五金料基础知识

五金料基础知识
五金料基础知识
一、五金原料知识：
（一）、概念：
1、金属材料（metal materials ）：
以金属(包括合金与纯金属)为基础的材料。

可分为钢铁材料和有色金属材料两大类。

2、种类：
3、性能：
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处
理性能、切削加工性等。

②所谓使用性能：
是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。

常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。

（二）、金属材料特质：
1、疲劳
许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。

在交变载荷的作用下，虽然应力
水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的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的疲劳。

金属材料疲劳断裂的特点是：
⑴载荷应力是交变的；
⑵载荷的作用时间较长；
⑶断裂是瞬时发生的；
压碎剥落，从而造成机件失效破坏。

2、塑性
形而不破坏。

一般把
延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分
之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。

塑性好的材料，它能在较大的宏观范围
内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。

此外，塑性好的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，必须满足一定的塑性指标。

3、耐久性
常导致突然破断。

混凝土中的高强度钢筋（钢丝）可能发生这种破坏。

4、硬度
(⒉)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。

它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。

根据试验材料硬度的不同，可采用不同的压头和总试验压力组成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在
洛氏硬度符号HR后面加以注明。

常用的洛氏硬度标尺是A,B,C三种（HRA,HRB,HRC）。

其
中C标尺应用最为广泛。

HRA：是采用60kg载荷钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低
的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火
钢等）。

(3 )维氏硬度（HV）：以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压
入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV）。

硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。

为了能用硬度试验代替某些
机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。

实践证明，金属材料
的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。

因为硬度值是由起始塑性
变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就
越高。

（三）性能
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。

金属材料的性能主要分为四
个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。

1、机械性能一应力的概念，物体内部单位截面积上承受的力称为应力。

由外力作用
引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如
组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的残余应力…等等）。

二机械性能，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，因此衡量金属材料机械性能的指标主
要有以下几项：
（1.）强度
这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限
（σb）、抗弯强度极限（σbb）、抗压强度极限（σbc）等。

由于金属材料在外力作用
下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成
一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂，测定的强度指标主要有：
⑴强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强
度极限，以σb表示，如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算关系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPaσb=Pb/Fo式中：Pb?C至材料断裂时的最大应力（或者说是试样能承受的最大载荷）；Fo?C拉伸试样原来
的横截面积。

⑵屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。

产生屈服时的应力称为屈服强度极限，
用σs表示，相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。

对于塑性高的材料，在拉伸曲
线上会出现明显的屈服点，而对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点
的外力求出屈服极限。

因此，在拉伸试验方法中，通常规定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限，用
σ0.2表示。

屈服极限指标可用于要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。

但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即σs/σb）要小，以提高其安全可靠性，不
过此时材料的利用率也较低了。

⑶弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称
为弹性。

金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的
e点，以σ
e表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说
材料最大弹性变形时的载荷）。

⑷弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单位
变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸试验曲线上
o-e线与水平轴o-x的夹角。

弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗
弹性变形的能力称为刚性）。

（2.）塑性（略）
（3.）硬度（见上）
（4.）韧性
金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。

通常采用冲击试验，即用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受
冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性：αk=Ak/F单位J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk称作金属材料的冲击韧性，Ak为冲击功，F为断口的原始截面积。

（5.）疲劳强度
极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强
度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因
使得零件表面的局部造成大于σs甚至大于σb的应力（应力集中），使该局部发生塑性
变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应
力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于σb而产生断裂。

在实际应用中，一般把试样在重复或交变应力（拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等）作
用下，在规定的周期数内（一般对钢取106~107次，对有色金属取108次）不发生断裂所
能承受的最大应力作为疲劳强度极限，用σ-1表示，单位MPa。

除了上述五种最常用的力学性能指标外，对一些要求特别严格的材料，例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金
属材料，还会要求下述一些力学性能指标：蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材
料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。

通常采用高温拉伸蠕变试验，即在恒定温度
和恒定拉伸载荷下，试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长或残余伸长）或者在蠕变伸
长速度相对恒定的阶段，蠕变速度不超过某规定值时的最大应力，作为蠕变极限，以表示，单位MPa，式中τ为试验持续时间，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；或者以表示，V
为蠕变速度。

高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定
的持续时间而不断裂的最大应力，以表示，单位MPa，式中τ为持续时间，t为温度，σ
为应力。

金属缺口敏感性系数：以Kτ表示在持续时间相同（高温拉伸持久试验）时，有
缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比：式中τ为试验持续时间，为缺口试样的应力，为光滑试样的应力。

或者用：表示，即在相同的应力σ作用下，缺口试样持续时间
与光滑试样持续时间之比。

抗热性：在高温下材料对机械载荷的抗力。

2、化学性能
性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。

3、物理性能金属的物理性能主要考虑：
⑴密度（比重）：ρ=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。

在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗
（密度ρ与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力
等等。

⑵熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，
并与材料的高温性能有很大关系。

⑶热膨胀性：随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。

热膨胀性与材料的比热有关。

在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或
者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。

⑷磁性能：吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感
应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。

⑸电学性能：主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。

4、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，主要有以下四个方面：
⑴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。

