1.2 常用金属材料
常用的金属材料包括：黑色金属，即铁和以铁为基体的合金，如钢、铸铁等，是现代工业应用最为广泛的金属材料；有色金属（又称非铁金属），如铜和铜合金、铝和铝合金等。
1.2.1 钢
工业上将含碳量小于2.11%的铁碳合金称为钢。下面简单介绍几种常用钢的牌号、性能和用途。
1.碳素钢
碳素钢也称为碳钢，它除含铁、碳外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氮和氢等元素。碳钢具有良好的力学性能和工艺性能，并且冶炼方便，价格便宜，所以应用十分广泛。
碳素钢的分类方法有多种，按照钢的含碳量可以分为：低碳钢（含碳量小于等于0.25%）、中碳钢（含碳量在0.25%～0.6% 之间）和高碳钢（含碳量大于等于0.6%）；按照钢的冶炼质量（即钢中杂质硫、磷的含量）可以分为普通碳素钢（S≤0.055%，P≤0.045%）、优质碳素钢（S≤0.04%，P≤0.04%）和高级优质碳素钢（S≤0.03%，P≤0.035%）；按照钢的用途可以分为碳素结构钢、碳素工具钢和特殊性能用钢。在实际使用中，钢厂在给钢的产品命名时，往往将成分、质量和用途这三种分类方法结合起来，如优质碳素结构钢、高级优质碳素工具钢等。
（1）普通碳素结构钢 含碳量在0.06%～0.38% 之间，硫、磷的含量较高，一般在供应状态下使用，不需进行热处理。
牌号用 Q+数字表示，“Q”表示屈服点，数字表示屈服强度的数值，单位为 MPa。若牌号后标注字母A、B、C、D，则表示钢材中硫、磷的质量分数不同，其中 A 级钢含硫、磷的质量分数最高，钢材质量最低。
普通碳素结构钢价格便宜、产量较大，大量用于金属结构和机械零件，主要用于制造各种型钢、薄板、焊接件、螺钉、螺母、垫圈等一些力学性能要求不高的机器零件。典型牌号为 Q235A。
（2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢中的杂质元素含量较少，表面质量、组织结构的均匀性较好。具有较好的综合力学性能，并可经过热处理进一步改善力学性能，常用于制造各种机器零件和工程构件，如齿轮、轴、连杆等。
牌号用两位数字表示钢的平均碳的质量分数（含碳量）的万分数，如20钢表示含碳量为0.2%。典型牌号40钢、45钢。
（3）优质碳素工具钢 牌号为 T+数字，数字表示钢的平均碳的质量分数的千分数，如T7表示含碳量0.7%。主要用于制造各种刀具、模具和量具。典型牌号 T7、T8、T10等。
2.合金钢
为了提高钢的性能，在碳素钢的基础上加入各种合金元素所获得的钢种。
（1）合金结构钢 牌号用两位数字（平均碳的质量分数的万分数）+合金元素符号+数字（合金元素质量分数，小于1.5% 不标；1.5%～2.5% 标2；2.5%～3.5% 标3，其余依次类推）表示。如40Cr，表示含碳量0.4%，含铬量 ＜1.5%。
合金结构钢的力学性能高于碳素结构钢，包括低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢等。在制造机械零件、工具、模具以及特殊性能工件方面有广泛应用。
（2）合金工具钢 当平均碳含量≥1.0% 时，不标出碳含量，牌号用元素符号+数字（合金元素质量分数）表示，如 Cr12；当平均碳含量＜1.0% 时，以碳质量分数的千分之几表示。如9Mn2V，表示碳的质量分数为0.9%，Mn 含量为2%，钒含量＜1.5%。
高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为 W18Cr4V，其碳的平均质量分数为0.7%～0.8%。
（3）特殊性能钢 具有特殊的物理性能和化学性能，或作特殊用途的钢称为特殊性能钢。如不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢等。
牌号与合金工具钢的表示方法相同，例如不锈钢2Cr13，其平均碳含量为0.2%，Cr 的平均质量分数为13%。
当钢中含碳量≤0.01%时，牌号前加0；当钢中含碳量≤0.03%时，牌号前加00。例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。
（4）特殊专用钢 为表示钢的用途，在钢的牌号前加以汉语拼音字母，而不标明含碳量。例如滚动轴承钢前面标注“G”，如 GCr15SiMn。
1.2.2 铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%，并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的抗拉强度较低，韧性和塑性差，不能锻造。但铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，且具有良好的铸造性能、切削加工性、减震性、减磨性，因此应用广泛。
