常用金属材料知识

第一章　相关基础知识

一、基本识图知识

在机械制造、安装、检修时，为了准确表达零件的形状、尺寸、相对位置及技术要求，常用一套大家认可的图样来表示，称为机械图样。它是工程界的“语言”。作为一名焊工，如看不懂图样，无法正常工作。

(一)机械图样中的图线类型

在机械图样中，物体的形状是由不同形状、粗细的图线画成的，这些图线的名称、线型、宽度和一般应用见表1－1。

表1－1　机械图样的线型及其应用

续表

(二)三视图

要把空间物体在平面上表达出来，常用投影法。当投影线从一个点出发，得到的投影叫中心投影。如图1－1所示。

图1－1　中心投影法示意图

图1－2　采用中心投影法所绘建筑图

中心投影可反映物体的形状，具有较强的立体感，但不能反映物体的尺寸。常用于绘制建筑透视图。图1－2为采用中心投影法所绘的建筑图。

当投影线以平行的光束前进，在垂直投影面上得到的叫正投影。如图1－3所示。正投影可反映物体的尺寸。

图1－3　正投影法示意图

机械制图中常采用的是正投影。

1．三视图的形成

将物体放在三个互相垂直的投影面中，使物体的主要平面平行于投影面，然后分别向三个投影面作正投影，得到的三个图形称为三视图。如图1－4所示。三个视图的名称分别为:从前向后看，在V面上的投影，称为主视图;从上向下看，得到在H面上的投影，称为俯视图;从左向右看，得到在W面上的投影，称为左视图。但这三个投影不是在一个平面上，也不是平面图形。因此，我们将正投影面保持不变，将水平投影面向下旋转90°，将侧投影面向右旋转90°，分别重合到正投影面上，这样就得到了同一平面上的三视图，如图1－5所示。

图1－4　三视图示意图

图1－5　展开后的三视图

2．三视图的对应关系

从展开图1－6不难看出，三个视图的位置关系:俯视图在主视图的正下方，左视图在主视图的正右方。

图1－6　三视图画图步骤
(a)物体　(b)步骤一　(c)步骤二　(d)步骤三　(e)步骤四

从图上也可以看出，虽然每个物体皆有长、宽、高三个方向的尺寸，但每个视图只能反映两个方向的尺寸，具体为:主视图反映了物体的长度和高度，确立了物体不同部位的上、下、左、右关系。

俯视图反映了物体的长度和宽度，确立了物体不同部位的前、后，左、右关系。

左视图反映了物体的宽度和高度，确立了物体不同部位的前、后，上、下关系。

由此可以归纳出:

主、俯视图长对正(等长)。

主、左视图高平齐(等高)。

俯、左视图宽相等(等宽)。

因此，三视图的尺寸关系简称:“长对正，高平齐，宽相等”的“三等原则”。

3．三视图的作图方法与步骤

首先应分析形状、摆正物体，使主要表面与投影面平行，选好主视图的投影方向。作较长时，一般应先画出三视图的定位线，再从主视图入手，根据“长对正，高平齐，宽相等”的投影规律，依次画出俯视图和左视图。具体作图步骤可如图1－6的示意所示。

(三)剖视图

在机械制图的原理里，零件内部看不见的结构形状用虚线表示，但当结构太复杂时，会出现太多的虚线或被其他部分挡住，而反映不清时，我们就采用剖视图。即用假想的切面将零件切开，移去前面一部分，剩余部分向投影面投影所得到的视图就是剖视图。

常见的剖视图有全剖视图、半剖视图、局部剖视图。视具体情况而采用。

全剖视图主要用于表达内部形状复杂的不对称机件，或外形简单的对称机件。

半剖视图主要用于具有对称平面的机件内部表达，可一半画成剖视图，另一半画成视图。

局部剖视图可同时表达机件内、外结构。

表1－2是三种剖视图的表达方法应用举例。

表1－2　常见的剖视图

在剖视图里，剖切面与机件接触部分称为剖切区域，在剖面区域中应画上剖面符号。国标规定不同材料用不同特定的剖面符号，如表1－3所示。

表1－3　部分材料的剖面符号

(四)装配图

装配图是机器或零、部件的工作原理、结构形状和装配关系的图样。

装配图一般有以下几方面的内容:

(1)一组视图(三视图及必要的剖视图)。说明机器或部件的工作原理、结构特点、零件之间的相对位置、装配连接关系等。

(2)必要的尺寸。

(3)技术要求。

(4)标题栏、明细表和零件序号。在识读装配图时，主要了解机器或部件的名称、作用、工作原理、零件之间的装配关系、各零件主要结构形状和作用、传动路线、装配顺序和技术要求等。

