第3章机械工程常用材料 G1黑色金属 G1.1铸铁 G1.11铸铁牌号和性能(表G3-1) 表G3-1铸铁牌号和性能 占铸铁件的85%90%,铸造、切削加工性能好,对切口敏感度小,耐磨性、吸振性好。抗压性能 Hr|好(抗拉强度高34倍)强度、塑性、韧性都比铸钢低,也低于球墨铸铁弹性模量8×10-14X10MPa 之间,决定于显微组织。壁厚对力学性能影响很大 由白口铸铁经退火处理而得。经石墨化退火得到黑心可锻铸铁(KTH)和珠光体可锻造铁(K1Z) 用得较多。经脱碳退火得到的白心可锻铸铁(KTB) 可锻铸铁 性、韧性好,承受冲击能力强,珠光体可锻铸铁的塑性、韧性比黑心可锻铁低,但强度高、耐磨性好 铸造性能比铸钢好但比灰铸铁差,切削性能 制造要求有一定强度及重量不大的薄壁零件 抗拉强度可比铸铁、铸钢高,屈服强度与抗拉强度之比,高于铸钢和可锻铸铁。在各种铸铁中,球 墨铸铁塑性最好。弹性模量比灰铸铁高,但稍低于钢。冲击韧度低于钢,但远高于灰铸铁,可以满足 一般承受动载荷机械零件的要求,因此,在很多情况下球墨铸铁可以代替铸钢或钢。球墨铸铁的疲劳 求墨铸铁 强度接近45钢、对缺口敏感性比钢低,所以,用球墨铸铁代替铸钢制造曲轴等复杂零件是有利的。 球墨铸铁耐磨、耐热、耐蚀性较好。钢、球墨铸铁、灰铸铁的减振性之比大致为1:1.8:43。球墨铸 铁的铸造性能比灰铸铁差,易产生缺陷,切削加工性能较好 在高温下具有一定强度和良好的耐热性的合金铸铁。这种铸铁在高温工作时,能抵抗周围气氛对它 耐热铸铁 的腐蚀和铸铁在高温下的体积长大 耐磨铸铁 当铸铁的耐磨性不能满足要求时,在铸铁中加入合金元素提高其耐磨性 G11.2耐热铸铁(表G3-2) 表G3-2耐热铸铁的力学性能及应用 室温力学性能 高温时抗拉强度MPa 在空气、炉气中耐热温度 性能及应用举例 s℃e℃℃|℃ 炉条、金属型玻璃模、高炉支架式水 RTCr 200189-288225144 550 RTCr2 50207-288243166 煤气炉内灰盆、矿山烧结车挡板 有室温和高温下的抗磨性,耐硝酸腐 RTCr16340400450 蚀,用于制作化工机械零件 RTSIS 140160-270 炉条、煤粉烧嘴 玻璃窑烟道闸门、加热炉两端管架 RTQS4480187-269 玻璃引上机墙板 罩式退化炉导向器、烧结机中后热 RTQSi4Mo 540197-280 筛板、加热炉吊架
第 3 章 机械工程常用材料 G1 黑色金属 G1.1 铸铁 G1.1.1 铸铁牌号和性能(表 G3-1) 表 G3-1 铸铁牌号和性能 名 称 代 号 特 点 灰铸铁 HT 占铸铁件的 85%~90%，铸造、切削加工性能好，对切口敏感度小，耐磨性、吸振性好。抗压性能 好（抗拉强度高 3~4 倍）。强度、塑性、韧性都比铸钢低，也低于球墨铸铁。弹性模量 8×104 ~1.4×105MPa 之间，决定于显微组织。壁厚对力学性能影响很大 可锻铸铁 KT 由白口铸铁经退火处理而得。经石墨化退火得到黑心可锻铸铁（KTH）和珠光体可锻造铁（KTZ）， 用得较多。经脱碳退火得到的白心可锻铸铁（KTB），很少采用。黑心可锻铸铁比灰铸铁强度高，塑 性、韧性好，承受冲击能力强，珠光体可锻铸铁的塑性、韧性比黑心可锻铁低，但强度高、耐磨性好， 铸造性能比铸钢好但比灰铸铁差，切削性能好。用于制造要求有一定强度及重量不大的薄壁零件 球墨铸铁 QT 抗拉强度可比铸铁、铸钢高，屈服强度与抗拉强度之比，高于铸钢和可锻铸铁。在各种铸铁中，球 墨铸铁塑性最好。弹性模量比灰铸铁高，但稍低于钢。冲击韧度低于钢，但远高于灰铸铁，可以满足 一般承受动载荷机械零件的要求，因此，在很多情况下球墨铸铁可以代替铸钢或钢。