黑色金属是指铁和铁与其他元素形成的铁基合金，即一般所称的钢铁材料。合金是以一种基体金属为主（其含量超过50%），加入其他金属或非金属（合金元素），经熔炼、烧结或其他工艺方法冶炼成的金属材料。由于金属材料具有制造机械产品及零件所需要的各种性能，容易生产和加工，所以成为制造机械产品的主要材料，约占机械产品总重量的80%以上。合金材料可以通过调节其不同的成分和进行不同的加工处理获得比纯金属更多样化和更好的综合性能，是机械工程中用途最广泛、用量最大的金属材料。钢铁材料是最常用和最廉价的金属材料。

碳钢和铸铁是工业中应用范围最广的金属材料，它们都是以铁和碳为基本组成元素的合金，通常称之为铁碳合金。铁是铁碳合金的基本成分，碳是影响铁碳合金性能的主要成分。一般含碳量为0.021 8%～2.11%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。

1. 钢

钢根据其成分的不同常分为碳素钢和合金钢两大类，如图1.2 所示。

图1.2　钢的分类

1）碳素钢

碳素钢是以铁和碳为主要组成元素的铁碳合金。通常将含碳量低于0.25%的钢称为低碳钢；含碳量为0.25%～0.60%的钢称为中碳钢；含碳量大于0.60%的钢称为高碳钢。

工业中按用途将碳素钢分为碳素结构钢、碳素工具钢等。

碳素结构钢按含磷、硫量的不同分为碳素结构钢和优质碳素结构钢，如表1.1 所示。

表1.1　碳素结构钢分类及用途

碳素工具钢牌号有T8、T10、T10A、T12、T13 等，牌号后面的数字表示含碳量的千分之几，A 表示高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造硬度高、耐磨的工具、量具和模具，如锯条、手锤、刮刀、锉刀、丝锥、量规、冷切边模等。

2）合金钢(www.daowen.com)

合金钢是在碳素钢中加入一种或数种合金元素的钢。常用的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti 等。

合金钢种类繁多，工业上常按合金钢的用途将其分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢等。

合金结构钢用来制造各种机械结构零件，如40Cr、40CrNiMoA、45CrNi 等可用来制造齿轮、曲轴、连杆、车床主轴等。

合金工具钢用于制造各种刀具、模具、量具，如Cr12、Cr4W2MoV 等可用来制造冷作模具；9SiCr、CrWMn 可用来制造量具；W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V 等可用来制造刀具。

特殊性能钢是指具有特殊的化学和物理性能的钢，如不锈钢1Cr17Mo 可用来制造酸输送管道；耐热钢1Cr13Mo 可用来制造散热器；耐磨钢ZGMn13－1 等可用来制造挖掘机履带。

2. 铸 铁

铸铁含硅、锰、硫、磷等杂质比钢多，抗拉强度、塑性和韧性不如钢好，但容易铸造，减振性好，易切削加工，且价格便宜，所以在工业中仍然得到广泛的应用。

根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分成以下四种：

① 白口铸铁。其中的碳以化合状态（Fe3C）存在，其断口呈银白色，故称白口铸铁。其性能硬而脆，很难切削加工，很少用来铸造机件。

② 灰口铸铁。其中的碳主要以片状石墨形式存在，其断口呈灰色，故称灰口铸铁。这种铸铁的硬度和强度较低，但抗震性能好，易切削，它是铸造中用得最多的铸铁。牌号由“HT”（灰、铁两字的汉语拼音字首）和一组数字组成。如HT200，其中数字200 表示抗拉强度不小于200 MPa。灰口铸铁多用于铸造受力要求一般的零件，如床身、机座等。

③ 可锻铸铁。其中的碳以团絮状石墨形式存在。这种铸铁有较高的强度和塑性，但实际上并不能锻造，用于铸造强度要求较高的铸件，牌号如KTH350－10。

④ 球墨铸铁。其中的碳以球状石墨形式存在。这种铸铁的强度较高，塑性和韧性较好，用于制造受力复杂、载荷大的机件，牌号如QT600－02。

可锻铸铁和球墨铸铁的牌号中，后一组数字表示伸长率。