金属材料知识大全

概述

金属材料就是指金属元素或以金属元素为主构成得具有金属特性得材料得统称.包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物与特种金属材料等.(注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）

1、意义

人类文明得发展与社会得进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现得铜器时代、铁器时代,均以金属材料得应用为其时代得显著标志。现代,种类繁多得金属材料已成为人类社会发展得重要物质基础。

2、种类

金属材料通常分为黑色金属、有色金属与特种金属材料。

（１）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上得工业纯铁，含碳2％～4％得铸铁，含碳小于 2％得碳钢，以及各种用途得结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义得黑色金属还包括铬、锰及其合金.

(2)有色金属就是指除铁、铬、锰以外得所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属与稀土金属等。有色合金得强度与硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。

(3）特种金属材料包括不同用途得结构金属材料与功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得得非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

3、性能

一般分为工艺性能与使用性能两类.所谓工艺性能就是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定得冷、热加工条件下表现出来得性能。金属材料工艺性能得好坏，决定了它在制造过程中加工成形得适应能力。由于加工条件不同，要求得工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等.

所谓使用性能就是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来得性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能得好坏，决定了它得使用范围与使用寿命.在机械制造业中，一般机械零件都就是在常温、常压与非常强烈腐蚀性介质中使用得，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷得作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏得性能，称为力学性能(过去也称为机械性能）.金属材料得力学性能就是零件得设计与选材时得主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求得力学性能也将不同。常用得力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力与疲劳极限等。

金属材料特质

1、疲劳

许多机械零件与工程构件,就是承受交变载荷工作得。在交变载荷得作用下,虽然应力水平低于材料得屈服极限，但经过长时间得应力反复循环作用以后,也会发生突然脆性断裂,这种现象叫做金属材料得疲劳。金属材料疲劳断裂得特点就是：

（１）载荷应力就是交变得;

(２)载荷得作用时间较长;

（3）断裂就是瞬时发生得;

(4）无论就是塑性材料还就是脆性材料，在疲劳断裂区都就是脆性得。所以,疲劳断裂就是工程上最常见、最危险得断裂形式。

金属材料得疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：

（１)高周疲劳:指在低应力（工作应力低于材料得屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在10０0００以上得疲劳。它就是最常见得一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。

（2)低周疲劳:指在高应力（工作应力接近材料得屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在100００~1000００以下得疲劳。由于交变得塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而,也称为塑性疲劳或应变疲劳。

(3）热疲劳:指由于温度变化所产生得热应力得反复作用，所造成得疲劳破坏。

(４)腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷与腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）得共同作用下,所产生得疲劳破坏。

（5）接触疲劳:这就是指机器零件得接触表面，在接触应力得反复作用下,出现麻点剥落或表面压碎剥落,从而造成机件失效破坏.

2、塑性

塑性就是指金属材料在载荷外力得作用下,产生永久变形（塑性变形）而不被破坏得能力。金属材料在受到拉伸时,长度与横截面积都要发生变化，因此，金属得塑性可以用长度得伸长（延伸率）与断面得收缩(断面收缩率）两个指标来衡量.

金属材料得延伸率与断面收缩率愈大，表示该材料得塑性愈好，即材料能承受较大得塑性变形而不破坏.一般把延伸率大于百分之五得金属材料称为塑性材料（如低碳钢等)，而把延伸率小于百分之五得金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等)。塑性好得材料，它能在较大得宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形得同时使金属材料因塑性变形而强化,从而提高材料得强度，保证了零件得安全使用。此外,塑性好得材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷

弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时,必须满足一定得塑性指标。

3、耐久性

建筑金属腐蚀得主要形态：

（1）均匀腐蚀。金属表面得腐蚀使断面均匀变薄。因此,常用年平均得厚度减损值作为腐蚀性能得指标（腐蚀率)。钢材在大气中一般呈均匀腐蚀。

(2)孔蚀。金属腐蚀呈点状并形成深坑.孔蚀得产生与金属得本性及其所处介质有关。在含有氯盐得介质中易发生孔蚀.孔蚀常用最大孔深作为评定指标。管道得腐蚀多考虑孔蚀问题。

（3）电偶腐蚀.不同金属得接触处，因所具不同电位而产生得腐蚀。

(４）缝隙腐蚀。金属表面在缝隙或其她隐蔽区域部常发生由于不同部位间介质得组分与浓度得差异所引起得局部腐蚀。

(５）应力腐蚀。在腐蚀介质与较高拉应力共同作用下，金属表面产生腐蚀并向内扩展成微裂纹,常导致突然破断。混凝土中得高强度钢筋（钢丝）可能发生这种破坏。

４、硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面得能力。它就是金属材料得重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好.常用得硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度。

布氏硬度(ＨＢ）:以一定得载荷（一般3000kｇ）把一定大小（直径一般为10ｍm）得淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(ＨB)，单位为公斤力/mｍ2 (Ｎ/mm2)。

洛氏硬度（ＨＲ):当ＨB>45０或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它就是用一个顶角120°得金刚石圆锥体或直径为1、5９、3、18mm得钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕得深度求出材料得硬度。根据试验材料硬度得不同,可采用不同得压头与总试验压力组成几种不同得洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用得洛氏硬度标尺就是A,B，C三种（HＲA、HRB、HRC)。其中C标尺应用最为广泛.

HＲA:就是采用６0kg载荷钻石锥压入器求得得硬度，用于硬度极高得材料（如硬质合金等）。

HRB：就是采用10０kｇ载荷与直径1、58mm淬硬得钢球,求得得硬度,用于硬度较低得材料(如退火钢、铸铁等）。

HRＣ:就是采用１50kg载荷与钻石锥压入器求得得硬度，用于硬度很高得材料(如淬火钢等)。