球墨铸铁的疲劳 强度接近 45 钢、对缺口敏感性比钢低，所以，用球墨铸铁代替铸钢制造曲轴等复杂零件是有利的。 球墨铸铁耐磨、耐热、耐蚀性较好。钢、球墨铸铁、灰铸铁的减振性之比大致为 1∶1.8∶4.3。球墨铸 铁的铸造性能比灰铸铁差，易产生缺陷，切削加工性能较好 耐热铸铁 RT 在高温下具有一定强度和良好的耐热性的合金铸铁。这种铸铁在高温工作时，能抵抗周围气氛对它 的腐蚀和铸铁在高温下的体积长大 耐磨铸铁 MT 当铸铁的耐磨性不能满足要求时，在铸铁中加入合金元素提高其耐磨性 G1.1.2 耐热铸铁(表 G3-2) 表 G3-2 耐热铸铁的力学性能及应用 室温力学性能 高温时抗拉强度/MPa 牌 号 σb /MPa 硬度 HBS 500 ℃ 600 ℃ 700 ℃ 800 ℃ 900 ℃ 在空气、炉气中耐热温度 /℃ 性能及应用举例 RTCr 200 189~288 225 144 — — — 550 炉条、金属型玻璃模、高炉支架式水 箱 RTCr2 150 207~288 243 166 — — — 600 煤气炉内灰盆、矿山烧结车挡板 RTCr16 340 400~450 — — — 144 88 900 有室温和高温下的抗磨性，耐硝酸腐 蚀，用于制作化工机械零件 RTSi5 140 160~270 — — 41 27 — 700 炉条、煤粉烧嘴 RTQSi4 480 187~269 — — 75 35 — 650 (750) 玻璃窑烟道闸门、加热炉两端管架、 玻璃引上机墙板 RTQSi4Mo 540 197~280 — － 101 46 — 680 (760) 罩式退化炉导向器、烧结机中后热 筛板、加热炉吊架
26 (续) 室温力学性能 高温时抗拉强度MPa 在空气、炉气 硬度500℃600℃m0℃800℃900中耐热温度 性能及应用举例 炉条、煤粉烧管、烟道闸门、加 RTQS5|370228302 (900) 热炉中间管架 烧结机炉篦条、炉用件 RTQAISSiS200302-383 焙烧机篦件、炉用件 抗高温硫蚀性好、用作链式加热 RTQA22300241-364 13077 炉炉爪、黄铁矿焙烧炉零件 注:括号内为含Si量为上限时可达到的耐热温度 G1.1.3可锻铸铁(表G3-3) 表G3-3可锻铸铁的牌号、力学性能及应用 试件直径 /MPa /MPa (%)|硬度HBS 待性及应用举例 KTH300-0612或15|300 黑心可锻铸铁强度高、韧性和塑性好,抗冲击,有 定耐腐蚀性。切削性能好。用于水管、高压锅炉管 KTH33008 12或15330 8≤130路,农机中一般零件,车辆铸件,机床零件 KTH350-1012或15350 ≤150 黑心可锻铸铁强度高、韧性和塑性好,抗冲击,有 一定耐腐蚀性。切削性能好,在-40℃下工作不发生脆 KTH37012012或15370 125≤150断,用于汽车、拖拉机、机床、农机零件 KTZ4500612或15 50~200 珠光体可锻铸铁,韧性较差,耐磨性好。强度较高 KTz5500412或15550 180230加m工性能好可用于代替中低碳钢低合金钢及有色合金 等制造耐磨性和强度要求较高的零件。用于制造汽车前 或15650 210-260轮轮毂、传动箱体、拖位机履带轨板、齿轮、连杆、活 KTZ7000212或15700 240290塞环、凸轮轴、差速器壳、曲轴、犁刀、犁片 KTB35004 ≤230 15360 KTB380-12 ≤200自心可锻铸铁,性能较差,生产周期长,目前应用不 210 广。由于心部的韧性难于提高,一般用于制作薄壁构 件。如果工艺正确可靠,白心可锻铸铁可以焊接 KTB380-12可用于有特殊要求,焊接后不需热处理的 KTB40005 12 ≤220 零件 KTB45007 ≤220 注:1.对珠光体试样的两种直径,如需方无特殊需要,供方可任选一种: 2.白心可锻铸铁试件直径,由需方和供方按铸件薄厚尺寸双方协定 3.当需方对屈服强度有要求时,供需双方协议才进行测定 4.硬度值仅作参考,如需规定硬度值,由供需双方协定
