金属材料的性能

金属材料性能

为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。

材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。

（一）、机械性能

机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。

1 、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。

2 、屈服点（ бs ）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生 0.2%L 。时应力值，单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。

3 、抗拉强度（ бb ）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。

4 、延伸率（ δ ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 5 、断面收缩率（ Ψ ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。

6 、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（ HBS 、 HBW ）和洛氏硬度（ HKA 、 HKB 、 HRC ）

7 、冲击韧性（ Ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳 / 厘米 2 （ J/cm2 ） .

（二）、工艺性能

指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。

8 、铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。

9 、焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。

金属的性能

一、金属的物理性能和化学性能：

金属的物理性能，包括重度、熔点、导热性、热膨胀性和磁性等。金属的化学性能是指金属在化学作用下表现的性能，如耐用腐蚀性和热安定性等。

1、重度：是物体重量和其体积的比值；金属的重度即是单位体积金属的重量，符号用γ表示，计算公式为γ=G/V（克力/厘米3），G—物体的重量（克力）；V-物体的体积（厘米3）；γ-物体的重度（克力/厘米3）。

2、熔点：金属或合金的熔化温度，称为熔点。金属都有固定的熔点。属于难熔的金属有钼、铬、钒等，属于易熔的金属有锡、铅、锌等。

3、热膨胀：金属和合金受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩。金属的这种性能称为热膨胀性。热膨胀的大小用线胀系数或体胀系数来表示。线胀系数的计算公式为： α=l2-l1/l1×t厘米/厘米℃）式中：l1—膨胀前的长度（厘米）；l2—膨胀后的长度；t—升高的温度（℃）。

4、导热性：金属在加热或冷却时能够传导热能的性质称导热性。

5、导电性：金属能够传导电流的性能，称为导电性。

6、磁性：金属能够传导磁的性能，称为磁性。 7、耐腐蚀性：金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气等介质腐蚀的能力，称为耐腐蚀性。

8、热安定性：金属在高温下对氧化的抵抗能力称为热安定性。

二、金属的机械性能：

机械零件在使用过程中，受到不同形式外力的作用，如拉伸力、压缩力、剪切力等，所谓金属的机械性能，是指金属抵抗外力的能力。

机械性能的基本指标有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。当金属材料受外力作用时，这种外力称为载荷；受外力后形状改变，称为变形。载荷因其作用性质不同，可以分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。

静载荷：是指大小不变或变动很慢的载荷。

冲击载荷：是指突然增加的载荷。

交变载荷：是指大小或方向作周期性变换的载荷。

1、强度：是指受外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度、比例极限、屈服极限。

2、塑性：金属材料在受力时能够产生显著的变形而不破裂的性能。延伸率、断面收缩率等。

金属材料的分类及性能

一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。

二、金属材料分类：

①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。

②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属

三、金属材料性能：

①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等

②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等

1. 工艺性能

金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：

（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。

（2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。可锻性：塑性和变形抗力

（3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。

（4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。

（5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。

2. 机械性能： 金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等。衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项：

常用金属材料及性能

金属材料是指具有金属结构特征（金属键）并具有金属特性的材料，具有优良的导热、导电、强度高、可塑性好、耐腐蚀等特点。金属材料在工业生产和日常生活中广泛应用，下面将介绍一些常用的金属材料及其性能。

1.钢铁

钢铁是最常用的金属材料之一、其主要成分是铁和一定的碳（碳含量小于2%）。钢的特点是强度高、韧性好、可塑性好、耐磨、耐蚀，适用于制造各种建筑结构、机械零件、工具以及车辆等。

2.铝

铝是一种轻质金属，具有优良的导热、导电性能。铝材料还具有耐腐蚀、可塑性好、焊接性强等特点。由于其重量轻、易于加工，因此广泛应用于汽车、飞机、电子产品、建筑等领域。

3.铜

铜是一种具有良好导电性能的金属材料。铜具有优良的导热、电导性能，同时还具有耐腐蚀、可塑性好等特点。铜材料广泛应用于电器、导线、制冷设备、建筑等领域。

4.锌

锌是一种具有反腐蚀性能的金属材料。锌具有良好的耐腐蚀性，可以用于制造防腐蚀材料、镀锌钢板等。此外，锌还可以用于制造合金，如黄铜（铜与锌的合金）、锌铝合金等。

5.镁 镁是一种具有轻质、高强度的金属材料。镁具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，可用于制造飞机、汽车、运动器材等。

除了上述常用的金属材料，还有一些其他金属材料也具有重要的应用价值，如钛、银、金等。钛具有重量轻、耐高温、抗腐蚀等特点，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。银具有良好的导电性和导热性能，广泛应用于电子、光学器件等。金具有高导电性、耐腐蚀性以及良好的韧性，用于珠宝、电子器件等。

总之，金属材料具有众多优点，适用于各种工业领域和日常生活中。不同的金属材料有不同的特点和应用范围，根据具体需求选择合适的金属材料可以提高生产效率和产品质量。