二、金属学与热处理简单知识

(一)晶体结构

1．晶体与非晶体的概念

在物质内部，凡是原子呈无序堆积状态的称为非晶体，如松香、玻璃。相反，凡是原子作有序、有规则排列的称为晶体，大多数金属和合金都属于晶体。

晶体与非晶体在物理性质上最大的不同是:晶体呈现各向异性，而非晶体呈现各向同性。

2．晶格与晶胞

晶体内原子是按一定规则排列的，把每个原子简化成一个点，用假想的线把这些点连起来，就构成了反映原子排列规律的空间构架，我们称之为晶格。晶格是由许多形状和大小相同的最小几何单元堆积而成的。能够完整地反映晶格物理特征的最小几何单元称为晶胞。

3．金属的晶格类型

绝大多数金属的晶胞属于以下几种类型。

(1)体心立方晶格:其晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角和立方体的中心，如图1－7所示，属于这种晶格类型的金属有铬、钒、钼及α－Fe等。

图1－7　体心立方晶格

(2)面心立方晶格:其晶胞也是一个立方体，但原子位于立方体的八个顶角和六个面的中心上，如图1－8所示。属于这种晶格类型的金属有铝、铜、镍、γ－Fe等。具有这种类型晶格的金属最显著的力学性能特点是塑性好。

(3)密排六方晶格:其晶胞是一个正六棱柱体。原子排列在柱体的每个角顶上和上、下底面的中心，另外，还有三个原子排列在柱体内。如图1－9所示，属于这种晶格类型的金属有镁、铍、镉及锌等金属。

图1－8　面心立方晶格

图1－9　密排六方晶格

(二)金属的结晶及同素异构转变

1．金属的结晶

金属由液态转变为固态的过程称为结晶。其实质是原子由不规则排列的液体逐步过渡到原子规则排列的晶体的过程。

金属结晶时，首先在液态金属中形成许多小的固体质点(晶核)，然后，每个晶核都会独立地向每个方向生长，直至与其他生长的晶体相接触为止。这样，当液体全部消耗完后，每个晶核都生长成一个外形不规则的晶粒。晶粒的大小与结晶温度、凝固点的差值以及冷却速度有关。差值越大，冷却速度越大，冷却所得晶粒越细小。

晶粒的大小对金属的力学性能有较大的影响。晶粒越细小，金属的力学性能越高。

2．金属的同素异构转变

液态金属全部结晶变成固态金属后，随着温度的降低，有些金属由一种晶格形式变成另一种晶格形式，这种现象称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁、钴、钛、锡、锰等。同素异构转变过程是可逆的，即当温度升高到一定值时，又会变成原来的晶格类型。

纯铁具有非常明显的同素异构转变，液态铁在1538℃结晶，得到具有体心立方晶格的γ－Fe，继续冷却到1394℃时发生同素异构转变，γ－Fe转变成面心立方晶格的β－Fe，再冷却到912℃时又发生同素异构转变，β－Fe转变成体心立方晶格的α－Fe，直到室温，纯铁的晶格类型不再发生变化。纯铁的同素异构转变可用下式来表示:

同素异构转变是钢的热处理的一个基础。

(三)合金的组织结构及铁碳合金的基本组织

1．合金的组织结构类型

合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合成的具有金属特性的物质。组成合金的最基本的独立物质称为组元。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金。

在合金中具有相同的物理和化学性能并与其他部分以界面分开的一种物质部分称为相。液态物质称为液相，固体物质称为固相。在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成。由数量、形态、大小和分布不同的各种相组成了合金的组织，也决定了合金性能的巨大差异。

(1)固溶体:固溶体是合金中一组元溶解其他组元，或组元之间相互溶解而形成的一种均匀固相。在固溶体中保持原子晶格不变的组元叫溶剂，而分布在溶剂中的另一组元叫溶质。固溶体有两种类型:一种是间隙固溶体。另一种是置换固溶体。在固溶体中，由于溶质原子的溶入，使溶剂晶格发生畸变，从而使金属的塑性变形抗力提高，这种现象称为固强化，它是提高金属材料力学性能的重要途径之一。

(2)金属化合物:在合金中，合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物具有熔点高、硬度高、脆性大的特点，在合金中一般起到强化相的作用。