26 （续） 室温力学性能 高温时抗拉强度/MPa 牌 号 σb /MPa 硬度 HBS 500℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900 ℃ 在空气、炉气 中耐热温度/ ℃ 性能及应用举例 RTQSi5 370 228~302 — — 67 30 — 800 (900) 炉条、煤粉烧管、烟道闸门、加 热炉中间管架 RTQAl4Si4 250 285~341 — — — 82 32 900 烧结机炉篦条、炉用件 RTQAl5Si5 200 302~383 — — — 167 75 1050 焙烧机篦件、炉用件 RTQAl122 300 241~364 — — — 130 77 1100 抗高温硫蚀性好、用作链式加热 炉炉爪、黄铁矿焙烧炉零件 注：括号内为含 Si 量为上限时可达到的耐热温度。 G1.1.3 可锻铸铁(表 G3-3) 表 G3-3 可锻铸铁的牌号、力学性能及应用 牌 号 试件直径 d/mm σb /MPa ≥ σ0.2 /MPa ≥ δ (%) ≥ 硬度 HBS 特性及应用举例 KTH300-06 12 或 15 300 — 6 ≤150 KTH330-08① 12 或 15 330 — 8 ≤150 黑心可锻铸铁强度高、韧性和塑性好，抗冲击，有 一定耐腐蚀性。切削性能好。用于水管、高压锅炉管 路，农机中一般零件，车辆铸件，机床零件 KTH350-10 12 或 15 350 200 10 ≤150 KTH370-12① 12 或 15 370 — 125 ≤150 黑心可锻铸铁强度高、韧性和塑性好，抗冲击，有 一定耐腐蚀性。切削性能好，在-40℃下工作不发生脆 断，用于汽车、拖拉机、机床、农机零件 KTZ450-06 12 或 15 450 270 6 150~200 KTZ550-04 12 或 15 550 340 4 180~250 KTZ650-02 12 或 15 650 430 2 210~260 KTZ700-02 12 或 15 700 530 2 240~290 珠光体可锻铸铁，韧性较差，耐磨性好。强度较高。 加工性能好可用于代替中低碳钢，低合金钢及有色合金 等制造耐磨性和强度要求较高的零件。用于制造汽车前 轮轮毂、传动箱体、拖位机履带轨板、齿轮、连杆、活 塞环、凸轮轴、差速器壳、曲轴、犁刀、犁片 KTB350-04 9 12 15 340 350 360 — — — 5 4 3 ≤230 KTB380-12 9 12 15 320 380 400 170 200 210 13 12 8 ≤200 KTB400-05 9 12 15 360 400 420 200 220 230 8 5 4 ≤220 KTB450-07 9 12 15 400 450 480 230 260 280 10 7 4 ≤220 白心可锻铸铁，性能较差，生产周期长，目前应用不 广。由于心部的韧性难于提高，一般用于制作薄壁构 件。如果工艺正确可靠，白心可锻铸铁可以焊接， KTB380-12 可用于有特殊要求，焊接后不需热处理的 零件 ① 为过渡牌号。 注：1. 对珠光体试样的两种直径，如需方无特殊需要，供方可任选一种； 2. 白心可锻铸铁试件直径，由需方和供方按铸件薄厚尺寸双方协定； 3. 当需方对屈服强度有要求时，供需双方协议才进行测定； 4. 硬度值仅作参考，如需规定硬度值，由供需双方协定
