（1）晶格 金属晶体中原子或离子按一定规则排列而成的空间几何图形，称为晶格。常见金属的晶格种类很多，最主要的有体心立方晶格和面心立方晶格两种。
（2）多晶体 金属内部的原子完全是整齐规则排列时，称为单晶体。工业生产中，单晶体的金属材料除专门制作外，基本上是不存在的。实际的金属结构包含着许多小单晶体，每个小单晶体内部的晶格方位是一致的，而各小单晶体之间的晶格方位不一致，这种外形、大小、晶格方位都不一致的小单晶体称为晶粒。晶粒之间的分界面称为晶界。这种由多晶粒组成的晶体结构称为多晶体。
（3）结晶 物质由液态转变为固态的过程称为凝固。晶体材料的凝固过程也称为结晶，其实质就是液态自由原子在冷却过程中规则排列成为晶体。通常把金属从液态转变为固态的过程称为一次结晶，而金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。
工业生产中，为了获得细晶粒组织，结晶时常采用以下方法：
1）提高液态金属凝固时的冷却速度，如采用金属模代替砂型铸模。
2）进行变质处理。变质处理也称为孕育处理。在浇注之前，向金属熔液中加入一些细小的形核剂（也叫变质剂或孕育剂），使它们分散在液态金属中作为人工晶核，以增加晶核数量。例如，在铸铁中加入硅铁、硅钙，在钢中加入钛、硼、铝，在铝合金中加入钛、硼等，都能起到细化晶粒的作用。
3）采用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法，以破坏生长中的晶枝，碎晶枝成为新的晶核从而增加晶核数目，以细化晶粒。
（4）合金 合金是由两种或两种以上的金属元素或由金属与非金属元素构成的具有金属特性的物质。例如，钢和生铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。
组成合金的独立的最基本单元称为组元。由两个组元组成的合金称为二元合金；由三个组元组成的合金称为三元合金；由三个以上组元组成的合金称为多元合金。
组成合金的组元，在液态下多半是相互融合扩散成为均匀物体，在凝固时则按组元间相互作用的不同而形成不同的晶体结构，所以合金的结构比纯金属复杂得多。由于构成合金的元素相互作用不同，合金的构造常可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种。
1）固溶体。固溶体是以一种金属元素的晶格为溶剂，其他元素的原子为溶质，溶质原子溶入溶剂晶格而形成的均匀固体，如钢中的铁素体就是碳原子溶入铁的晶格而构成的固溶体。固溶体保持了溶剂的晶格。
2）金属化合物。金属化合物是构成合金的元素相互化合而生成的新物质。它的晶格类型和性能完全不同于组成它的任一元素的晶格和性能。它具有一定的化学成分及新的晶格，如钢中的渗碳体就是铁和碳的金属化合物。金属化合物一般性能硬而脆，熔点高。合金中含有金属化合物时，可提高合金的强度、硬度和耐磨性，但塑性降低。
3）机械混合物。机械混合物是两种或两种以上的金属晶体相互混合而成的组织。它可以由纯金属、固溶体、金属化合物等晶体相互任意混合而成，如钢中珠光体就是由固溶体和金属化合物组成的机械混合物。机械混合物的性能取决于构成物本身的性能以及它们的相对数量和分布状态。
（5）铁素体 碳溶解在α-Fe中形成的固溶体，称为铁素体，又名纯铁体、α固溶体。通常用符号“F”表示。因碳在α-Fe中的溶解量很少（含碳量<0.0218%），所以碳的强化作用很小，其力学性能近似纯铁，即强度、硬度低，而塑性、韧性好。
（6）奥氏体 碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体，称为奥氏体，亦称γ固溶体，通常用符号“A”表示。
奥氏体中的铁原子仍保持着面心立方晶格。由于γ-Fe中的间隙尺寸比α-Fe大，因此前者的溶碳能力较高。在727℃时，奥氏体的溶碳量为0.77%；随着温度的升高，奥氏体的溶碳能力提高，当温度为1148℃时，奥氏体的溶碳量可达2.11%。
由于γ-Fe通常在高温条件下存在，所以在一般情况下奥氏体也只能在高温下存在。
奥氏体具有很好的塑性，σ＝40%～50%；有较低的变形抗力，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所需的组织。
（7）渗碳体 铁与碳形成的化合物（Fe3C）称为渗碳体。渗碳体的含碳量为6.69%，硬度很高，约为HBW800左右，但强度很低σb＝35MPa，塑性和韧性几乎为零。渗碳体在钢中主要起强化作用，其数量、形状、大小及其分布状况对钢的性能有很大影响。
