汽车中常用的金属材料介绍

任务介绍

工业上常用的金属材料分为铁基金属材料（黑色金属）和非铁基金属材料（非铁合金）两大类。铁基金属指钢和铸铁，非铁基金属则包括钢铁以外的金属及合金。在汽车行业中应用最广的是铁基金属材料，即钢和铸铁。

以铁（Fe）为主要元素的铁碳合金统称为钢铁材料，它是由多种元素组成的多成分的复杂合金，但基本的两种元素是由铁和碳，因此通常称为铁碳合金。

以铁为主要元素，碳的质量分数小于2.11％，并含有其他杂质元素的金属材料称为钢。碳的质量分数大于2.11％的铁碳合金称为铸造生铁，简称铸铁。钢按化学成分可分为非合金钢（碳钢或碳素钢）、低碳钢和合金钢3类；按用途又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。其中，非合金钢价格低廉，工艺性能好，力学性能能够满足一般工程和机械制造的使用要求，是机械工业中用量最大的金属材料。但工业生产不断对钢提出更高的要求，为了提高钢的力学性能，改善钢的工艺性能和得到某些特殊的物理、化学性能，通常有目的地向钢中加入某些合金 元素，得到合金钢。

学习目标

1.掌握汽车常用钢的性能、牌号及应用。

2.掌握铸铁的种类、性能及在汽车中的应用。

相关知识

一、非合金钢

非合金钢是碳的质量分数大于0.0218％小于2.11％，且不含合金元素或含少量合金元素的铁碳合金，又称碳素钢或碳钢，在汽车、拖拉机行业中应用广泛。实际使用的碳素钢中，由于冶炼的原因，其都少量地含有硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等杂质元素，这些元素会对碳钢的性能产生一定的影响，因此对其在钢中的质量分数均有严格的控制。

1.碳及几种杂质元素对非合金钢性能的影响

（1）碳

碳是决定钢性能的主要元素。碳的质量分数对钢的加工工艺性能也有较大的影响。碳的质量分数低的钢具有强度低、塑性好、容易锻造和冷加工成形等特点。并且碳的质量分数低的钢焊接性能良好，采用一般的焊接方法就能获得良好的焊接质量。反之，碳的质量分数高的钢，塑性变形抗力增加、塑性变形能力差、不易冷加工成形；钢中随着碳的质量分数增大其可焊接性能逐渐变差。

（2）硅

在一定范围内，硅在钢中也是一种有益元素。它能与钢液中的氧化合形成二氧化硅（SiO2），再与其他氧化物（FeO、MnO、A12O3）结合形成硅酸盐钢渣，降低钢的氧的质量分数，可使钢质致密。硅在碳钢中的质量分数一般小于0.5％，它能溶于铁素体，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。

（3）锰

锰是炼钢时作为脱氧除硫元素，以锰铁合金形式加入钢中的。锰具有很好的脱氧能力，它与钢液中的氧结合，形成氧化锰（MnO）进入钢渣，降低钢中氧的质量分数，从而改善钢的质量。锰的另一个重要作用是与硫化合，形成硫化锰（MnS），以消除硫在钢中的有害作用。锰也能溶于铁素体和渗碳体形成（FeMn）3C，提高钢的强度和硬度，但也降低了钢的塑性。当碳素钢中锰的质量分数为0.5％～0.8％时，锰在钢中为有益元素。锰的质量分数高于0.8％，可使钢成为各种性能不同的合金钢。

（4）硫

硫是随同生铁、废钢和燃料进入钢中的有害元素。硫在钢中不溶于铁，而以FeS形式存在，其熔点为1190℃，而FeS还会与Fe反应形成熔点只有985℃的共晶硫化物（FeS-Fe）分布在晶界上。当对钢铁材料进行轧制和锻造热加工时，由于钢材的热压加工温度高于共晶硫化物的熔点，从而造成共晶硫化物在晶界熔化引起钢材的开裂，这种现象称为热脆。

