金属物理性能分析

热学性能

1.热容：质量为m的物体温度升高1k所需的热量称为该物体的热容。

热焓：热力学中，在定压条件下，将质量为m的物体从0k加热到T所吸收的热量Q称为该物体的热焓。

热传导：由于材料相邻部分间的温差而发生的能量迁移称为热传导。

2.热焓理论的发展阶段

从经典的热容理论发展到爱因斯坦的量子热容理论，进而到较完善的德拜量子理论。3.膨胀仪的种类

按其测量原理可分为机械放大、光学放大、电磁放大三种类型。

①光学膨胀仪.：普通光学膨胀仪、示差光学膨胀仪

②其他类型膨胀仪：简易机械式膨胀仪、干涉式膨胀仪、电感式膨胀仪、电容式膨胀仪、

电子测微管式膨胀仪、小惯量细丝膨胀仪。

4.测量热容的方法

物理学中测定比热容的方法主要是量热计法。在金属学研究中有发展了撒克司（Sykes）法和史密斯（Smith）法，前者用于测量高温下比热容，后者用于测量比热容和转变潜热。还有热分析法。

5.三种热（电）效应的定义

①塞贝克效应：把两种不同的金属A与B连成一个闭合回路，若两个接点处的温度不同，

则回路中将产生一个电势，这个电势称之为热电势。这种热电现象就是塞贝克效应

②珀尔贴效应：电流通过金属A、B的接点时，除了因电流流经电路产生的焦耳热外，

还会在接点处额外产生吸热或放热效应。这种热电现象称为珀尔贴效应。

③汤姆孙效应：当电流通过一个有温差的金属导体时，在整个导体上除产生焦耳热外还

会产生放热或吸热现象，这种热电现象称为汤姆孙效应

6.热学性能分析法在研究淬火钢回火中的应用

热分析的应用

对Wc=0.74%的淬火态碳钢进行加热回火，测定比定压热容得到其随温度的变化曲线，从而可以看出在加热过程中发生了各种组织转变，所以在不同温度区间产生了不同的热效应：

a.热效应Ⅰ是由淬火马氏体转变为回火马氏体引起的，此时马氏体的正方度减小，并从

固溶体中析出ε碳化物；

b.热效应Ⅱ是残余奥氏体分解引起的，此时残余奥氏体转变为α相和碳化物；

c.热效应Ⅲ是由马氏体分解完毕后已析出的碳化物转变为Fe3C以及铁素体位错密度急

剧降低引起的。

7.影响热容的因素

①.金属的热容

a.自由电子对热容的贡献

b.德拜特征温度和特征频率

②合金的热容

a.自由电子对热容的贡献

b.德拜特征温度和特征频率

c.合金相的热容

d.合金相的形成热

8.影响热导率的因素

①温度对金属热导率的影响

②原子结构对热导率的影响

③合金的成分和晶体结构对热导率的影响

④气孔率对材料热导率的的影响

⑤某些无机材料的热导率

9.膨胀分析法的应用

①确定钢的相变温度

a.钢在加热和冷却过程中临界点的方法

b.碳钢膨胀曲线的分析

c.用分析法求临界点

②研究钢的冷却转变

a等温转变的研究

b等温转变产物体积百分数的确定及C-曲线的绘制

c马氏体转变点Ms点的测量

③研究淬火钢的回火

④纯铁快速加热相变的研究

电学性能

1.满带：若允带所有的能级都被电子填满这种能带称为满带。

禁带：能隙所对应的能带称为禁带

导带：在外电场的作用下参与导电的允带称为导带

珀尔贴效应：电流通过金属A、B的接点时，除了因电流流经电路产生的焦耳热外，还会在接点处额外产生吸热或放热效应。这种热电现象称为珀尔贴效应。

2.电阻分析法的运用

①. 研究合金的时效

②. 合金的有序-无序转变

③.测量固溶体的溶解度

④.电阻法研究碳钢的回火

⑤.电阻法研究过冷奥氏体分解

3.用能带理论解释导体、半导体、绝缘体

①如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或禁带相互重叠，在外电场作用下，

电子很容易从一个能级转到另一能级上去而产生电流，有这种能带结构的材料就是导体。

②若一个满带上面相邻的一个较宽的禁带，由于满带上的电子没有活动的余地，即使是

禁带上面的能带完全是空的，在外电场作用下，电子也很难跳过禁带，也就是电子不能趋向一个择优方向运动，即不能产生电流，有这种能带结构的材料为绝缘体。

④半导体能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄，满带中的电子受热振动

等因素的影响能被激发跳过禁带而进入空带，在外电场作用下，空带中的自由电子便产生电流。

磁学性能

1.趋肤深度：当频率很高的电流通过导线时，由于趋肤效应可以认为电流只在导线

表面上很薄的一层中流过，该电流层的厚度，称为趋肤深度。同时也被称作趋肤厚度

居里点：铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体，此临界温度称为居里温度或居里点。

磁畴：铁磁体自发磁化成的若干个小区域称为磁畴

2.抗磁性、铁磁性、顺磁性物质的特征及典型金属

①抗磁体磁化率为很小的负数，其绝对值大约在10^-6数量级。他们在磁场中受到

微弱的斥力。根据磁化率与温度的关系，抗磁体可分为：

a.“经典”抗磁体，它的磁化率不随温度变化，如铜、银、金、汞、锌等

b.反常抗磁体，它的磁化率随温度变化，且其大小是前者的10—100倍，如铋、镓、锑、

铟等

②顺磁体磁化率为正值，约为10^-3—10^-6。它在磁场中受微弱吸力。根据磁化率

与温度的关系，顺磁体可分为：

a.正常顺磁体，其磁化率与时间成反比关系，如金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属

等

b.磁化率与温度无关的顺磁体，如锂、钠、钾、铷等

③.铁磁体在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。磁化率为很大的正数，

且磁化强度M或磁感应强度B与外磁场强度H呈非线性关系变化，如铁、钴、镍等

3.影响涡流的因素

涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关

涡流损耗与电流的大小与频率、磁芯横截面有关系

4.WGF-1钢铁材质分选仪的应用

对钢铁件进行混料分选、钢种鉴别、无损定碳、硬度检测以及裂纹、内裂、折迭等缺陷的电磁检测。

5.影响钢铁磁性能的因素

主要有两方面：

①.外部环境因素

a.温度对铁磁性的影响

b.应力的影响

②材料内部因素

a.加工硬化和晶粒细化的影响

b.磁场退火

c.合金成分和组织的影响

参考文献：《材料物理性能》大连理工大学陈騑騢

《金属物理性能分析》哈尔滨工业大学宋学孟

由于编者水平有限，加之时间仓促，难免有不当之处，敬请读者批评指正！