(3)混合物:两种或两种以上的相按一定质量百分比组成的均一、稳定的物质称为混合物。混合物中各组成部分仍保持原来的晶格。混合物的性能取决于各组织相的性能，以及它们的形态、数量和大小。

2．铁碳合金的基本组织及其基本性能

钢铁材料是现代工业中应用最广泛的合金，它们都是铁和碳两个组元组成的合金。在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以组成固溶体，或者形成混合物。

(1)铁素体:碳溶解在α－Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。在室温时的性能几乎与纯铁相似，强度、硬度不高，塑性、韧性良好。

(2)奥氏体:碳溶解于β－Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体存在于727℃以上的高温范围内，硬度低，塑性良好，易于锻压成形。

(3)渗碳体:是含碳量为6．69%的铁与碳的金属化合物。其分子式为Fe3C，常用符号cm来表示。渗碳体不发生同素异构转变，硬度很高，塑性和韧性几乎为零。

渗碳体在钢和铸铁中以片状、球状、网状、板状等形态存在，它是碳钢中的主要强化相，其形态与分布对钢的性能有很大影响。

(4)珠光体:珠光体是铁素体和渗碳体组成的片层相间的混合物，以符号P表示。珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，并有一定的塑性。

(5)莱氏体:莱氏体是含碳量为4．3%的合金，在1148℃时从液相中同时结晶出来奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld'表示。室温下由于奥氏体已转变为珠光体，所以由珠光体和渗碳体组成，以符号Ld'表示。

莱氏体具有硬度高，脆性大的特点。

(6)马氏体:碳在α－Fe中所形成的过饱合固溶体称为马氏体。马氏体具有较高的强度和硬度。且过饱和的碳越多，硬度就越高。

(四)常用的几种热处理方法及其应用

钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温预定的时间，然后以预定的方式冷却下来的工艺过程。热处理会使钢的性能发生变化。焊接过程中，电弧热对已焊焊缝或焊缝两侧一定距离的母材金属加热后，再冷却下来，也会使其性能发生变化。

根据加热温度，冷却方法的不同，热处理可分为退火、正火、淬火、回火等。

1．退火

将钢加热到适当的温度，并保持一定时间，然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺称为退火。

1)退火的目的是:

(1)降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工。

(2)细化晶粒，均匀钢的组织和成分。

(3)消除钢中的残余应力，防变形和开裂。

2)常用退火方法有:

(1)完全退火。将钢完全A化，随之缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺称为完全退火。可获得接近平衡状态组织，它可降低钢的硬度，细化晶粒和充分消除内应力。

(2)球化退火。为使钢中碳化物呈球化而进行的退火称为球化退火。它不但可以使材料硬度降低，便于切削加工，而且在淬火加热时，A晶粒不易粗大、冷却时工件的变形和开裂倾向小。

(3)去应力退火。主要是为了消除由于塑性变形，焊接等原因造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。其一般加热到略低于A1的温度(600～650℃)，缓冷。

2．正火

将钢件中加热到Ac3或Accm以上30～50℃，完全奥氏体化后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。

其目的与退火基本相同，但冷却速度稍快。故正火钢组织更细，强度、硬度比退火钢高。

3．淬火

将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间。然后以适当速度冷却，以获得马氏体组织或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。

淬火的目的是为了提高钢材的强度、硬度、耐磨性，以最大限度地利用钢材的潜在性能。

4．回火

淬火处理的钢件，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。

1)回火的目的在于:

(1)防止工件在使用过程中的变形和开裂。

(2)通过回火提高钢的韧性，适当调整强度和硬度。

(3)稳定组织。

2)回火分类

根据加热温度和转变后得到组织的不同，回火可分为:

(1)低温回火(＜250℃)。得到的组织是回火马氏体。其具有高的硬度和耐磨性，及一定的韧性。

(2)中温回火(350～500℃)。得到的组织为回火托氏体。其具有高的弹性极限、屈服点和适当的韧性。

(3)高温回火(＞500℃)。得到的组织为回火索氏体。具有良好的综合力学性能。生产中常把淬火加高温回火的复合热处理工艺称为“调质”。

三、常用金属材料知识

金属材料是现代制造业的基本材料，原因是因为其具有良好的性能。

(一)常用金属材料的物理性能

金属的物理性能是指在重力、电磁场、热等物理因素作用下，材料所表现出的性能或固有属性。主要包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等。

1．密度

单位体积某种金属的质量称为该金属的密度，表达式如下:

式中:ρ———电阻率，Ω·m;

m———质量，kg;

v———体积，m3。

密度是金属材料的特性之一。一般密度小于4．5×103kg/m3金属称为轻金属。密度大于4．5×103kg/m3金属称为重金属。常见的金属密度见表1－4。

2．熔点

纯金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点。常见的金属熔点见表1－4。合金的熔点决定于它的成分。熔点对于金属和合金的焊接是一项非常重要的参数。

表1－4　常用金属材料的物理性能

3．导热性

金属材料传导热量的性能称为导热性。导热性的大小通常用热导率来衡量。其符号是λ。热导率越大，金属的导热性越好。银的导热性最好。铜、铝次之。常见金属热导率见表1－4。合金的导热性比纯金属差。在制定焊接工艺时，必须考虑材料的导热性，防止金属材料由于导热速度的影响而产生未焊透或烧穿等缺陷。

4．热膨胀性

金属材料随温度变化而膨胀，收缩的特性称为热膨胀性。一般来说金属是热胀冷缩的。热膨胀的大小用线胀系数αl和体胀系数αv表示。计算公式如下:

式中:αl———线胀系数;

l1———金属材料温度变化前的长度;

l2———金属材料温度变化后的长度;

Δt———温度变化值。

常用金属的线膨胀系数见表1－4。体胀系数约为线膨胀系数的3倍。

5．导电性

金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属导电性的指标是电阻率ρ，电阻率越小，金属导电性越好。金属导电性以银为最好，铜、铝次之。常见金属电阻率见表1－4。合金的导电性比金属差。

6．磁性

金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受磁化程度的不同，可分为铁磁性材料，如铁、钴等，顺磁材料(如锰、铬等)，抗磁性材料(如铜、锌等)三类。

磁性与材料的成分和温度有关。当温度升高一定值时，有的材料磁性会消失。

(二)常用金属材料的力学性能

金属的力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能。包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。

1．强度

是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。抵抗能力越强，金属材料的强度越高。常以屈服强度、抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。强度的大小通常用应力来表示。

(1)屈服强度:钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形的现象，称为屈服现象，材料发生明显塑性变形时的应力为屈服强度，用符号σs表示

式中:Fs———材料屈服时的载荷，N;

S0———试样的原始截面积，mm2。

材料的屈服强度越高，表示材料抵抗微量塑性变形的能力越大，允许的工作应力也越高。

(2)抗拉强度:金属材料在拉断前所能承受的最大应力值，称为抗拉强度。用符号σb表示。其计算公式如下:

式中:Fb———试样拉断前所承受的最大拉力，N;

S0———试样原始截面积，mm2。

σb值越大，表明材料抵抗拉断的能力越大。其实用意义是:金属构件所承受的工作应力不能超过材料的抗拉强度，否则会产生断裂。

2．塑性

断裂前金属材料产生永久变形的能力，称为塑性。一般用拉伸试样的延伸率和断面收缩率来衡量。

(1)延伸率:试样拉断后标距长度伸长量与试样原始标距长度的比值的百分率，称为延伸率，用符号δ表示。其计算方法如下:

式中:L1———试样拉断后的标距长度，mm;

L0———试样原始标距长度，mm。

(2)断面收缩率:试样拉断后截面积的减小量与原截面积之比值的百分率。用符号ψ表示。其计算方法如下:

式中:S0———试样原始截面积，mm2;

S1———试样拉断后断口处的截面积，mm2。

δ和ψ的值越大，表示金属材料的塑性越好。

3．硬度

材料抵抗局部塑性变形，特别是压痕或划痕的能力为硬度。根据测量方法不同，其指标可分为布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)。依据硬度值可近似地确定抗拉强度值。

4．冲击韧性

金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，称为韧性。它的衡量指标是冲击韧度，其具体的物理意义是试样冲断时断口处单位面积所消耗的功，以符号αk表示。αk值越大，材料的韧性越好。材料的冲击韧度与温度有关，温度越低，冲击韧度越小。

5．疲劳强度

金属材料在无数次重复交变载荷作用下，而不致破坏的最大应力，称为疲劳强度。也称疲劳极限，以符合σ－1表示。

6．蠕变

在长期固定载荷作用下，即使载荷小于屈服强度，金属材料也会逐渐产生塑性变形的现象称为蠕变。在恒定温度下，作用无限长时间也不使材料产生蠕变的最大应力值称为该温度下的蠕变极限。对于高温下使用的材料，尺寸要求严格的材料，一般以蠕变极限作为设计指标。

