（一）金屬材料
1．黑色金屬
黑色金屬一般是指鋼鐵材料，鋼鐵材料是工業(yè)中應用最廣、用量最多的金屬材料，它們是以鐵為基的合金。
含碳量小于2.11%（重量）的合金稱為鋼；
而含碳量大于2.11%（重量）的合金稱為生鐵。
雜質元素，如硫、磷、氫等，
使用性能和工藝性能的需要，有意加入的合金元素，常見有鉻、鎳、錳和鈦等，鐵碳合金中加入上述元素就成了合金鋼或合金鑄鐵。
（1）鋼及其合金的分類和牌號表示方法
鋼材具有許多重要的優(yōu)良特性如材質均勻、性能可靠；有高的強度和較好的塑性、韌性，可承受各種性質的荷載；具有優(yōu)良的可加工性，可焊、可鉚、可制成各種形狀的型材和零件。
鋼中碳的含量對鋼的性質有決定性影響。
含碳量低，鋼的強度較低，但塑性大，延伸率和沖擊韌性高，鋼質較軟，易于冷加工、切削和焊接；
含碳量高，鋼的強度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。
硫、磷為鋼中有害元素，含量稍多會嚴重影響鋼的塑性和韌性，
磷使鋼顯著產生冷脆性，硫則產生熱脆性。
硅、錳為有益元素，它們能使鋼材強度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低。
1）鋼的分類。我國鋼的分類標準（GB/T13304-1991）是參照國際標準ISO4948/1和ISO4948/2鋼分類而制訂的。為了便于選用，鋼的一般分類如圖1.1.1所示。
2）鋼牌號的表示方法。
優(yōu)質碳素鋼的牌號以兩位數(shù)字表示，數(shù)字代表含碳量的百分之幾（以0.01%為單位），如鋼號為20，表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質碳素鋼；鋼號為45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素鋼。
3）工程中常用鋼及其合金的性能和特點。
① 碳素結構鋼。
某些不太重要、要求韌性不高的機械零件也廣泛選用。如Q195鋼強度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤條等；
② 優(yōu)質碳素結構鋼。與普通碳素結構鋼相比，優(yōu)質碳素結構鋼塑性和韌性較高。并可通過熱處理強化，多用于較重要的零件，是廣泛應用的機械制造用鋼。
③ 低合金高強度結構鋼。低合金高強度結構鋼比碳素結構鋼具有較高的韌性，同時有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉變溫度。而低合金高強度結構鋼的生產工藝與碳素結構鋼類似，故低合金高強度結構鋼的價格與碳素結構鋼相近。低合金高強度結構鋼的主要特性如下：
Q295（09MnV、09MnNb）具有良好的塑性、韌性、冷彎性能、冷熱壓力加工性能和焊接性能，且有一定的耐蝕性能。用于制造各種容器、螺旋焊管、建筑結構、車輛用沖壓件和船體等
④ 合金結構鋼。合金結構鋼是在優(yōu)質碳素結構鋼的基礎上加入適量的一種或數(shù)種合金元素而形成的，廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機械零件和構件。
⑤ 不銹耐酸鋼。不銹耐酸鋼簡稱不銹鋼。它是指在空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質中具有高穩(wěn)定性的鋼種。它在化工、石油、食品機械和國防工業(yè)中廣泛應用。
按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類。現(xiàn)將各類不銹鋼的特點簡述如下：
a 鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素，通常含鉻量的質量分數(shù)大于或等于13.00%，不含鎳。某些鋼種還添加有鋁、鈦和硫等。如淡水中，有良好的耐蝕性。
b 馬氏體型不銹鋼。鉻是鋼中的主要合金元素，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。
c 奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳，這類鋼具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性和高溫強度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。