硫在钢中的质量分数应有严格的控制。普通钢中硫的质量分数不得大于0.05％，优质钢和高级优质钢中硫的质量分数应分别小于0.04％和0.03％。

（5）磷

磷也是随同矿石、生铁和废钢进入钢中的有害元素。磷在钢中全部溶入铁素体中，可使钢的强度、硬度有所提高，但同时使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，低温时下降得更为严重。这种在低温时使钢严重变脆的现象称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制，一般规定其含量不大于0.05％。在易切削钢中适当地提高硫、磷的质量分数，增加脆性，可以提高切削效率，延长刀具寿命。

2.非合金钢的分类

非合金钢的分类方法很多，可按碳的质量分数、冶炼质量及用途等进行分类。下面介绍几种主要的分类方法。

（1）按钢中碳的质量分数分类

低碳钢：碳的质量分数低于0.25％，在建筑上应用很广，如钢筋、普通型钢等。

中碳钢：碳的质量分数为0.25％～0.60％，可用于制造传动机件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。

高碳钢：碳的质量分数高于0.6％（一般不高于1.3％），主要用于制造工具，如锉刀、斧子及锯等。

（2）按钢的冶炼质量分类

根据钢的冶炼质量即根据钢中有害杂质元素的质量分数的多少分类。碳钢通常分如下3类。

普通碳素钢：钢中硫、磷质量分数分别不高于0.055％和0.045％。

优质碳素钢：钢中硫、磷质量分数均小于0.035％。

高级优质碳素钢：钢中硫、磷质量分数分别不高于0.020％和0.030％。

（3）按钢的用途分类

碳素结构钢：主要用于制造机械零件和工程构件（如齿轮、轴、螺钉、桥梁、建筑等的构件）。其碳的质量分数在0.70％以下。

碳素工具钢：主要用于制造刀具、量具、模具。这类钢都是高碳钢，一般碳的质量分数为0.7％～1.35％。

（4）按冶炼时的脱氧程度分类

沸腾钢：脱氧不完全的钢。

镇静钢：脱氧比较完全的钢。

半镇静钢：介于沸腾钢与镇定钢之间。

3.汽车中常用的非合金钢

（1）普通碳素结构钢

普通碳素结构钢简称普通碳钢。普通碳钢的牌号由“屈”字的汉语拼音首字母Q、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等部分按顺序组成。其中，质量等级符号为A、B、C、D，其硫和磷等杂质的质量分数依次降低；脱氧方法用F（沸腾钢）、B（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）表示，在牌号表示时Z与TZ代号可以省略不写。沸腾钢、半镇定钢、镇静钢、特殊镇静钢的区别在于脱氧程度不同。其中，沸腾钢脱氧程度最差、镇静钢脱氧程度中等、特殊镇静钢脱氧程度最好。脱氧程度越好的钢其组织更加致密均匀，但是制造成本也越高。

例如，Q215-AF，代表屈服强度σb≤215MPa，质量为A级的沸腾碳素结构钢。

普通碳钢中含硫、磷及其他非金属杂质较多，但其价格低廉、产量高，所以大量用于金属结构或汽车上要求不高的零件。Q195、Q215、Q235等几种钢的塑性较高，焊接性能良好，适用于金属构件的制造，如拉杆、连杆、转轴等；而Q255、Q275钢的强度较高，适用于制造承受中等载荷的机械构件，如建筑、桥梁等工程质量要求较高的焊接结构件，以及摩擦离合器、主轴、制动器钢带、吊钩等。

（2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢中有害杂质硫、磷的质量分数较低，既保证了钢的化学成分，又保证了钢的力学性能。这类钢多在热处理后广泛用于制造要求较高的零件。该类钢按冶金质量分为优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。

优质碳素结构钢的牌号表示为用两位数字代表钢中平均碳的质量分数，以0.01％为单位，即这两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数，锰的质量分数则不需表示。例如，15钢，表示碳的质量分数大约为0.15％的优质碳素结构钢。又如，40钢，40表示钢中平均碳的质量分数为0.40％，其钢号写成40钢。

