钢材的成分和金相组织。钢材的成分一定时，其金相组织主要取决于钢材的热处理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影响最大。
2．铸铁的分类和用途
铸铁是含碳量大于2．11%的铁碳合金。
铸铁是应用最广泛的铸造材料。它具有生产设备和工艺简单、价格便宜等优点。大部分机 械设备的箱体、壳体、机座、支架和受力不大的零件多用铸铁制造。某些承受冲击不大的 重要零件，如小型柴油机的曲轴，多用球墨铸铁制造。其原因是铸铁切削性能和铸造性能 优良，有利于节约材料，减少机械加工工时，且有必要的强度和某些优良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。
2．铸铁的分类和用途
铸铁与钢相比，其成分特点是碳、硅含量高，杂质含量也较高。但杂质在钢和铸铁中的作用完全不同，
磷在耐磨铸铁中是提高其耐磨性的主要合金元素，唯一有害的元素是硫。
铸铁的韧性和塑性主要决定于石墨的数量、形状、大小和分布，其中石墨形状的影响最大。
（1）铸铁的分类。
按石墨的形状特征，灰口铸铁可分为普通灰铸铁（石墨呈片状）、蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈球状）四大类。
（2）工程中常用铸铁的性能特点
1）灰铸铁。灰铸铁包括普通灰铸铁、奥氏体灰铸铁、冷硬灰铸铁、耐磨灰铸铁、耐热灰铸铁和耐 蚀灰铸铁六种，灰铸铁价格便宜，应用非常广泛。在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占 80%以上。
2）球墨铸铁。综合机械性能接近于钢。球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰铸铁，而与钢相当。因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁比铸钢还节省材料，重量更轻，并具有较好的耐疲劳强度。球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过45钢。在实际工程中常用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。也可用于高层建筑室外进入室内给水的总管或室内总干管。
3）蠕墨铸铁。强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性；同时又有灰铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。是一种新的铸铁材料，发展前景乐观。
4） 可锻铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替破钢。这种铸铁有黑心可 锻铸铁、白心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁三种类型可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和 振动荷载的零件，如管接头和低压阀门等。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、处理工艺简单等优点。
（二）有色金属材料
有色金属是指黑色金属以外的所有金属及其合金。不同有色金属具有不同的优良性能，如钛合金的耐蚀性优于不锈钢；铜和铝的导电性明显高于铁合金；镍铬合金的比电阻较高，同时还有高的抗氧化性能和塑性，以及为零的电阻温度系数；铅具有高的抗X射 线和γ射线穿透能力。
2．工程中常用有色金属的性能和特点
（1）铝及铝合金
铝及铝合金在采用各种强化手段后可以达到与普通低合金钢相近的强度，而且其比强度要比普通钢高得多。铝及铝合金在电气工程、一般机械和轻工业中都 有广泛的用途。
铝合金是在铝中加入合金元素获得，具有较高强度，同时保持良好的加工性能。许多 铝合金不仅可通过冷变形提高强度，而且可用热处理来大幅度地改善性能。
根据成分及工艺特点，铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金塑性较 好，适于变形加工；铸造铝合金流动性较好，适于铸造生产。
铸造铝合金有四种。Al-Mg铸造铝合金强度高，密度小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不佳，耐热性不良。多用于制造承受冲击荷载，以及在腐蚀性介质中工作的外形不太复杂的零件，如氨用泵体等。
（2）铜及铜合金
（3）镍及镍合金
镍及镍合金是用于化学、石油、有色金属冶
经典习题
【单项选择题】钢的含碳量与低碳钢相似，主要靠少量合金元素进行强化，改善钢材的韧性和可焊性，其强度要比同等级的碳素钢高得多。广泛用于压力容器、化工设备、锅炉及大型钢结构，合金元素锰、砗、钼等起到强化作用，钒和铌可细化晶粒、改善韧性，此种钢是( )。
A. 普通碳素结构钢
B.低合金结构钢
C.优质碳素结构钢
D. 铸钢
