1.碳素钢
在工业上使用的钢铁材料中，碳素钢（简称碳钢）占有重要的地位。由于碳钢容易冶炼和加工，并具有一定的力学性能，加之价格低廉，所以应用广泛。
（1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由代表材料屈服点的拼音字母“Q”和屈服强度值（/MPa）以及规定的质量等级符号、脱氧方法等符号组成。质量等级分A、B、C、D，其中A级质量最低，D级最高；脱氧方法有F（沸腾钢）、B（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。表2-3列出了碳素结构钢的牌号、力学性能和用途。
表2-3 碳素结构钢的牌号、力学性能和用途
（2）优质碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号由两位阿位伯数字或阿拉伯数字与特性符号组成。以两位阿拉伯数字表示平均碳的质量分数（以万分之几十计）。较高含锰量的优质碳素结构钢，在数字后加锰元素的符号“Mn”；高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”。表2-4列出了优质碳素结构钢的牌号、力学性能和用途。
表2-4 优质碳素结构钢牌号、力学性能和用途
（3）碳素工具钢 碳素工具钢牌号一般由代表碳的符号“T”与阿拉伯数字组成，其中数字表示平均碳的质量分数（以千分之几十计）。碳素工具钢一般以退火状态供应，使用时须进行适当热处理。表2-5列出了碳素工具钢的牌号、硬度和用途。
表2-5 碳素工具钢的牌号、硬度和用途
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（4）铸钢 许多形状复杂的零件，不便于通过锻造等方法加工成形，用铸铁时性能又难以满足要求，此时常常选用铸钢来获取毛坯件。铸钢在重型机械制造业中应用非常广泛。铸钢的牌号由铸钢代号“ZG”与表示力学性能的两组数字组成：第一组数字代表最低屈服强度值；第二组数字代表最低抗拉强度值。表2-6列出了铸钢牌号、力学性能和用途。
表2-6 铸钢牌号、力学性能和用途
2.合金钢
碳钢成本低廉，经过热处理后，力学性能得到不同程度的改善和提高。但碳钢的淬透性比较差，强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的要求。为提高碳钢的性能，在碳钢中加入锰、铬、硅、镍、钨、钒、钼、钛、硼、铝、铜和稀土等合金元素，所获得的钢种称为合金钢。由于合金元素与铁、碳以及合金元素之间的相互作用，改变了碳钢的内部组织结构，从而能提高和改善钢的性能。图2-3所示为合金钢的种类。
（1）合金结构钢 低碳合金结构钢的牌号与碳素结构钢牌号的规定相同；其他合金结构钢及牌号与优质碳素结构钢相同，只不过在其后再加上主要合金元素符号和数字来表示。表2-7列出了合金结构钢的牌号、力学性能和用途。
图2-3 合金钢的种类
表2-7 合金结构钢牌号、力学性能和用途
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（2）合金工具钢 在碳素工具钢的基础上，加入一定种类和数量的合金元素，用来制造各种刃具、量具和模具等用途的合金钢，就是合金工具钢。合金工具钢的牌号以“一位数字（或没有数字）+元素+数字+…”表示。钢号前表示其平均碳的质量分数是一位数字，为其千分数。如果平均碳的质量分数＜1.0%时，则在钢号前以千分之几表示它的平均碳的质量分数；当碳的质量分数≥1.0%时，则不予标出。高速钢例外，如W18Cr4V平均碳的质量分数为0.7%～0.8%，而牌号前并不写8。
1）合金刃具钢。合金刃具钢主要用来制造车刀、铣刀、丝锥、钻头、板牙等刃具。对合金刃具钢的基本性能要求是高硬度、高耐磨性、高热硬性以及足够的塑性和韧性。表2-8列出了合金刃具钢的牌号、硬度和用途。
表2-8 合金刃具钢的牌号、硬度和用途
2）合金模具钢。合金模具钢是专门用来为机械、仪表等工业企业制造模具用钢。模具钢按使用状态分成两类：一类是用于冷成形的冷作模具钢，工作温度不超过200～300℃；另一类是用于热成形的热作模具钢，模具表面温度可达600℃以上。表2-9列出了常用合金模具钢的牌号、硬度和用途。
表2-9 常用合金模具钢的牌号、硬度和用途(www.xing528.com)