当钢中锰的质量分数较高（0.7％～1.2％）时，牌号中用两位数字表示钢中平均碳的质量分数，以0.01％为单位，并在这两位数字后面标上“锰”字或元素符号“Mn”。

例如，15Mn（或15锰），其中15表示该钢中平均碳的质量分数为0.15％，并且锰的质量分数在0.7％～1.2％范围内的优质碳素结构钢。

08F、08、10等钢中碳的质量分数较低、塑性好，广泛应用于冲压成形构件，如汽车驾驶室外壳、油箱等。

15、20等钢塑性好，有良好的冲压性能和焊接性能，用于冷冲压构件和需经过热处理（如渗硬、氮化），尺寸较小但需承受一定载荷的零件，如变速叉等。

30、35、40、45等钢经调质处理后具有良好的综合力学性能，广泛应用于曲轴、齿轮、凸轮轴、从动轴等零件的制造。

60、65、65Mn钢属于碳素弹簧钢，这类钢经过热处理后，可用于要求具有较高韧性和强度的弹性零件或耐磨零件。

（3）碳素工具钢

碳素工具钢中碳的质量分数为0.65％～1.35％，一般需要热处理后使用。这类钢经热处理后具有较高的硬度和耐磨性，主要用于制作低速切削刃具，以及对热处理变形要求低的一般模具。其按质量分为优质碳素工具钢和高级优质碳素工具钢两种。

碳素工具钢的牌号由T（“碳”字汉语拼音首字母）和数字组成。数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数。例如，T8钢，表示平均碳的质量分数为0.8％的碳素工具钢。若牌号末尾加“A”，则表示为高级优质钢，如T10A。

碳的质量分数稍低的T7、T8用于制作冲头、锤子、手锯等；碳的质量分数较高的T9～T11用于制作车刀、钻头、冲模等；碳的质量分数高的T12、T13用于制作量块、塞规、刮刀等。

（4）铸钢

铸钢又称铸造碳钢，其中碳的质量分数为0.15％～0.60％，铸钢的力学性能有些已达到或接近轧制碳素钢的性能，而且随着铸造工艺的提高，铸件成品率也很高，并且锻造无法生产的形状复杂、尺寸大的工件，用铸造的方法却很容易实现，因此铸钢件在重型机械、冶金设备、运输机械等各个领域得到广泛应用。

铸钢牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音首字母“ZG”代表。用化学成分表示时，在“ZG”后面标出一组数字，用以表示该铸钢中碳的平均质量分数，以0.01％为单位（平均碳的质量分数大于1％时不标出，平均碳的质量分数小于0.1％时第一位数字为0）；用力学性能表示时在“ZG”后面标出两组数字，以表示屈服强度和抗拉强度的最小值。例如，ZG230-450表示屈服强度最小值为230 MPa、抗拉强度最小值为450MPa的工程用铸钢。ZG15Cr1Mo1V表示平均wC=0.15％、wCr=1％、wMo=1％、0.2％<wV<0.3％的铸钢。

ZG200-400和ZG230-450两类工程铸钢因塑性、韧性较好，并有一定的焊接性能，所以被应用于阀体、机架、大型减速器外壳等构件的制造。

ZG270-500、ZG310-570强度和切削加工性能比较好，应用于制动轮、轧辊、轧钢机机架、大齿轮、曲轴、横梁等零件制造。

ZG390-640强度与硬度较高、耐磨性好、焊接性差、裂纹倾向性大，一般用于需要耐磨的棘爪、叉头等零件的制造。

（5）易切削结构钢

在碳钢的基础上，加入一种或几种合金元素，使其具有易切削性能，以适应切削加工自动化、高速化和精密化的需要。目前常加入的合金元素有硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、钙（Ca）、硒（Se）、碲（Te）等。易切削结构钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以“Y”以区别其他结构钢。例如，Y20表示平均碳的质量分数为0.2％的易切削结构钢。