⑵可锻性：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。

⑶可铸性：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。

⑷可焊性：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。

（四）分类：
1、按化学成分分类
可分为碳素钢、低合金钢和合金钢。

2、按主要质量等级分类：
① 普通碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢；
② 普通低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢；
③ 普通合金钢、优质合金钢和特殊质量合金钢。

3、冶金工业分类法：
（1）.黑色金属：铁、铬、锰三种
性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。

3、物理性能金属的物理性能主要考虑：
⑴密度（比重）：ρ=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。

在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗
（密度ρ与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力
等等。

⑵熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，
并与材料的高温性能有很大关系。

⑶热膨胀性：随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。

热膨胀性与材料的比热有关。

在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或
者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。

⑷磁性能：吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感
应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。

⑸电学性能：主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。

4、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，主要有以下四个方面：
⑴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。

⑵可锻性：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。

⑶可铸性：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。

⑷可焊性：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。

（四）分类：
1、按化学成分分类
可分为碳素钢、低合金钢和合金钢。

2、按主要质量等级分类：
① 普通碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢；
② 普通低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢；
③普通合金钢、优质合金钢和特殊质量合金钢。

3、冶金工业分类法：
（1）.黑色金属：铁、铬、锰三种
（2）.有色金属：铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍。

4、把金属稀有程度分为：
常见金属：如铁、铝、铜、锌等稀有金属：如锆、铪、铌、钽等；
1.轻金属。

密度小于4500千克/立方米，如铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。

2.重金属。

密度大于4500千克/米3，如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。

3.贵金属。

价格比一般常用金属昂贵，地壳丰度低，提纯困难，如金、银及铂族金属。

4.准金属元素。

性质价于金属和非金属之间，如硅、硒、碲、砷、硼等。

5.稀有金属。

包括稀有轻金属，如锂、铷、铯等；
6.稀有难熔金属，如钛、锆、钼、钨等；
7.稀有分散金属，如镓、铟、锗、铊等；
8.稀土金属，如钪、钇、镧系金属；
9.放射性金属，如镭、钫、钋及阿系元素中的铀、钍等
（五）表示方法：按照国家标准《钢铁产品牌号表示方法》规定，我国钢铁产品牌
号采用汉语拼音字母、化学符号和阿拉伯数字相结合的表示方法，即：
l ）牌号中化学元素采用国际化学元素表示。

2 ）产品名称、用途、特性和工艺方法等，通常采用代表该产品汉字的汉语拼音的缩
写字母表示。

3 ）钢铁产品中的主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。

合金结构钢的牌号按下列规则编制。

数字表示含碳量的平均值。

合金结构钢和弹簧钢
用二位数宇表示平均含碳量的万分之几，不锈耐酸钢和耐热钢含碳量用千分数表示。

平均
含碳量
（六）快速成型技术
1、原理
快速成型属于离散/堆积成型。

它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即
将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层
截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成
三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。

2、工艺过程快速成型的工艺过程具体如下：
l）产品三维模型的构建。

由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构
建所加工工件的三维CAD 模型。

该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如
Pro/E,I-DEAS,Solid Works,UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而
形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反
求工程的方法来构造三维模型。

2）三维模型的近似处理。

由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型
进行近似
处理，以方便后续的数据处理工作。

由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成
为快速成型领域的准标准接口文件。

它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每
个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行
选择。

STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比ASCⅡ 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCⅡ码输出形式可以阅读和检查。

典
型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。

3）三维模型的切片处理。

根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度
方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。

间隔一般
取0.05mm~0.5mm，常用 0.1mm。

间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就
越低，反之则精度低，但效率高。

4）成型加工。

根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头
或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相
粘结，最终得到原型产品。

5）成型零件的后处理。

从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在
高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。

（七）、不良项目：
001 毛刺：由于模具刀口钝化或滚连滑边块问题，造成表面切割时产生锋利的突出物。

002 生锈：因受潮或腐蚀条件下在空气中氧化造成的黄色点状或块状物。

003 氧化：因受电孤或高温及其它原因产生的金属件表面灰青或黑色斑点或斑块。

004 不光滑：一些光亮表面的材料表面由于各种原因形成亚光或不平滑的现象。

005 电镀不良：因电镀不良形成的表面略带反光的杂色斑痕或斑块。

006 脱镀：因电镀不良，造成的部分位置漏出基材或镀层附着力不够而脱落。

007 硬度不够：材质的本身硬度或表面经合金化处理后硬度达不到要求。

008 弹性大：弹簧或弹片类材料的弹性过大。

009 弹性小：弹簧或弹片类材料的弹性偏小。

010 断裂：材料受冲击损坏后出现的断掉或裂缝。

011 划伤：材料表面存有被坚硬物刮划的长条状痕迹。

012 起泡：在烘烤表面油漆时产生气泡或类似突起物。

013 碰伤：明显受撞击产生的局部位置受损。

014 色泽不符：材料的色泽与工程规定的材质色泽不同。

（八）、金属料的存放：
1、一般要求放在干燥的地方，防生锈；其它无要求，也无有效期要求；
2、精密元件要求：必须打防锈油并PE袋装，或油纸包护好。