铸铁中的碳以渗碳体或游离态的石墨形式存在，按照碳的存在形式可分为如下几种。
1.白口铸铁
碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳体形式存在，断口呈银白色，硬度高、脆性大、难切削，工业上很少直接用于制造机器零件，一般用作可锻铸铁的坯件。
2.麻口铸铁
碳既以化合状态的渗碳体形式存在，又以游离状态的石墨形式存在，断口夹杂着银白色的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。
3.灰铸铁
碳大部分或全部以游离态的片状石墨存在于铸铁中，断口呈灰色。硬度较低，塑性和韧性较差，但铸造性能和切削性能较好。主要用于制造机床床身、齿轮箱、刀架等（如箱体等）。灰铸铁的牌号为 HT+数字，数字表示最低抗拉强度（单位 MPa）。典型牌号有HT200、HT300等。
4.可锻铸铁
石墨以团絮状存在于铸铁中，性能优于灰铸铁（但并不可锻），工艺复杂。主要用于制造具有一定承载能力的结构件。可锻铸铁的牌号为 KT+字母+数字，字母表示类别，数字表示最低抗拉强度和最低伸长率。典型牌号有 KTH350-10。
5.球墨铸铁（球铁）
石墨以球状存在于铸铁中，性能在铸铁中最好，综合力学性能接近钢，在冲击负荷不大时可代替钢（如柴油机曲轴）。主要用于制造受力比较复杂的零件，如曲轴、齿轮、连杆等。球墨铸铁的牌号为 QT+数字，数字表示最低抗拉强度和最低伸长率。典型牌号有 QT450-10。
6.蠕墨铸铁
石墨以蠕虫状存在于铸铁中，力学性能明显优于灰铸铁、劣于球铁，加工性能等优于球铁。常用于生产汽缸套、汽缸盖、液压阀等铸件。典型牌号有 RuT300等。
1.2.3 有色金属及其合金
1.铝及铝合金
（1）纯铝 纯铝为银白色轻金属，具有良好的导电性、导热性和抗大气腐蚀能力，较好的塑性和加工工艺性，但强度和硬度较低，不适宜制造承受载荷的结构零件。
（2）变形铝合金 具有较高的强度和良好的塑性，可以通过压力加工制造各种型材。常用的有防锈铝合金（LF）、硬铝铝合金（LY）和锻铝铝合金（LD）。
（3）铸造铝合金 具有良好的铸造性能和抗蚀性，广泛应用于航空、仪表以及机械制造等工业部门。按照主加元素的不同，可以分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。
铸造铝合金的牌号为 ZL+三位数字表示，第一位数字表示合金类别，如1表示铝硅合金、2表示铝铜合金、3表示铝镁合金、4表示铝锌合金，后两位数字表示铝合金的顺序号。如ZL102表示2号铝硅铸造铝合金。
2.铜及铜合金
（1）纯铜 纯铜（又称紫铜），具有良好的导电性、导热性和抗大气腐蚀能力，较好的塑性，易于进行冷、热压力加工。常用于制造电线、电缆、电刷、铜管、铜棒和配制合金，不适宜制造受力较大的机器零件。
（2）黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜，按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。
普通黄铜（Cu—Zn）：铜和锌的合金，锌加入铜中提高了强度、硬度、塑性和耐蚀性，并改善了铸造性能和切削性能。牌号为H+数字，数字表示铜的平均含量百分数。常用于制造弹壳、热交换器等零件。
特殊黄铜：是在普通黄铜的基础上加入少量 Mn、Si、Pb、Sn、Al 等元素，具有更好的力学性能和耐蚀性。特殊黄铜可分为压力加工用黄铜和铸造用黄铜两种。压力加工黄铜加入的合金元素较少，以保证其具有足够的变形能力。而铸造黄铜对塑性要求不高，为提高其强度和铸造性能，可加入较多的合金元素。特殊黄铜的牌号为H+主加元素符号+数字，数字依次为铜和主加元素的平均含量百分数。典型牌号： H96（加工黄铜），HPb60—1（特殊黄铜），ZH（铸造黄铜）。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。
（3）青铜 除了黄铜和白铜以外的其他铜合金统称为青铜。按主加元素的不同可以分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。青铜也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
压力加工青铜的牌号为 Q+主加元素符号和含量+其他加入元素含量，例如 QAl5表示平均 Al 含量为5% 的铝青铜。铸造青铜的牌号用 ZCu+主加元素符号和含量+其他加入元素符号和含量表示。例如 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1表示平均含 Sn 量为3%、含 Zn 量为8%，含Pb量为6%、含 Ni 量为1%的铸造青铜。