（8）珠光体 珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，含碳量为0.77%，是混合物。显微组织为片层相间、交替排列的渗碳体和铁素体形成的混合物。其力学性能取决于铁素体和渗碳体的性能，大体上是两者性能的平均值，故珠光体的强度较高、硬度适中，具有一定的塑性。
2.碳素钢
碳素钢是工业上用量最多的金属材料。碳素钢的冶炼简便，价格低廉，一般情况下均能满足使用要求。因此，它广泛地应用于建筑、交通运输及机械制造工业中。例如，汽车的外壳、车架、车桥、转向系等，其中的零部件材料很多采用的都是碳素钢。
（1）碳钢的分类
1）按含碳量分：低碳钢Wc≤0.25%；中碳钢0.25%<Wc≤0.6%；高碳钢Wc>0.6%。
2）按质量分（主要根据含有害杂质硫、磷的多少）：
普通碳素钢：WS≤0.05%，Wp≤0.045%。
优质碳素钢：WS、Wp<0.035%。
高级优质碳素钢：WS≤0.02%，Wp≤0.03%。
3）按用途分：
碳素结构钢：主要用作各种工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般为中低碳钢。
碳素工具钢：主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢。
（2）碳素钢的牌号、性能及主要用途
1）普通碳素结构钢的有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛，一般用于受力不大的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。
普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235-AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。
2）优质碳素结构钢的有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好，主要用于制造较重要的机械零件。
优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别，如60Mn。若为沸腾钢或其他专用钢，则应在牌号后面附加规定符号，如：10F表示平均含碳量为0.1%的优质碳素结构钢，沸腾钢；20g表示平均含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉用钢。
3）碳素工具钢的牌号、性能及用途。碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
碳素工具钢的含碳量在0.70%以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。
3.合金钢
碳钢能满足生产的一般需求，但是一些重要工作场合的零件，或有耐热、耐蚀、高磁性或无磁性、高耐磨性等特殊要求的零件，这时就无法满足需要。
为了改善钢的性能，炼钢时有目的地加入一些合金元素所形成的钢称为合金钢。合金钢通过热处理能获得优良的综合力学性能及一些特殊的物理、化学性能。常加入的合金元素有钛Ti、钒V、铌Nb、钨W、钼Mo、铬Cr、锰Mn、铝Al、钴Co、硅Si、硼B、氮N及稀土元素。但是合金钢的冶炼、加工困难，价格较贵，所以应合理选用。
合金钢品种繁多，为便于生产和管理，必须对合金钢进行分类与编号。一般地，按用途可分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢、滚动轴承钢等；按正火后的组织可分为珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等；按合金元素的种类可分为铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钢等。
（1）合金结构钢 合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素的钢，主要用来制造各种重要工程构件和各种重要机械零件，主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢及其他结构钢等。
合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌号后加A）或特级优质钢（牌号后加E）。