3）特殊性能钢。特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能，并可在特殊环境下工作的合金钢。牌号与合金工具钢的编法基本相同。表2-10列出了特殊性能钢的牌号、硬度和用途。
表2-10 特殊性能钢的牌号、硬度和用途
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3.铸铁
铸铁是碳的质量分数大于2.11%，一般为2.5%～5%并且含有较多的Si、Mn、S、P等元素的多元铁碳合金。它与钢相比，虽然抗拉强度、塑性、韧性较低，但是具有的优良铸造性能、切削加工性能、减振性能、耐磨性能和价格低廉等优点，在工业上的应用十分广泛。按重量计算，机床中铸铁零件约占60%以上。铸铁的种类较多，限于篇幅，仅介绍应用较广的灰铸铁和球墨铸铁。
（1）灰铸铁 灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，因此在生产中应用最为广泛，约占铸铁总量的80%。
灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨。石墨的存在使灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧性都明显低于碳钢。而灰铸铁的抗压强度和硬度与石墨无关，因而灰铸铁的抗压强度明显高于其抗拉强度（约为抗拉强度的4倍）。石墨的存在，也使灰铸铁的铸造性能、减磨性、减振性和切削加工性都优于碳钢。灰铸铁的牌号由“HT+数字”组成，其中“HT”是灰铁二字的拼音字首，数字表示30mm单铸试棒的最低抗拉强度值。常见灰铸铁的牌号、力学性能和用途见表2-11。
表2-11 灰铸铁的牌号、力学性能和用途
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由表2-11可以看出，灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关。这是由于铸件壁厚增加使冷却速度降低，造成基体组织中铁素体（软）增多而珠光体（较硬）减少的缘故，因此在选择铸件时，要注意到铸件壁的厚度。
（2）球墨铸铁 球墨铸铁是通过在浇注时，向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理而得到的。球化剂可使石墨呈球状结晶。经过孕育处理后，使球墨数量增加，球径减小，形状圆整，分布均匀，显著地改善了铸铁的力学性能。球墨铸铁的牌号由“QT+数字-数字”组成，其中“QT”是球铁二字汉语拼音字首，其后第一个数字代表最低抗拉强度，第二个数字代表最小拉断后的伸长率。表2-12列出了球墨铸铁的牌号、力学性能和用途。
表2-12 球墨铸铁的牌号、力学性能和用途
4.非铁金属材料
通常把铁及其合金（钢和铸铁）称为钢铁材料，而其外的所有金属统称为非铁金属材料。非铁金属材料具有很多钢铁材料所不具备的优点，也是产品制造中不可缺少的重要材料。非铁金属材料的强度和硬度都比较低，可加工性能良好。本章只简要介绍应用较多的铝和铝合金、铜和铜合金。
（1）铝和铝合金 铝和铝合金在工业上是仅次于钢的一种重要金属，也是应用最广泛的一种非铁金属材料。
工业上使用的纯铝（Al）呈银白色，熔点660℃，除了Mg和Be之外，铝是最轻的。纯铝导电性、导热性好，在大气中有良好的耐蚀性，强度、硬度很低，塑性很高，可铸造、压力加工、机械加工成各种形状。纯铝因强度低，一般不作结构材料使用。纯铝适宜制作电线、电缆及对强度要求不高的用品和器皿。本书不多作介绍。
而铝合金则不同，向铝中加入适量的Si、Cu、Mg、Mn等合金元素，进行固溶强化得到的铝合金，其强度要比纯铝高很多倍，因此铝合金的机械零件数量和品种很多。表2-13列出了部分铝合金的牌号、力学性能和用途。
表2-13 部分铝合金的牌号、力学性能和用途
（2）铜和铜合金 铜金属族中有纯铜、黄铜和青铜。纯铜又称为紫铜；黄铜中有普通黄铜和特殊黄铜之分；除此而外的铜合金都叫做青铜。表2-14列出了部分铜及铜合金的牌号、力学性能和用途。
表2-14 部分铜及铜合金的牌号、力学性能和用途
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