d 鐵素體-奧氏體型不銹鋼。這類鋼是在奧氏體不銹鋼基礎上，添加更多的鉻、鉬和硅等有利于形成鐵素體的元素，或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強度約為奧氏體型不銹鋼的兩倍，可焊性良好，韌性較高，應力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。
e 沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼的突出優(yōu)點是經沉淀硬化熱處理以后具有高的強度，耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強度和耐蝕的容器、結構和零件，也可用作高溫零件，如汽輪機零件。
⑥ 鑄鋼。鑄鋼具有較高的強度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質量的鑄鋼件。某些冷、熱變形性能差或難切削加工的鋼，則能由鑄造成型。
a 碳素鋼鑄鋼。
b低合金鋼鑄鋼。
（2）鑄鐵的分類和牌號表示方法
鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳含金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。它具有生產設備和工藝簡單、價格便宜等優(yōu)點。大部分機械設備的箱體、殼體、機座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價廉，切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機械加工工時，且有必要的強度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。
1）鑄鐵的分類。鑄鐵是鐵碳合金的一種，與鋼相比，
其成分特點是碳、硅含量高，雜質含量也較高。但是，雜質在鋼和鑄鐵中的作用完全不磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，
錳、硅都是鑄鐵中的重要元素，
有害的元素是硫，
鑄鐵的韌性和塑性，主要決定于石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布，其中石墨形狀的影響。鑄鐵的其他性能也于石墨密切相關?；w組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。
按照石墨的形狀特征，鑄鐵可分為灰口鑄鐵（石墨成片狀）、球墨鑄鐵（石墨成球狀）和可鍛鑄鐵（石墨成團絮狀）三大類。
1．黑色金屬
黑色金屬一般是指鋼鐵材料，鋼鐵材料是工業(yè)中應用最廣、用量最多的金屬材料，它們是以鐵為基的合金。
含碳量小于2.11%（重量）的合金稱為鋼；
而含碳量大于2.11%（重量）的合金稱為生鐵。
雜質元素，如硫、磷、氫等，
使用性能和工藝性能的需要，有意加入的合金元素，常見有鉻、鎳、錳和鈦等，鐵碳合金中加入上述元素就成了合金鋼或合金鑄鐵。
（1）鋼及其合金的分類和牌號表示方法
鋼材具有許多重要的優(yōu)良特性如材質均勻、性能可靠；有高的強度和較好的塑性、韌性，可承受各種性質的荷載；具有優(yōu)良的可加工性，可焊、可鉚、可制成各種形狀的型材和零件。
鋼中碳的含量對鋼的性質有決定性影響。
含碳量低，鋼的強度較低，但塑性大，延伸率和沖擊韌性高，鋼質較軟，易于冷加工、切削和焊接；
含碳量高，鋼的強度高、塑性小、硬度大、性脆和不易加工。
硫、磷為鋼中有害元素，含量稍多會嚴重影響鋼的塑性和韌性，
磷使鋼顯著產生冷脆性，硫則產生熱脆性。
硅、錳為有益元素，它們能使鋼材強度、硬度提高，而塑性、韌性不顯著降低。
1）鋼的分類。我國鋼的分類標準（GB/T13304-1991）是參照國際標準ISO4948/1和ISO4948/2鋼分類而制訂的。為了便于選用，鋼的一般分類如圖1.1.1所示。
2）鋼牌號的表示方法。
優(yōu)質碳素鋼的牌號以兩位數(shù)字表示，數(shù)字代表含碳量的百分之幾（以0.01%為單位），如鋼號為20，表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質碳素鋼；鋼號為45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素鋼。
3）工程中常用鋼及其合金的性能和特點。