易切削结构钢主要用于采用高效专用自动机床加工的零件，如汽车中大量应用的螺栓、螺母、小型销轴等标准件，也可用于轻型汽车的轴、齿轮、曲轴等。

二、合金钢

碳素钢的冶炼、加工简单，价格低廉，但是碳素钢淬透性差，缺乏良好的综合性能，无法满足一些重要零件的要求。此外，碳素钢缺乏一些特殊的性能，如耐热性、耐蚀性等。因此，现代工业汽车制造中仍广泛使用合金钢。

合金钢就是在碳钢的基础上，为使钢的力学性能提高或获得某些特殊的物理化学性能而特意加入含量在一定范围的一种或多种元素而形成的一类钢。加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬（Cr）、锰（Mn）、镍（Ni）、硅（Si）、铝（A1）、硼（b）、钨（W）、钼（Mo）、钛（Ti）、钒（V）、钴（Co）及稀土元素（RE）等。

1.合金元素对合金钢性能的影响

合金元素在钢中的作用是非常复杂的，而且各种不同合金元素对合金钢性能的影响也不相同。但总括起来，合金元素对合金钢的性能产生以下几个方面的影响：合金元素的质量分数适当时，可使钢的韧性提高；合金元素可提高合金钢的硬度和耐磨性；合金元素能细化晶粒，改善钢的淬透性和力学性能。因此，在获得同样淬硬层深度的情况下可以采用冷却能力较低的淬火冷却介质，这样可减少形状复杂零件在淬火时的变形和开裂；在淬火条件相同的条件下，合金钢可获得较深的淬硬层，从而得到较高的力学性能；与碳素钢相比，在相同的回火温度下，合金钢比同样碳的质量分数的碳素钢具有更高的硬度和强度。因此，在相同强度要求下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，使韧性更好。

但应注意，使用合金钢时要进行热处理，以便充分发挥合金元素的作用。另外，合金钢的优点虽多，但也存在一些缺点，如合金钢的冲压、切削性能一般比较差；成本较高，价格较贵。因此，使用金属材料时，在满足零件性能要求的前提下应尽量使用碳钢。

合金钢按合金元素的质量分数分为低合金钢、合金钢；按用途又可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。

2.汽车中常用的合金钢

（1）低合金结构钢

低合金结构钢虽然是一种低碳（WC为0.1％～0.25％）、低合金（一般合金元素总的质量分数小于3％）的钢，但由于合金元素的强化作用，这类钢比相同碳的质量分数的碳素结构钢的强度（特别是屈服强度）要高得多，并且具有良好的塑性、韧性和焊接性，在大气和海水中的耐蚀性也比碳素钢好。

合金结构钢主要用于制造工程结构，如桥梁、船舶、汽车和大型钢结构等。对于汽车上的零件，如汽车大梁、球头销、活塞销、汽油箱托架、半轴齿轮及气缸盖螺栓等，要求具有良好的综合力学性能。若用低合金结构钢代替普通碳素结构钢，在同样的承载能力下，至少可使结构零件的质量减小20％～30％。常用低合金结构钢有Q235、Q345、Q460等。

（2）合金结构钢(www.xing528.com)

合金结构钢的牌号用“两位数字（碳的质量分数）+合金元素符号+数字”来表示。前两位数字表示钢的平均碳的质量分数的万分数，元素符号表明钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示该合金元素平均质量分数的百分数。当平均质量分数小于1.5％时，不标该合金的质量分数。如果质量分数为1.5％～2.5％、2.5％～3.5％、3.5％～4.5％等，则相应地用平均质量分数2、3、4等表示。例如，40Cr表示平均碳的质量分数为0.4％，平均铬的质量分数小于1.5％的合金结构钢。60Si2Mn表示平均碳的质量分数为0.6％，平均硅的质量分数为2％（即1.5％～2.5％），平均锰的质量分数小于1.5％的合金结构钢。