合金结构钢的牌号由两位数字＋元素符号（或汉字）＋数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5%时不标。
如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40%，主要合金元素为Cr，其含量在1.5%以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60%，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2%、<1.5%的合金结构钢。
（2）合金工具钢 合金工具钢的牌号由数字＋元素符号（或汉字）＋数字三个部分组成。前面的数字表示该钢的平均含碳量的千分数（当含碳量≥1%时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5%时不标。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.9%，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5%以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量≥1%，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12%合金元素Mo、V，其平均含量均<1.5%的合金工具钢。
1）合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。
2）合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。
3）合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规）。制造量具没有专用钢种，碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢都可用来制造量具。
（3）特殊性能钢 特殊性能钢的牌号与合金工具钢的表示方法相同。
如：2Cr13表示不锈钢，平均含碳量为0.20%，平均含铬量为13%。当含碳量为0.03%～0.10%时，含碳量用0表示，当含碳量≤0.03%时，用00表示。如0Cr18Ni9表示平均含碳量为0.03%～0.10%，平均含铬量为18%，平均含镍量为9%。(www.xing528.com)
常用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢。
4.铸铁
含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。
铸铁的分类如下：
（1）根据碳在铸铁中存在形式不同分类
1）灰口铸铁：碳全部或大部分以游离状态的片状石墨形式存在于铸铁中，断口呈暗灰色，故称灰口铸铁，是目前工业生产中应用最广泛的一类铸铁。
2）白口铸铁：碳以渗碳体的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，故称白口铸铁。其组织硬而脆，难以切削加工，因此很少直接用来制造机械零件，但可利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件。
3）麻口铸铁：碳一部分以石墨形式存在，一部分以渗碳体形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为马口铸铁。这种铸铁脆性大，工业上很少使用。
（2）根据铸铁中石墨的形态不同分类
1）灰铸铁：灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和疲劳强度都比钢低得多。
片状石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但由于石墨的存在灰铸铁的耐磨性较高，具有消振性以及低的缺口敏感性，铸造性能好，且具有优良的切削加工性。
灰铸铁的牌号由“灰铁”两字的汉语拼音字母字头“HT”及后面的数字组成，数字表示最低抗拉强度值。如HT150表示最低抗拉强度为150MPa的灰铸铁。
2）可锻铸铁：利用铸铁的优良铸造性能先铸造成白口铸铁铸件，然后经过石墨化退火处理，将渗碳体分解为团絮状的石墨，即获得可锻铸铁。因可锻铸铁具有一定的塑性变形能力，故得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不可锻造。