(三)常用金属材料简介

金属材料分为黑色金属和有色金属。常用的黑色金属有碳素钢、合金钢和铸铁。

1．碳素钢

碳素钢是指除了含有铁元素、碳元素及硅、锰、硫、磷等常存元素外，不再另加入其他元素的钢。一般其含C量小于2．11%。

1)碳素钢的分类

(1)按钢的含碳量分类。根据钢中含碳量的多少可分为:

低碳钢＜0．25%。

中碳钢=0．25%～0．60%。

高碳钢＞0．60%。

(2)按钢的质量分类。根据钢中有害杂质硫、磷含量多少可分为:

普通质量钢:S≤0．05%，P≤0．045%。

优质钢:　S≤0．035%，P≤0．035%。

高级优质钢:S≤0．025%，P≤0．025%。

特级质量钢:S＜0．015%，P＜0．025%。

(3)按钢的用途分类。根据钢的用途不同可分为:

①结构钢。主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其含碳量一般都小于0．70%。

②工具钢。主要用于制造各种刀具、模具和量具。其含碳量一般都大于0．70%。

2)碳素钢的牌号、性能和用途

(1)普通碳素结构钢:价格便宜，产量较大，大量用于金属结构和一般机械零件。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的拼音字母“Q”，屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。

(2)优质碳素结构钢:一般用来制造重要的机械零件中。使用前一般要经过热处理来改善力学性能。其牌号用两位数字表示，表示平均含碳量的万分之几。例如:20钢表示平均含碳量为0．20%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢根据钢中含锰量不同分为普通含锰钢(Mn＜0．80%)和较高含锰量钢(Mn=0．70%～1．20%)，较高含锰量钢在牌号后面标出元素符号“Mn”或汉字“锰”。此外，有些优质碳素结构钢为沸腾钢或其他专用钢，则在牌号后面标出规定的符号。

(3)碳素工具钢:由高碳钢制成，一般是优质钢，还有的是高级优质钢。经淬火加低温回火的热处理后具有很高的强度和耐磨性。其牌号由拼音字母“T”，含碳量的千分之几数值和质量等级符号按顺序组成。(质量等级为优质或高级优质，优质不标符号，高级优质钢以符号A表示)如T10A表示含碳量为1%的高级优质碳素工具钢。

2．合金钢

合金钢是在碳素钢基础上，为了获得特定的性能，有目的地加入一种或多种合金元素的钢。常加入的元素有Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Al及稀土等。

1)合金钢的分类

(1)按用途分类。根据合金钢的用途不同可分为:

低合金结构钢:用于制造机械零件和工程结构的钢

合金工具钢:用于制造各种加工工具的钢

特殊性能钢:具有某种特殊物理、化学性能的钢。如不锈钢、耐热钢、耐磨钢。

(2)按所含合金元素总含量分类。根据合金钢所含合金元素含量的多少可分为:

低合金钢:＜5%。

中合金钢:=5%～10%。

高合金钢:＞10%。

2)合金钢的牌号

合金钢的牌号是按用途分类后的钢种进行编制的。采用了“数字+化学元素+数字”的方法。

合金结构钢的牌号表示方法:前面两位数字表示平均含碳量的万分之几。合金元素用汉字或化学元素符号表示。化学元素后面的数字表示该合金元素含量的百分数。如16Mn钢。表示平均含碳量ωc=0．16%;平均含锰量是ωMn＜1．5%。

合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢的不同之处在于只用一位数字表示含碳量。其意义为平均含碳量的千分之几。如含碳量超过1%，则不予标出。

3)合金钢的性能特点

(1)普通低合金结构钢:是在低碳钢的基础上加入少量合金元素(总量＜3%的钢)。由于合金元素的强化作用，这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度高得多。并具有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器，输油(气)管道和大型钢结构。

(2)机械制造用合金结构钢:有合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢、超高强度钢等。广泛用于各种重要的机械元件。

(3)不锈钢:是具有抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的不锈耐酸钢的统称。要达到不锈耐蚀的目的，必须使钢的含铬量≥12%。

有马氏体不锈钢(Cr13型)，铁素体不锈钢(Cr13基础上加入促铁素体化的合金元素)，具组织稳定性好、耐蚀性好，良好的抗氧化性和高的塑性、焊接性也较好。和奥氏体不锈钢(18－8型)。