1）合金渗碳钢。合金渗碳钢是用来制造既要有优良的耐磨性、耐疲劳性，又要承受冲击载荷的作用而有足够高的韧性和足够高强度的零件。例如，汽车上传动系的齿轮、万向节十字轴、活塞销、气门挺杆及凸轮轴等一般用合金渗碳钢制造。

合金渗碳钢的碳的质量分数为0.10％～0.25％，以保证芯部有足够高的塑性和韧性，加入铬（Cr）、镍（Ni）、锰（Mn）、钒（V）、钛（Ti）等合金元素是为了提高钢的淬透性和细化晶粒，进而提高力学性能。

20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢，用于制造汽车的变速齿轮、轴、活塞销等零件。

2）合金调质钢。合金调质钢是用来制造一些受力复杂的重要零件（如汽车上的半轴、连杆、万向节叉及变速器二轴等），它们既要有很高的强度，又要有良好的塑性和韧性。

合金调质钢的碳的质量分数一般为0.25％～0.50％。碳的质量分数过低，则硬度不足；碳的质量分数过高，则韧性不好。加入合金元素的目的也是增加钢的淬透性、细化晶粒以提高强度和综合力学性能。

合金调质钢的热处理工艺是调质，故称为合金调质钢。调质后零件有良好的综合性能。若零件表面有耐磨性要求，调质后再进行表面淬火或化学热处理。

40Cr、40MnB适用于中等截面的结构件，如汽车连杆螺栓、后桥半轴等；40CrNiTi、37CrNi3适用于大截面、承受大载荷的重要构件，如中间轴、曲轴等。

3）合金弹簧钢。弹簧利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，或依靠弹性储能来起驱动作用的。因此，用于制造弹簧的材料应具有高的弹性极限、高的疲劳强度、抗拉强度及足够的塑性和韧性。

合金弹簧钢碳的质量分数一般为0.45％～0.75％。若碳的质量分数过高，则塑性和韧性降低，疲劳极限下降。加入锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）等元素主要是为了提高淬透性和增强弹性。对于有重要用途的合金弹簧钢，必须加入铬（Cr）、钒（V）、钨（W）等，它们不仅可提高钢的淬透性，还可减少钢在加热时的过热敏感性，使钢具有更高的高温强度和韧性。此类钢的热处理一般为淬火加中温回火。

65Mn、55Si2Mn用于制造截面直径不大于25mm的各种螺旋弹簧和钢板弹簧。

4）滚动轴承钢。滚动轴承钢是用来制造各种滚动轴承的滚动体和套圈的，也用来制造各种工具（如丝锥、板牙、铰刀等）和耐磨零件（如一些量具、柴油机上的喷油泵柱塞、喷油嘴的针阀等）。

GCr15表示滚动轴承钢（G是“滚”字的汉语拼音首字母），铬的质量分数为1.5％，碳的质量分数均在0.95％～1.15％。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示铬的质量分数的千分数，其他元素仍按百分数表示。GCr15是轴承钢中应用最多的钢，主要用于制造壁厚小于12mm、外径小于50mm的套圈，直径为25～50mm的钢球。

（3）合金工具钢

合金工具钢是在碳素工具钢的基础上为了提高钢的一些特有性能再加入适量合金元素形成的钢。合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。

合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳的质量分数的表示方法。当碳的质量分数小于1％时，首部只用一位数字表示平均碳的质量分数的千分数；当碳的质量分数不小于1％时，不予标出。例如，9SiCr表示平均碳的质量分数为0.9 ％，平均硅的质量分数小于1.5％，平均铬的质量分数小于1.5％的合金工具钢。

但应注意，高速钢（是一种高合金工具钢）和其他一些高合金钢，即使碳的质量分数小于1％，也不标注碳的质量分数。例如，W18Cr4V表示碳的质量分数小于1.0％（0.7％～0.8％），钨的质量分数为18％，铬的质量分数为4％，钒的质量分数小于1.5％的高速钢。

