金属材料的工艺性能

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）。

1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。

2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。

②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。

③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。

④工艺性能。

力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。

3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

强度的大小用应力来表示。

b)根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。

一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。

4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。

变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。

在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。

屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。

Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。

Fb：试样拉伸的最大载荷。

8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。

用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。

计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。

塑性由拉伸试验测得的。

常用伸长率和断面收率表示。

11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。

用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。

用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。

金属材料的主要性能金属材料性能一般分为工艺性能和使用性能两类。

所谓工艺性能是指机械零件加工制造过程中，金属材料所定冷、热加工条件下表现出来性能。

金属材料工艺性能好坏，决定了它制造过程中加工成形适应能力。

加工条件不同，要求工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。

所谓使用性能是指机械零件使用条件下，金属材料表现出来性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。

金属材料使用性能好坏，决定了它使用范围与使用寿命。

机械制造业中，一般机械零件都是常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用，且使用过程中各机械零件都将承受不同载荷作用。

金属材料载荷作用下抵抗破坏性能，称为机械性能（或称为力学性能）。

金属材料机械性能是零件设计和选材时主要依据。

外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求机械性能也将不同。

常用机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。

下面将分别讨论各种机械性能。

1．强度强度是指金属材料静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）性能。

载荷作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。

各种强度间常有一定联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本强度指针。

2．塑性塑性是指金属材料载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏能力。

3．硬度硬度是衡量金属材料软硬程度指针。

目前生产中测定硬度方法最常用是压入硬度法，它是用一定几何形状压头一定载荷下压入被测试金属材料表面，被压入程度来测定其硬度值。

常用方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。

4．疲劳前面所讨论强度、塑性、硬度都是金属静载荷作用下机械性能指针。

实际上，许多机器零件都是循环载荷下工作，这种条件下零件会产生疲劳。

5．冲击韧性以很大速度作用于机件上载荷称为冲击载荷，金属冲击载荷作用下抵抗破坏能力叫做冲击韧性。

金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中所具有的性能特点，包括可塑性、可锻性、可切削性、可焊性、可锻性、可热处理性等。