① 碳素結構鋼。
某些不太重要、要求韌性不高的機械零件也廣泛選用。如Q195鋼強度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤條等；
② 優(yōu)質碳素結構鋼。與普通碳素結構鋼相比，優(yōu)質碳素結構鋼塑性和韌性較高。并可通過熱處理強化，多用于較重要的零件，是廣泛應用的機械制造用鋼。
③ 低合金高強度結構鋼。低合金高強度結構鋼比碳素結構鋼具有較高的韌性，同時有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性，部分鋼種還具有較低的脆性轉變溫度。而低合金高強度結構鋼的生產工藝與碳素結構鋼類似，故低合金高強度結構鋼的價格與碳素結構鋼相近。低合金高強度結構鋼的主要特性如下：
Q295（09MnV、09MnNb）具有良好的塑性、韌性、冷彎性能、冷熱壓力加工性能和焊接性能，且有一定的耐蝕性能。用于制造各種容器、螺旋焊管、建筑結構、車輛用沖壓件和船體等
④ 合金結構鋼。合金結構鋼是在優(yōu)質碳素結構鋼的基礎上加入適量的一種或數(shù)種合金元素而形成的，廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機械零件和構件。
⑤ 不銹耐酸鋼。不銹耐酸鋼簡稱不銹鋼。它是指在空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質中具有高穩(wěn)定性的鋼種。它在化工、石油、食品機械和國防工業(yè)中廣泛應用。
按不銹鋼使用狀態(tài)的金相組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體、鐵素體加奧氏體和沉淀硬化型不銹鋼五類。現(xiàn)將各類不銹鋼的特點簡述如下：
a 鐵素體型不銹鋼。鉻是鐵素體型不銹鋼中的主要合金元素，通常含鉻量的質量分數(shù)大于或等于13.00%，不含鎳。某些鋼種還添加有鋁、鈦和硫等。如淡水中，有良好的耐蝕性。
b 馬氏體型不銹鋼。鉻是鋼中的主要合金元素，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。
c 奧氏體型不銹鋼。鋼中主要合金元素為鉻和鎳，這類鋼具有高的韌性、低的脆性轉變溫度、良好的耐蝕性和高溫強度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。
d 鐵素體-奧氏體型不銹鋼。這類鋼是在奧氏體不銹鋼基礎上，添加更多的鉻、鉬和硅等有利于形成鐵素體的元素，或降低鋼的含碳量而獲得的。其屈服強度約為奧氏體型不銹鋼的兩倍，可焊性良好，韌性較高，應力腐蝕、晶間腐蝕及焊接時的熱裂傾向均小于奧氏體型不銹鋼。
e 沉淀硬化型不銹鋼。這類鋼的突出優(yōu)點是經沉淀硬化熱處理以后具有高的強度，耐蝕性優(yōu)于鐵素體型不銹鋼。它主要用于制造高強度和耐蝕的容器、結構和零件，也可用作高溫零件，如汽輪機零件。
⑥ 鑄鋼。鑄鋼具有較高的強度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質量的鑄鋼件。某些冷、熱變形性能差或難切削加工的鋼，則能由鑄造成型。
a 碳素鋼鑄鋼。
b低合金鋼鑄鋼。
（2）鑄鐵的分類和牌號表示方法
鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳含金，并且還含有較多量的硅、錳、硫和磷等元素。它具有生產設備和工藝簡單、價格便宜等優(yōu)點。大部分機械設備的箱體、殼體、機座、支架和受力不大的零件多用鑄鐵制造。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。其原因是鑄鐵價廉，切削性能和鑄造性能優(yōu)良，有利于節(jié)約材料，減少機械加工工時，且有必要的強度和某些優(yōu)良性能，如高的耐磨性、吸震性和低的缺口敏感性等。
1）鑄鐵的分類。鑄鐵是鐵碳合金的一種，與鋼相比，
其成分特點是碳、硅含量高，雜質含量也較高。但是，雜質在鋼和鑄鐵中的作用完全不磷在耐磨磷鑄鐵中是提高其耐磨性的主要合金元素，
錳、硅都是鑄鐵中的重要元素，
有害的元素是硫，
鑄鐵的韌性和塑性，主要決定于石墨的數(shù)量、形狀、大小和分布，其中石墨形狀的影響。鑄鐵的其他性能也于石墨密切相關?；w組織是影響鑄鐵硬度、抗壓強度和耐磨性的主要因素。
按照石墨的形狀特征，鑄鐵可分為灰口鑄鐵（石墨成片狀）、球墨鑄鐵（石墨成球狀）和可鍛鑄鐵（石墨成團絮狀）三大類。