高速钢又称白钢或锋钢，属于高碳合金钢。加入大量碳及合金元素，使它具有较高的硬度、强度和耐磨性。常用的高速钢有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。前者通用性强，能满足一般要求，但热硬性较差且价格高，主要用于制造截面较小的刀具和普通钻头；后者的特点是价格相对较低，用来制造钻头、滚刀、铣刀及大截面的刀具。

一般SCrNiMo、SCrMnMo、4CrW2Si等常用于制作热锻模，3Cr2W8V钢常用于制作挤压模和压铸模。

量具如游标卡尺、千分尺、塞规、样板等，是测量工件的工具。它们的工作部分要求高硬度、高耐磨性和高的尺寸稳定性及足够的韧性。常用的合金量具钢有CrMn、CrWMn等。

（4）特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢，用来制造有特殊性能要求的零件。这类钢种类很多，常用的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢。

特殊性能钢牌号的表示方法与合金工具钢牌号的表示方法基本相同。首部的数字表示平均碳的质量分数的千分数，当平均碳的质量分数小于千分之一时，用0表示。例如，3Cr13表示碳的质量分数为0.3％，铬的质量分数为13％。0Cr18Ni9表示碳的质量分数小于0.1％，平均铬的质量分数为18％，平均镍的质量分数为9％。

此外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用途，在钢的牌号前冠以汉语拼音首字母，而不标碳的质量分数（因其碳的质量分数一般不小于1.0％），合金元素的质量分数的标注也特殊。

1）不锈钢。不锈钢是指在腐蚀介质（空气、水、酸、碱类溶液或其他介质）中具有高的抗腐蚀能力的钢。常用的有铬不锈钢和铬镍不锈钢。

铬不锈钢中铬的质量分数在12％以上，碳的质量分数一般为0.18％～0.40％。铬的质量分数越高，耐蚀性越好，碳的质量分数越高，强度和硬度越高。常用的铬不锈钢有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。1Cr13、2Cr13适用于制造在大气、海水、蒸气等介质中工作的零件，塑性和韧性好。3Cr13、4Cr13硬度可达50 HRC左右，用于制造弹簧、轴承、医疗器械及在弱酸腐蚀条件下工作并有较高强度的零件。

铬镍不锈钢中铬的质量分数在18％左右，含9％～10％的镍，碳的质量分数低甚至极微。这类钢具有良好的耐蚀性、塑性、焊接性和低温韧性及高温强度。常用的铬镍不锈钢有1Cr18Ni9、0Cr18Ni9等，主要用于制造强腐蚀介质（硝酸、磷酸、有机酸及碱水溶液等）中工作的设备，如吸收塔、储存槽、管道及容器等。

2）耐热钢。耐热钢是指在高温下不发生氧化并有较高强度的钢，可分为抗氧化钢和热强钢两类。

常用的抗氧化耐热钢有3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N，它们有较好的铸造性，用来制造铸件。另外，4Cr9Si2、1Cr13SiA1也是常用的抗氧化耐热钢。

常用热强钢有4Cr1OSi2Mo、SCr21Mn9Ni4N等，主要用于制造发动机排气门，可长期在600℃以下工作。4Cr14Ni14W2Mo钢可以制造工作温度大于650℃的航空、船舶、载重汽车的内燃机排气阀。

3）耐磨钢。耐磨钢是指具有较高耐磨性能的钢。目前多采用高锰钢来制造高冲击负荷下的耐磨零件。高锰钢的牌号主要有ZGMn13，碳的质量分数为1.0％～1.3％，锰的质量分数为11％～14％。ZG表示铸钢，后附元素符号Mn及其含量百分数。因为高锰钢机械加工性能差，但有良好的铸造性能，所以常用铸造的方法制造零件。

三、铸铁

铸铁是碳的质量分数大于2.11％的铁碳合金，并且含有比普通碳素钢较多的硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等元素。铸铁具有良好的铸造性能、切削性能及一定的力学性能，所以在机械制造中应用很广。按质量计算，汽车、拖拉机中铸铁零件占50％～70％。