可锻铸铁的牌号由三个字母及两组数字组成，其中“KT”表示“可铁”二字的汉语拼音字母的字头，第三个字母表示可锻铸铁的类型，后两组数字分别表示最低抗拉强度和延伸率的数值。如KTH300-06表示最低抗拉强度为300MPa、最低延伸率为6%的黑心可锻铸铁；KTZ450-06表示最低抗拉强度为450MPa、最低延伸率为6%的珠光体可锻铸铁。
3）球墨铸铁：是指铁水经过球化剂处理而使石墨大部分或全部呈球状分布的铸铁，简称球铁。由于石墨呈球状，使其强度和塑性有了很大的提高。
球墨铸铁的牌号由“球铁”二字汉语拼音字母的字头“QT”及两位数字组成，后面两组数字分别表示其抗拉强度和延伸率的最小值。如QT400-18表示最低抗拉强度为400MPa、最低延伸率为18%的球墨铸铁。
4）蠕墨铸铁：在光学显微镜下石墨的形状形似蠕虫状，故得名蠕墨铸铁。蠕墨铸铁较球墨铸铁在性能上的优越性在于具有良好的抗热疲劳性能以及优良的导热性能；铸造性能、减振能力也优于球铁。
蠕墨铸铁的牌号由“蠕铁”二字汉语拼音字母的字头“RuT”及一组数字组成，数字代表最小抗拉强度值。如RuT420表示最低抗拉强度为420MPa的蠕墨铸铁。
5.铝及铝合金
（1）工业纯铝 工业纯铝（简称纯铝）的纯度为98%～99.7%，呈银白色，常存杂质元素。具有塑性高、强度低、硬度低等特点。可以进行冷、热压力加工，并可通过加工硬化使强度提高、塑性下降。
工业纯铝的主要用途是代替铜制作导线，配制不同的铝合金，制作要求质轻、导电导热性好、耐大气腐蚀而强度不高的机电器材。
工业纯铝分为冶炼产品（铝锭）和压力加工产品（铝材）两类。铝锭一般用于冶炼铝合金、配制合金钢成分或脱氧剂，或作为加工铝材的坯料。铝材的代号有L1、L2、L3等，符号L表示铝，后面的数字越大，表示杂质含量越高。
（2）铝合金 铝中通常加入的合金元素有Cu、Mg、Zn、Si、Mn等。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。
常见的铝合金汽车零件有进气歧管、活塞、气缸盖、散热器、离合器壳、轮毂等。
1）变形铝合金。变形铝合金，是指合金经熔化后浇成铸锭，再经压力加工（锻造、轧制、挤压等）制成板材、带材、棒材、管材、线材以及其他各种型材，要求合金具有较高的塑性和良好的工艺成型性能。
变形铝合金依据其主要性能特点分为防锈铝合金（简称防锈铝）、硬铝合金（简称硬铝）、超硬铝合金（简称超硬铝）和锻铝合金（简称锻铝）。防锈铝合金为不可热处理强化的铝合金，其余三种为可热处理强化的铝合金。
变形铝合金的代号采用汉语拼音字母加顺序号表示。LF（防锈铝）；LY（硬铝）；LC（超硬铝）；LD（锻铝），如：LY12、LC4、LD5等。
2）铸造铝合金。铸造铝合金则是将熔融的合金液直接浇入铸型中获得成型铸件，要求合金应具有良好的铸造性能。
铸造铝合金加入的合金元素主要有Si、Mg、Mn、Ni、Cr、Zn、Re等。造铝合金可分为1Al-Si系、2Al-Cu系、3Al-Mg系、4Al-Zn系。铸造铝合金的牌号用“铸”、“铝”两字的汉语拼音字首“ZL”后加三位数字表示。第一位数表示合金类别，后两位数字表示合金顺序号。顺序号不同，化学成分也不一样。ZL108表示8号铝硅合金。
铝硅合金是目前应用最广泛的铸铝，有ZL101、ZL102、ZL104、ZL108常用于制造发动机活塞、气缸体和风扇叶片等。
6.铜及铜合金
（1）工业纯铜 工业纯铜呈紫红色，又称紫铜，属重金属范畴。最显著的特点是导电、导热性好，仅次于银。
纯铜具有极优良的塑性，焊接性良好，可进行冷热压力加工。但强度、硬度不高，在冷塑性变形后，有明显的加工硬化现象，强度提高，而塑性急剧下降。
工业纯铜中常含有0.1%～0.5%的杂质。铅、铋：当铜进行热加工时，造成脆性断裂，即“热脆”。氧、硫：在冷变形加工时易产生破裂，即“冷脆”。
纯铜的牌号以汉语拼音字头“T”加数字表示，数字表示杂质的含量，数字越大，杂质的含量越高。工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4，纯铜一般不作结构材料使用，主要用于制作导电、导热及兼具抗蚀性的器材。
（2）铜合金 工业纯铜不适于用作结构材料。为满足制作结构件的要求，需对纯铜进行合金化，加入一些Zn、Al、Sn、Mn、Ni等合金元素。产生显著的固溶强化效果，获得强度及塑性都能满足要求的铜合金。一辆载货汽车需用20kg的铜。常见铜及铜合金汽车零件有铜散热器、制动阀阀体、铜套、铜插片、铜基摩擦片。