G12铸钢 G12.1不锈铸钢(见表G3-4) 表G3-4工程结构用中、高强度不锈铸钢的力学性能及应用举例摘自GBT6967-1986) 应用举例 MPa/MPa(%)(%) ZG10Cr13 550 163-22耐大气腐蚀性好,可用于承受冲击负 ZG20Cr13 600 16 170~235 且韧度较高的零件,可耐有机酸水 液、聚乙烯醇、碳酸氢钠、橡胶液,还 ZG1OCr13Nil 450|60 170-241 可做水轮机转轮叶片,水压机阀。适用 ZG1OCrI3NilMo 450630 170-241于壁厚100m以下的铸件 G06Cr13N14Mo 5060217-286 抗大气腐蚀性、水中抗疲劳性能均 子,焊接性良好,焊后不必热处理,铸 Go6Cr13Ni6Mo56076 6021-2864造性能尚好,耐泥砂磨损,可用于制作 大型水轮机转轮(叶片)。适用于壁厚 ZG06CrI6N15Mo 200mm以下的铸件 注:对于壁厚小于500mm的铸件,表中力学性能的相应降低数值,应依据不同制造工艺由双方商定。 G122合金铝钢(表G3-5) 表G3-5低合金铸钢件的力学性能和应用举例(JB/T6402-1992) 力学性能不小于 截面屈服强 冲击吸收功 牌号热处理尺寸度或 抗拉强伸长率断面 硬度 应用举例 Aku AkvAKDM ZG30Mn正火+回火 300581830 ZG40Mn正火回火≤10029564012 承受摩擦和 正火+回火 59020 179冲击的零件,如 ZG40Mn2 13|4535 269-302齿轧 ZG50Mn2正火+回火≤100 445 851837 焊接及流动性 正火+回火 5101430 ZG20SIMn ≤100 良好,用作水压 调质 300|50065024 150-19 正火+回火 57012 受摩擦的零 ZG35SiMn ≤100 调质
27 G1.2 铸钢 G1.2.1 不锈铸钢(见表 G3-4) 表 G3-4 工程结构用中、高强度不锈铸钢的力学性能及应用举例(摘自 GB/T 6967—1986) 力 学 性 能 ≥ 牌 号 σs AK a K /MPa σb /MPa δ (%) y (%) J kJ·m 2 硬度 HBS 应 用 举 例 ZG10Cr13 350 550 18 40 163~229 ZG20Cr13 400 600 16 35 170~235 ZG10Cr13Ni1 450 600 16 35 170~241 ZG10Cr13Ni1Mo 450 630 16 35 170~241 耐大气腐蚀性好，可用于承受冲击负 荷且韧度较高的零件，可耐有机酸水 液、聚乙烯醇、碳酸氢钠、橡胶液，还 可做水轮机转轮叶片，水压机阀。适用 于壁厚 100mm 以下的铸件 ZG06Cr13Ni4Mo 560 760 15 35 50 600 217~286 ZG06Cr13Ni6Mo 560 760 15 35 50 600 221~286 ZG06Cr16Ni5Mo 600 800 15 35 40 500 221~286 抗大气腐蚀性、水中抗疲劳性能均 好，焊接性良好，焊后不必热处理，铸 造性能尚好，耐泥砂磨损，可用于制作 大型水轮机转轮（叶片）。适用于壁厚 200mm 以下的铸件 注：对于壁厚小于 500mm 的铸件，表中力学性能的相应降低数值，应依据不同制造工艺由双方商定。 