金属材料是指金属元素或以金属元素为主产生的具备金属特点的材料的统称。包罗纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）

1.意义

人类文化的进展和社会的提高同金属材料关联万分亲密。继石器光阴此后浮现的铜器光阴、铁器光阴，均以金属材料的运用为其光阴的显著标识。当代，品种众多的金属材料已成为人类社会进展的要紧物资原形。

2.品种

金属材料每每分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

1）黑色金属又称钢铁材料，包罗含铁90%以上的产业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各样用处的构造钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精湛合金等。广义的黑色金属还包罗铬、锰及其合金。

2）有色金属是指除铁、铬、锰除外的一共金属及其合金，每每分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、希有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度寻常比纯金属高，而且电阻大、电阻温度系数小。

3）特种金属材料包罗不同用处的构造金属材料和功用金属材料。此中有经历快速冷凝工艺得到的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；再有隐身、抗氢、超导、形态回顾、耐磨、减振阻尼等非常功用合金以及金属基复合材料等。

3.功用

寻常分为工艺功用和运用功用两类。所谓工艺功用是指板滞零件在加工建造流程中，金属材料在所定的冷、热加工前提下展现出来的功用。金属材料工艺功用的优劣，决计了它在建造流程中加工成形的适应能耐。由于加工前提不同，请求的工艺功用也就不同，如锻造功用、可焊性、可锻性、热解决功用、切削加工性等。

所谓运用功用是指板滞零件在运用前提下，金属材料展现出来的功用，它包罗力学功用、物理功用、化学功用等。金属材料运用功用的优劣，决计了它的运用范畴与运用寿命。在板滞建造业中，寻常板滞零件都是在常温、常压和分外猛烈侵蚀性介质中运用的，且在运用流程中各板滞零件都将蒙受不同载荷的效用。金属材料在载荷效用下抵当毁坏的功用，称为力学功用（已往也称为板滞功用）。金属材料的力学功用是零件的打算和选材时的首要根据。外加载荷性质不同（譬喻拉伸、收缩、挽救、冲锋、轮回载荷等），对金属材料请求的力学功用也将不同。罕用的力学功用包罗：强度、塑性、硬度、冲锋韧性、屡屡冲锋抗力和疲钝极限等。

金属材料特点

1.疲钝

很多板滞零件和工程构件，是蒙受交变载荷做事的。在交变载荷的效用下，即使应力程度低于材料的服从极限，但经太万古间的应力一再轮回效用此后，也会产生俄然脆性断裂，这类表象叫做金属材料的疲钝。金属材料疲钝断裂的特色是：

1）载荷应力是交变的；

2）载荷的做历光阴较长；

3）断裂是刹时产生的；

4）不管是塑性材料依然脆性材料，在疲钝断裂区都是脆性的。因此，疲钝断裂是工程上最罕见、最危险的断裂方法。

金属材料的疲钝表象，按前提不同可分为下列几种：

1）高周疲钝：指在低应力（做事应力低于材料的服从极限，乃至低于弹性极限）前提下，应力轮回周数在以上的疲钝。它是最罕见的一种疲钝毁坏。高周疲钝寻常简称为疲钝。

2）低周疲钝：指在高应力（做事应力凑近材料的服从极限）或高应变前提下，应力轮回周数在~下列的疲钝。由于交变的塑性应变在这类疲钝毁坏中起首要效用，因此，也称为塑性疲钝或应变疲钝。

3）热疲钝：指由于温度改变所产生的热应力的一再效用，所产生的疲钝毁坏。

4）侵蚀疲钝：指板滞部件在交变载荷和侵蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共通效用下，所产生的疲钝毁坏。

5）来往疲钝：这是指板滞零件的来往表面，在来往应力的一再效用下，浮现麻点剥落或表面压碎剥落，进而产生机件做废毁坏。

2.塑性

塑性是指金属材料在载荷外力的效用下，产生永远变形（塑性变形）而不被毁坏的能耐。金属材料在遭到拉伸时，长度和横截面积都要产生改变，是以，金属的塑性也许用长度的伸长（蔓延率）和断面的紧缩（断面紧缩率）两个目标来掂量。金属材料的蔓延率和断面紧缩率愈大，示意该材料的塑性愈好，即材料能蒙受较大的塑性变形而不毁坏。寻常把蔓延率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把蔓延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畴内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而加强，进而升高材料的强度，保证了零件的平安运用。别的，塑性好的材料也许告成地实行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。是以，筛选金属材料做板滞零件时，务必满意肯定的塑性目标。

3.持久性

修建金属侵蚀的首要形态：

1）平匀侵蚀。金属表面的侵蚀使断面平匀变薄。是以，罕用年平衡的厚度减损值做为侵蚀功用的目标（侵蚀率）。钢材在大气中寻常呈平匀侵蚀。

2）孔蚀。金属侵蚀呈点状并产生深坑。孔蚀的产生与金属的天性及其所处介质关联。在含有氯盐的介质中易产生孔蚀。孔蚀罕用最大孔深做为评定目标。管道的侵蚀多琢磨孔蚀题目。