这些性能特点对金属材料的加工、成形、焊接等工艺过程起到重要的影响，决定了材料在各种工艺中的适用性和实际应用价值。

首先，可塑性是金属材料工艺性能中最重要的特点之一。

金属材料的可塑性是指在外力作用下，金属能够发生塑性变形而不导致断裂的能力。

金属材料的可塑性反映了材料内部晶体结构的强度和变形能力。

具有良好可塑性的金属材料，可以通过压延、拉伸、挤压等加工工艺来实现各种复杂的形状和尺寸。

适当的变形条件下，可塑性可以得到提高，但过大的变形会导致晶粒的破坏和拉伸。

其次，可锻性也是金属材料工艺性能的一个重要指标。

金属材料的可锻性是指在一定加热条件下，材料能够经过冷、热锻造等锻造工艺而获得所需形状和性能的能力。

可锻性和可塑性有一定的关联性，但可锻性更关注材料在高温条件下的变形能力。

一般情况下，高熔点金属具有较好的可锻性，而低熔点金属则可塑性更好。

可切削性也是金属材料工艺性能的重要指标之一。

可切削性是指金属材料在切削过程中能够保持良好的切削性能。

切削性能是衡量金属材料切削性能好坏的关键因素，直接影响着金属材料的加工效率和加工质量。

较好的可切削性可以使金属材料在切削过程中实现高速切削，提高加工效率，减少刀具磨损和工件表面质量。

可焊性是金属材料工艺性能中的另一个重要指标。

可焊性是指金属材料在焊接过程中能够保持良好的焊接性能。

具有良好可焊性的金属材料在焊接过程中能够良好地与其他金属进行结合，形成可靠的焊接接头。

可焊性好的金属材料有利于实现先进的焊接技术，如激光焊接、电子束焊接等，提高焊接质量和自动化程度。

此外，可热处理性也是金属材料工艺性能中的一个重要特点。

金属材料的热处理是指通过加热和冷却过程来改变材料的组织结构和性能的过程。

可热处理性决定了金属材料在加工过程中是否能够经历热处理来改善材料的性能。

金属材料的热处理工艺及性能改善技术随着工业技术的不断发展，金属材料在各个领域中扮演着重要的角色。

然而，金属材料的性能往往需要根据具体需求进行改善。

而其中一种常见的方法就是通过热处理工艺来实现。

本文将介绍金属材料的热处理工艺及性能改善技术。

1. 热处理工艺热处理是指通过加热和冷却等一系列工艺过程，使金属材料的结构及性能得到改善的工艺方法。

常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。

1.1 退火退火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后缓慢冷却的工艺。

通过退火可使金属材料的晶粒细化、消除内应力以及改善塑性和韧性等性能。

1.2 正火正火是将金属材料加热到适当温度，然后在空气中自然冷却的工艺。

正火可以提高金属的强度和硬度，但相对于淬火而言变形较小。

1.3 淬火淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却的工艺。

淬火可以使金属材料的组织变为马氏体，从而提高硬度和强度，但会减小其塑性和韧性。

1.4 回火回火是将淬火后的金属材料再次加热到适当温度后冷却的工艺。

通过回火可以减轻淬火带来的脆性，提高金属材料的韧性和塑性。

2. 性能改善技术除了热处理工艺外，还有一些其他的技术可以用于金属材料的性能改善。

2.1 表面处理技术表面处理技术可以通过改变金属材料的表面结构和成分，来提升其耐磨性、耐腐蚀性以及表面光洁度等性能。

常见的表面处理技术包括电镀、喷涂和化学处理等。

2.2 合金化合金化是指将金属材料与其他元素进行混合，形成新的合金材料的过程。

通过合金化可以改变金属材料的组织结构和成分，从而改善其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。

2.3 疲劳寿命改善技术金属材料在长时间的使用过程中往往会出现疲劳破坏。

为了提高金属材料的疲劳寿命，可以采用表面强化、应力调控和表面涂覆等技术来改善材料的耐疲劳性能。

2.4 加工技术金属材料在加工过程中，其组织结构可能会发生变化，从而影响其性能。

因此，通过精确的加工技术可以使金属材料的性能得到改善。

金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，即指其铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。

1、铸造性能金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。

1)流动性熔融金属的流动能力称为流动性。

流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整和尺寸精确、轮廓清晰的铸件;2）收缩性铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性.铸件用金属材料的收视率越小越好；3）偏析铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析，偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。

被铸物质多为原为固态,但加热至液态的金属，如铜、铁、锡等，铸模的材料可以是沙，金属甚至陶瓷。

南关菜市场东头前两年有两个人把大量的铝易拉罐盒熔化后倒进模子里铸成大大小小的铝锅、铝盆等2、锻造性工业革命前锻造是普遍的金属加工工艺,马蹄铁、冷兵器、铠甲均由各国的铁匠手锻造（俗称打铁），金银首饰加工、金属包装材料是锻造与冲压的总和.什么是锻造性能？锻造性能：金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性.锻造性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。

塑性越好,变形抗力越小，金属的锻造性能越好.高碳钢不易锻造,高速钢更难。

(塑性：断裂前材料产生永久变形的能力。

）3、焊接性金属材料对焊接加工的适应性成为焊接性.也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

钢材的含碳量高低是焊接性能好坏的主要因素，含碳量和合金元素含量越高,焊接性能越差。

4、切削加工性能切削加工性能一般用切削后的表面质量（用表面粗糙程度高低衡量）和道具寿命来表示。

金属材料具有适当的硬度和足够的脆性时切削性良好。

改变钢的化学成分(如加入少量铅、磷等元素）和进行适当的热处理（如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火）可以提高刚的切削加工性能.（热处理的四把火:正火、退火、淬火、回火等,后面我们将进一步学习.）铜有良好的切削加工性能.5、热处理工艺性能钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。

金属材料的工艺性能铸造性能金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能。

用流动性、收缩性和偏析来衡量。

⑴流动性—熔融金属的流动能力称为流动性。

流动性好的金属易充满铸型，获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。

⑵收缩性—铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。

收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂。

⑶偏析—金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。

偏析会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。

锻造性能金属材料用锻压加工方法成形的能力称为锻造性。

塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性越好。

焊接性能金属材料对焊接加工的适应性称为焊接性。

在机械行业中，焊接的主要对象是钢材。

碳质量分数是焊接好坏的主要因素。

碳质量分数和合金元素质量分数越高，焊接性能越差。

切削加工性能切削加工性能一般用切削后的表面质量（以表面粗糙度高低衡量）和刀具寿命来表示。

金属具有适当的硬度（170HBS～230HBS）和足够的脆性时切削性能良好。

改变钢的化学成分（加入少量的铅、磷元素）和进行适当的热处理（低碳钢正火、高碳钢球化退火）可提高钢的切削加工性能。

热处理工艺性能钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。

含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性比较差。

金属材料的机械性能材料的性能好坏关系到设备使用寿命，整个国民经济的发展，特别是在航空航天方面（I2-8）。

材料的机械性能包括这么几个方面。

强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

根据载荷不同，可分为抗拉强度σb 、抗压ζbc 、抗弯ζbb 、抗剪ηb 、抗扭ηt 。

抗拉强度通过拉伸试验测定。

将一截面为圆形低碳钢拉伸试样（如图1a ）在材料试验机I2-9）上进行拉伸，测得应力—应变曲线（如图1b ）图1a 低碳钢试样图1b 低碳钢应力-应变图图中ζ为应力,ε为应变。

图中各个阶段：OA弹性变形阶段—试样的变形量与外加载荷成正比，载荷卸掉后，试样恢复原来样子。

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。

10 、顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。

11 、冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。