(4)耐热钢:是指在高温下具有一定热稳定性和热强性的钢。

(5)抗氧化钢:其特点是高温下不起氧化皮。主要用于要求长期在高温下工作，但要求强度不高的零件。

(6)珠光体耐热钢:其特点是含碳量低。一般工作于300～500℃。除具有抗氧化性外，还具有较高的高温强度。常用钢材有15CrMo、12Cr1MoV。除此之外，还有马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢。

3．铸铁

是指由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁具有优良的铸造性能，切削加工性、耐磨性和减震性，且加工制造方便，成本低廉，主要用于制造各种铸件。

按照碳在铸铁中存在的状态及形式的不同，铸铁可分为以下几类:灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。

(1)灰铸铁:其中的碳大部分以片状石墨的形式存在，断口成灰色。灰铸铁具有优良的铸造性、耐磨性、减振性和低的缺口敏感性、优良的切削加工性。因此，应用最为普遍。灰铸铁的主要牌号有HT150、HT200等。

(2)可锻铸铁:它是由白口铸铁经长时间(几十小时)高温(900～1000℃)石墨化退火而成，以具有较高冲击韧度而得名。铸铁中石墨以团絮状存在，所以其具有一定的强度和韧性。

可锻铸铁有黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两大系列。其常见牌号有:KTH300－06，KTH350－10，KTZ450－06等。

(3)球墨铸铁:是在浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂从而使碳全部或大部分呈球状石墨分布在基体上。球墨铸铁具有较高的强度和冲击韧度，并能通过热处理显著地改善力学性能。所以，球墨铸铁主要用于制造力学性能较高的铸件。

(4)蠕墨铸铁:碳以蠕虫状石墨存在的铸铁称为蠕墨铸铁。其力学性能介于灰口铸铁和球墨铸铁之间。具有一定的致密性和抗疲劳性。

4．有色金属及其合金

除黑色金属之外的其他非铁金属及其合金称为有色金属。如铝、镁、钛、铜、铅、锌等。具有许多良好的特殊性能，是现代工业中不可缺少的材料。

1)铝及其合金

铝具有良好的导电性、导热性和抗氧化、抗腐蚀的能力，其密度小，质量轻，塑性好，特别是在纯铝中加入各种合金元素而成的铝合金，强度显著提高，得到广泛的应用。

纯铝的牌号有1070A(L1)、1060A(L2)、1050A(L3)以及1A85(LG1)、1A90(LG2)、1A99(LG5)，其中的杂质主要是铁和硅，随杂质含量的增加，强度增加，塑性、导电性和耐蚀性下降。

在纯铝中加入少量合金元素能大大改善铝的各项性能Cu、Mg、Mn能提高强度，Ti能细化晶粒，Mg能抗海水腐蚀，Ni能提高耐热性。

铝合金分变形铝合金和铸造铝合金两大类。

2)铜及其合金

根据所含合金元素，铜及铜合金可以分为纯铜、黄铜、青铜及白铜四大类。

(1)纯铜:即俗称的紫铜，其牌号有T1，T2，T3和T4。

(2)黄铜:是铜和锌的合金，按其工艺性能和用途，可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。常用的黄铜的牌号有H62、H68、HSn62－1，HPb59－1等。

(3)青铜:是铜与锡、铝、硅等元素的合金，常用青铜的牌号有QAL9－1，QSn4－4－1，QSi3－1。

(4)白铜:是铜与镍的合金，常用牌号有B0．6、B5、B19、B25。除了含镍元素外，还含锰、铁、锌、铝等元素的白铜，称为特殊白铜，其牌号有BMn3－12、BFe10－1－1、BZn15－20和BAl13－3等。

3)钛及其钛合金

钛是一种非磁性金属，具有密度小、强度高，有较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。

按照成分和室温时的组织不同，钛及钛合金可分为:

(1)工业纯钛:按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号。其中TA1杂质最少。杂质的增加会使强度增高而塑性降低，工业纯钛具有良好的焊接性。

(2)α钛合金:在这类钛合金中加入了Sn、Al等元素，牌号为TA6、TA7等。有良好的高温强度和抗氧化性，焊接性良好。

(3)β钛合金:这类钛合金中加入了V、Mo、Mn、Cr等元素，牌号为TB1、TB2等。热处理后强度较高，塑性也较好，具有良好的加工性，但耐热性较差，密度大，焊接性不良，很少制成焊接件。

(4)α+β钛合金:这类钛合金中加入了Sn、Al、Mo、Mn、Cr等元素。牌号为TC2、TC4等。可通过热处理强化，加工性能良好，高温强度低于α钛合金，焊接性差，焊接结构很少采用。