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：

金属材料的焊接性能

（2014.2.27）

摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。

关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头

1 前言

随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。

2 金属材料的焊接性能

2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素

2.1.1 金属材料焊接性的定义

金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能

金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。

工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。

使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。 从理论上，凡是在熔化状态下相互能形成固熔体或共晶的两种金属或合金，原则上都可以实现焊接，即具有所谓原则焊接性，又叫物理焊接性，然而，这种原则焊接性仅仅为材料实现焊接提供依据，并不等于该材料用任何焊接方法，都能获得满足使用性能要求的优质焊接接头。同种金属或合金之间是具有原则焊接性的，但是，它们在不同的焊接工艺条件下的焊接性却表现出很大的差异。