铜合金分为黄铜、白铜和青铜三大类。黄铜是Cu-Zn合金，白铜是Cu-Ni合金，早期的青铜是铜与锡的合金。现代把除锌和镍以外的其他元素为主要合金元素的铜合金统称为青铜。应用较多的是黄铜和青铜。
1）黄铜。黄铜因铜加锌后呈金黄色而得名。简单的Cu-Zn合金称为普通黄铜。在普通黄铜中加入Al、Sn、Pb、Si、Mn、Ni等元素可制成特殊黄铜。普通黄铜牌号以“黄”字的汉语拼音字头“H”加数字表示，数字代表平均含铜的质量分数；特殊黄铜代号以“H”＋主加元素符号＋铜的质量分数＋主加元素的质量分数来表示，如HMn58-2。
H68强度较高，塑性特别好，适宜冷、热变形，如用于制造枪弹壳，有“弹壳黄铜”之称。
2）青铜。青铜是铜合金中综合性能最好的合金，普通青铜是以Sn为主加合金元素的铜基合金，即Cu-Sn合金。现代工业把Cu-Al、Cu-Be、Cu-Pb、Cu-Si等铜合金也称为青铜，通常在青铜合金前面冠以主要合金元素的名称，如锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜等。青铜的牌号以“青”字汉语拼音的字头“Q”加主要合金元素的名称及含量表示。铸造青铜在牌号前面加“Z”。
锡青铜适于铸造形状复杂，尺寸要求精确对致密度要求不太高的铸件。铝青铜是无锡青铜中应用最广泛的青铜，用来制造耐磨、耐蚀零件。铍青铜是铜合金中性能最好的一种，是工业上用来制造高级弹簧、膜片等弹性元件的重要材料，还可用于制作耐磨、耐蚀零件，航海罗盘仪中的零件及防爆工具等。
7.其他有色金属
（1）钛及钛合金 钛及钛合金具有优越的综合性能：比强度高，耐热性好，特别适用于在300～600℃温度范围内工作的航空、航天等要求比强度高的器件；优良的耐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠及海水中均有优良的稳定性；良好的低温韧性。同时钛的资源丰富，所以有着广泛的应用前景。
目前，由于钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵，在很大程度上限制了它们的应用。钛在固态下具有同素异构转变，转变温度因纯度的不同而异。
1）工业纯钛。钛呈银白色，熔点高（1725），密度小（4.5g/cm3），导热性差。工业纯钛的力学性能与其纯度有很大关系，若存在氧、氮、氢、碳等元素则其强度显著增加，塑性下降。按纯度分为4个等级：TA0、TA1、TA2、TA3。其中“T”为钛的汉语拼音字首，后面的数字表示纯度，数字越大纯度越低。工业纯钛常用于制造350℃以下工作的低载荷零件，如飞机骨架、发动机部件、耐海水管道及柴油机活塞、连杆等。
2）钛合金。钛合金按其组织类型不同，可分为α型、β型和α＋β型钛合金，其牌号分别用TA、TB、TC加上序号来表示。
α型钛合金（TA）的组织为单相α固溶体，它的主要合金元素是铝，具有很好的强度、韧性、热稳定性、焊接性和铸造性，抗氧化能力较好，塑性较低，热强性很好，可以在500℃左右长期工作，可用来制造飞机涡轮机壳等。
β型钛合金（TB）的组织为β固溶体，它的合金元素主要为铬、钼、锰、钒、铝等。这种合金强度较高、韧性好，易于进行冲压成形，经淬火和时效处理后析出弥散的α相，强度进一步提高，主要用于制造高强度板材和复杂形状零件。
α＋β型钛合金（TC）的组织由α固溶体和β固溶体两相构成，主要添加铝，也加入锰、铬、钒等，因而它兼有上述两类合金的优点，即塑性好、热强性好（可在400℃长期工作）、抗海水腐蚀能力很强，生产工艺简单，并可通过淬火和时效处理进行强化，主要应用于飞机压气机盘和叶片、舰艇耐压壳体、大尺寸锻件、模锻件等。
钛合金还具有良好的低温工作性能。例如，TC4（Ti-6A1-4V）在-196℃以下仍然具有良好韧性，用于制造低温高压容器，如火箭及导弹的液氢燃料箱等。钛合金应用于高、低温工作条件下的结构材料，其发展前景非常广阔。
（2）镁及镁合金 镁的密度很小（1.74g/cm3），耐蚀性很差，强度和塑性均不高，一般不直接用做结构料。和铝合金类似，在镁中加入Al、Zn、Mn等合金元素并利用固溶和时效强化后，其合金的强度可达300～350MPa，并且，镁合金比强度与铝合金相比更高，能承受较大的冲击载荷和具有更高的疲劳极限；耐蚀性好（特别耐煤油、汽油等矿物油和碱类的腐蚀），有良好的切削加工性。因此在航空、无线电通信、仪表等行业获得广泛的应用。镁合金是最有发展前景的汽车轻量化材料之一，用镁合金替代铝合金制造汽车零部件以减轻汽车自重，在当前世界汽车生产中逐步得以应用。
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