在铸铁中，碳可以以两种形式存在：一种是石墨，它很软，强度极低；另一种是渗碳体（用Fe3C表示），它是化合物，硬度达800HB并且脆性很大，几乎无塑性和韧性。根据碳的存在形式，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。另外，还有一种合金铸铁，它是在灰铸铁或球墨铸铁中有目的地加入一些合金元素形成的铸铁。

1.白口铸铁

白口铸铁中碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈亮白色，故称为白口铸铁。这类铸铁的性能既硬又脆，很难进行切削加工，所以往往直接铸造耐磨零件，如轧辊犁等铸件。白口铸铁一般不用来制造机械零件，而主要用作炼钢原料。

2.灰铸铁

这类铸铁中碳大部分或全部以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。灰铸铁是由金属基体和片状石墨两部分组成的，而片状石墨硬度和强度都极低，这就相当于在钢基体中存在着许多细小的裂缝，从而使灰铸铁的抗拉强度、疲劳强度降低，并且塑性、韧性很差，不能承受冷加工塑性变形，也不能锻造和轧制。尽管石墨降低了铸铁的力学性能，却使铸铁获得了许多钢所不及的优良性能，如良好的切削加工性、耐磨性、润滑性、减振性等。此外，灰铸铁还有良好的铸造性，它的熔点比钢的熔点低，流动性好，冷却收缩率小。

灰铸铁的牌号用“灰铁”两字的汉语拼音首字母“HT”和一组数字表示。数字表示抗拉强度。例如，HT200，其中“HT”表示灰铸铁；200表示最低抗拉强度为200MPa。

灰铸铁是应用最广泛的一种铸铁，一般用于制造力学性能要求不高而形状复杂的零件。HT200适合用于制造承受大载荷的重要零件，如汽车的气缸体、气缸盖、制动器轮等；HT300、HT350适合用于制造承受高载荷、要求耐磨和高气密性的重要零件，如大型发动机的气缸体、气缸盖、气缸套、泵体、阀体等。

3.可锻铸铁

锻铸铁又称玛钢、马铁或韧铁。它是白口铸铁经长时间石墨化退火，使渗碳体在固态下分解，而获得的具有团絮状石墨的铸铁。在退火过程中，随着组织转变时的冷却速度不同，可形成黑芯可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。前者具有较高的塑性和韧性，后者具有较高的强度、硬度和耐磨性，但塑性与韧性较低。应注意的是，因可锻铸铁的塑性和韧性比灰铸铁好，故称为可锻铸铁，但可锻铸铁并非可以锻造。

可锻铸铁的牌号由字母和数字表示，字母为“KT”（即“可铁”两字汉语拼音首字母），其后的两组数字分别表示最低抗拉强度和最小伸长率。例如，KT350-10，其中，“KT”表示可锻铸铁；350表示抗拉强度不低于350MPa，10表示伸长率不小于10％。

可锻铸铁质量稳定、低温韧性好，适用于制造一些形状复杂、强度和韧性要求较高的薄截面零件，如汽车上的后桥壳、轮毂、制动踏板、钢板弹簧支架等。

4.球墨铸铁

铁液经过球化处理而使石墨大部分或全部呈球状（有时为团絮状）的铸铁，称为球墨铸铁。因为球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用降低，可以充分发挥基体金属的性能，所以球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁的力学性能好，其强度、塑性、韧性与相应组织的铸钢差不多。球墨铸铁在某些方面的性能比钢好，如屈强比（屈服强度与抗拉强度之比）比钢高，疲劳强度大致与中碳钢相同，耐磨性优于表面淬火钢。石墨的存在，使它具有与灰铸铁同样良好的切削加工性、耐磨性、减振性和铸造性能。