G1.2.2 合金铝钢(表 G3-5) 表 G3-5 低合金铸钢件的力学性能和应用举例(JB/T 6402—1992) 力学性能 不小于 冲击吸收功 AKU AKV AKDM 牌 号 热 处 理 截面 尺寸 /mm 屈服强 度σs或 σ0.2/ MPa 抗拉强 度σb/ MPa 伸长率 δ （%） 断面收 缩率y (%) J 硬度 HBS 应用举例 ZG30Mn 正火+回火 — 300 558 18 30 — — — 163 ZG40Mn 正火+回火 ≤100 295 640 12 30 — — — 163 正火+回火 395 590 20 55 — — — 179 ZG40Mn2 调质 ≤100 685 835 13 45 35 — 35 269~302 承受摩擦和 冲击的零件，如 齿轮 ZG50Mn2 正火+回火 ≤100 445 785 18 37 — — — — 高强度零件 ZG20SiMn 正火+回火 调质 ≤100 295 300 510 500~650 14 24 30 — 39 — — 45 — — 156 150~190 焊接及流动性 良好，用作水压 机缸，叶片，阀 ZG35SiMn 正火+回火 调质 ≤100 345 415 570 640 12 12 20 25 24 27 — — — 27 — — 受摩擦的零 件
力学性能不小于 截面 冲击吸收功 牌号热处理尺寸度或/抗拉强伸长率断面收 硬度应用举例 度o6缩率uAu|4v|Ame MPa(%)() 调质≤100395 正火+回火 受载荷较大 6901225 受冲击、磨 ZG3 CrMnSi正火+回火≤103456901430 217损的零件如齿 ZG20MMo正火+回火≤100295 泵壳 zG5 CrMnMo正火+回火≤100 硬度,可作锻 ZG40C 正火+回火≤1003456301826 高强度齿轮 ZG65Mn正火+回火≤100 不规定 球磨机衬板 要求特别高 <150700950-100012 240~290 G34Cr2Ni2Mc 150~250 80095012 重机行走轮、 250~400 80095010 220-270 小齿轮等 齿轮、高压 ZG20CrMo 缸等 齿轮、电炉 ZG35CrIMo 调质 ≤100510740-88012 支承轮 高载荷的零 ZG42CrMo调质100-150490690-83011 27200-250 ZG50CrIMo 调质 ≤100520740-88011 34|220260减速器零件 ZG28NICIM 420630 ZG30NICrMo ZG35NiCrMo 30
28 (续) 力学性能 不小于 冲击吸收功 AKU AKV AKDM 牌 号 热 处 理 截面 尺寸 /mm 屈服强 度σs或 σ0.2/ MPa 抗拉强 度σb/ MPa 伸长率 δ （%） 断面收 缩率y (%) J 硬度 HBS 应用举例 ZG35SiMnMo 正火+回火 调质 ≤100 395 490 640 690 12 12 20 25 24 27 — — — 27 — — 受载荷较大 的零件 ZG35CrMnSi 正火+回火 ≤100 345 690 14 30 — — — 217 受冲击、磨 损的零件如齿 轮 ZG20MnMo 正火+回火 ≤100 295 490 16 — 39 — — 156 受压容器如 泵壳 ZG55CrMnMo 正火+回火 ≤100 不规定 — — — — — — 有一定高温 硬度，可作锻 模 ZG40Cr1 正火+回火 ≤100 345 630 18 26 — — — 212 高强度齿轮 ZG65Mn 正火+回火 ≤100 不规定 — — — — — — 球磨机衬板 ZG34Cr2Ni2Mo 调质 <150 150~250 250~400 700 650 650 950~1000 800~950 800~950 12 12 10 — — — — — — 32 28 20 — — — 240~290 220~270 220~270 要求特别高 的零件，如起 重机行走轮、 小齿轮等 ZG20CrMo 调质 ≤100 245 460 18 30 — — 24 — 齿轮、高压 缸等 ZG35Cr1Mo 调质 ≤100 510 740~880 12 — 27 — — — 齿轮、电炉 支承轮 ZG42Cr1Mo 调质 ~30 30~100 100~150 150~250 250~400 490 690~830 11 — — — 27 200~250 高载荷的零 件 ZG50Cr1Mo 调质 ≤100 520 740~880 11 — — — 34 220~260 减速器零件 ZG28NiCrMo — — 420 630 20 40 — — — — ZG30NiCrMo — — 590 730 17 35 — — — — ZG35NiCrMo — — 660 830 14 30 — — — —
G123不锈耐酸铸钢(表G3-6) 表G3-6不锈耐酸铸钢的力学性能及应用举例(摘自GB/T21001980) 热处理性能特点及应用举例 类型 IPa/MPa(%) 铸造性能较好,有良 好的耐蚀性,可用于承 950℃退火,1050 受冲击负荷,要求韧性 ZGICr13 5604002050 ℃水淬,750℃回火 高的铸件,如泵壳,阀 水轮机转轮或叶片、螺 氏 旋桨等 ZG2Cr13 6304501640600℃油淬,750~800低,焊接性能较差,用 ℃回火(空冷) 途与 ZGICr13相似 如热油液压泵,阀门等 易粗大,韧性较低,在 氧化性酸中具有良好 的耐蚀性,如在温度不 ZGICr17 750-800℃0退火太高的工业用稀硝酸 在草酸中不耐蚀,主 用于制造硝酸的设备、 制造食品和人造纤维 铸造工艺性能与 沸腾的醋酸等还原性 ZGICrl9Mo2 800℃退火 介质中具有良好的耐 蚀性,用于维尼纶,电 影胶片以及造纸机械 铸造性能差,热裂倾 向大,韧性低,在1100 ℃的高温下仍有很好 ZGCr28 850℃退火的抗氧化性,主要用于 硝酸浓缩设备的铸件
29 G1.2.3 不锈耐酸铸钢(表 G3-6) 表 G3-6 不锈耐酸铸钢的力学性能及应用举例(摘自 GB/T 2100—1980) 力学性能≥ 组织 类型 牌 号 σb /MPa σs /MPa δ (%) y (%) a K /(kJ/m2 ) 热 处 理 性能特点及应用举例 ZG1Cr13 560 400 20 50 800 950℃退火，1050 ℃水淬，750℃回火 （空冷） 铸造性能较好，有良 好的耐蚀性，可用于承 受冲击负荷，要求韧性 高的铸件，如泵壳，阀， 水轮机转轮或叶片、螺 旋桨等 马 氏 体 ZG2Cr13 630 450 16 40 600 950℃退火，1050 ℃油淬，750～800 ℃回火(空冷) 比 ZG1Cr13 有更高 的硬度，但耐腐蚀性较 低，焊接性能较差，用 途与 ZG1Cr13 相似， 如热油液压泵，阀门等 ZG1Cr17 400 250 20 30 — 750~800℃退火 铸造性能较差,晶粒 易粗大，韧性较低，在 氧化性酸中具有良好 的耐蚀性，如在温度不 太高的工业用稀硝酸。 在草酸中不耐蚀，主要 用于制造硝酸的设备、 制造食品和人造纤维 工业用的设备。 ZG1Cr19Mo2 400 — — — — 800℃退火 铸造工艺性能与 ZG1Cr17 相似，磷酸与 沸腾的醋酸等还原性 介质中具有良好的耐 蚀性，用于维尼纶，电 影胶片以及造纸机械 用的铸件 铁 素 体 ZGCr28 350 — — — — 850℃退火 铸造性能差，热裂倾 向大，韧性低，在 1100 ℃的高温下仍有很好 的抗氧化性，主要用于 不受冲击载荷的高温 硝酸浓缩设备的铸件 如泵、阀等