球墨铸铁的牌号由“球铁”两字的汉语拼音首字母“QT”及两组数字组成，两组数字分别代表其最低抗拉强度和最小伸长率。例如，QT400-18中“QT”表示球墨铸铁，400表示最小抗拉强度为400MPa，18表示最小伸长率值为18％。

因为球墨铸铁的某些性能与钢相似，价格比钢低，又具有灰铸铁的优点，所以其在汽车制造中得到了广泛应用。例如，QT450-10适合用于制作汽车前后轮毂、转向器壳及盘、制动蹄、制动室支架、牵引钩、前后承座及弹簧衬套等；QT600-13适合用于制作曲轴、摇臂、钢板弹簧侧垫板及滑块、后过牵引钩支承座等。

5.合金铸铁

在灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量合金元素的铸铁称为合金铸铁。加入合金元素后可使铸铁具有某些特殊性能，如耐热、耐酸、耐磨等。

耐热铸铁：在铸铁中加入A1、Si、Cr等合金元素，可以在铸件表面形成致密的保护性氧化膜（如A12O3、SiO2、Cr2O3），使铸铁在高温下具有抗氧化的能力，这种铸铁称为耐热铸铁。在汽车上，耐热铸铁可用于制造进、排气门座及排气管密封环等。

耐磨铸铁：当灰铸铁的磷的质量分数提高到0.4％～0.6％，再加入Cr、W、Cu、Ti等合金元素则构成合金高磷铸铁。它的强度、韧性和耐磨性都较高。这类铸铁属于耐磨合金铸铁。汽车的气缸套和活环一般用耐磨合金铸铁制造，而主要以高磷系列的合金铸铁为主；活塞环一般用含钨、铬、锰的高磷耐磨铸铁制造，

高强度铸铁：在球墨铸铁中加入少量铜（Cu）、钼（Mo）等合金元素，可得到高强度合金铸铁 ，在汽车中可用来制造柴油机曲轴、连杆及主轴承盖等。

任务小结

1.碳素钢分类

1）按钢中碳的质量分数分：低碳钢碳的质量分数低于0.25％，中碳钢碳的质量分数为0.25％～0.6％，高碳钢碳的质量分数高于0.6％（一般不高于1.3％）。

2）按质量分（S、P含量）：普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。

3）按用途分：碳素结构钢和碳素工具钢。

2.汽车中常用的非合金钢

1）普通碳素结构钢：Q235。

2）优质碳素结构钢：45钢。

3）碳素工具钢：T10A。

4）铸钢：ZG230-450。

5）易切削结构钢：Y20。

3.常用的合金钢

1）低合金结构钢：Q460。

2）合金结构钢：20CrMnTi。

3）合金工具钢：W6Mo5Cr4V2。

4）特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢。

4.铸铁

碳的质量分数大于2.11％的铁碳合金，铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。

拓展提高

合 金 铸 铁

在灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量合金元素形成的铸铁称为合金铸铁。加入合金元素后可使铸铁具有某些特殊性能，如耐热、耐酸、耐磨等。

耐热铸铁：在铸铁中加入A1、Si、Cr等合金元素，可以在铸件表面形成致密的保护性氧化膜（如A12O3、SiO2、Cr2O3），使铸铁在高温下具有抗氧化能力，这种铸铁称为耐热铸铁。在汽车上，耐热铸铁可用于制造进、排气门座及排气管密封环等。

耐磨铸铁：当灰铸铁中磷的质量分数提高到0.4％～0.6％时，再加入Cr、W、Cu、Ti等合金元素构成合金高磷铸铁。它的强度、韧性和耐磨性都较高。这类铸铁属于耐磨合金铸铁。汽车的气缸套和活环一般用耐磨合金铸铁制造，而主要以高磷系列的合金铸铁为主；活塞环一般是用含钨、铬、锰的高磷耐磨铸铁制造。

高强度铸铁：在球墨铸铁中加入少量铜（Cu）、钼（Mo）等合金元素，可得到高强度合金铸铁。在汽车中可用其来制造柴油机曲轴、连杆及主轴承盖等。