3）电偶侵蚀。不同金属的来往处，因所具不同电位而产生的侵蚀。

4）裂缝侵蚀。金属表面在裂缝或其余躲藏地区部常产生由于不同部位间介质的组分和浓度的差别所引发的部分侵蚀。

5）应力侵蚀。在侵蚀介质和较高拉应力共通效用下，金属表面产生侵蚀并向内扩大成微裂纹，常致使俄然破断。混凝土中的高强度钢筋（钢丝）也许产生这类毁坏。

4.硬度

硬度示意材料抵当硬物体压入其表面的能耐。它是金属材料的要紧功用目标之一。寻常硬度越高，耐磨性越好。罕用的硬度目标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度（HB）：以肯定的载荷(寻常kg)把肯定巨细（直径寻常为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，维持一段光阴，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单元为千克力/mm2(N/mm2)。

洛氏硬度（HR）：当HB或许试样太小时，不能采纳布氏硬度实验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在肯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。按照实验材料硬度的不同，可采纳不同的压头和总实验压力构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标识HR背面加以讲授。罕用的洛氏硬度标尺是A,B,C三种（HRA、HRB、HRC）。此中C标尺运用最为宽泛。

HRA：是采纳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：是采纳kg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：是采纳kg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）。

维氏硬度（HV）：以kg之内的载荷和顶角为°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)。硬度实验是板滞功用实验中最浅显易行的一种实验法子。为了能用硬度实验取代某些板滞功用实验，临盆上需求一个对照确切的硬度和强度的换算关联。实际解释，金属材料的各样硬度值之间，硬度值与强度值之间具备类似的响应关联。由于硬度值是由肇始塑性变形抗力和接续塑性变形抗力决计的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

金属材料的功用

金属材料的功用决计着材料的合用范畴及运用的正当性。金属材料的功用首要分为四个方面，即：板滞功用、化学功用、物理功用、工艺功用。

1.板滞功用

一）应力的观念,物体内部单元截面积上蒙受的力称为应力。由外力效用引发的应力称为做事应力，在无外力效用前提下均衡于物体内部的应力称为内应力（譬喻构造应力、热应力、加工流程竣事后保存下来的残剩应力…）。

二）板滞功用,金属在肯定温度前提下蒙受外力（载荷）做历时，抵当变形和断裂的能耐称为金属材料的板滞功用（也称为力学功用）。金属材料蒙受的载荷有多种方法，它可所以静态载荷，也可所以动态载荷，包罗独自或同时蒙受的拉伸应力、压应力、蜿蜒应力、剪切应力、挽救应力，以及争持、震荡、冲锋等等，是以掂量金属材料板滞功用的目标首要有下列几项：

1.1.强度

这是表征材料在外力效用下抵当变形和毁坏的最大能耐，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效用下从变形到毁坏有肯定的规律可循，因此每每采纳拉伸实验实行测定，即把金属材料制成肯定例格的试样，在拉伸实验机赶上行拉伸，直至试样断裂，测定的强度目标首要有：

1）强度极限：材料在外力效用下能抵当断裂的最大应力，寻常指拉力效用下的抗拉强度极限，以σb示意，如拉伸实验弧线图中最高点b对应的强度极限，罕用单元为兆帕（MPa），换算关联有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8MPa。

2）服从强度极限：金属材料试样蒙受的外力超出材料的弹性极限时，即使应力不再添加，然则试样仍产生显然的塑性变形，这类表象称为服从，即材料蒙受外力到肯定程度时，其变形不再与外力成正比而产生显然的塑性变形。产生服从时的应力称为服从强度极限，用σs示意，响应于拉伸实验弧线图中的S点称为服从点。关于塑性高的材料，在拉伸弧线上会浮现显然的服从点，而关于低塑性材料则没有显然的服从点，进而难以按照服从点的外死力出服从极限。是以，在拉伸实验法子中，每每例定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力做为前提服从极限，用σ0.2示意。服从极限目标可用于请求零件在做事中不产生显然塑性变形的打算根据。然则关于一些要紧零件还琢磨请求屈强比（即σs/σb）要小，以升高其平安牢靠性，不过此时材料的行使率也较低了。

3）弹性极限：材料在外力效用下将产生变形，然则去除外力后仍能恢回复状的能耐称为弹性。金属材料能维持弹性变形的最大应力即为弹性极限，响应于拉伸实验弧线图中的e点，以σe示意，单元为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为维持弹性时的最大外力（或许说材料最大弹性变形时的载荷）。

4）弹性模数：这是材料在弹性极限范畴内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单元变形量）之比，用E示意，单元兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸实验弧线上o-e线与程度轴o-x的夹角。弹性模数是响应金属材料刚性的目标（金属材料受力时抵当弹性变形的能耐称为刚性）。

1.2.塑性

金属材料在外力效用下产生永远变形而不毁坏的最大能耐称为塑性，每每以拉伸实验时的试样标距长度蔓延率δ（%）和试样断面紧缩率ψ（%）蔓延率δ=[(L1-L0)/L0]x%，这是拉伸实验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差（延长量）与L0之比。在实际实验时，统一材料然则不同规格（直径、截面形态-譬喻方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的蔓延率会有不同，是以寻常需求分外加注，譬喻最罕用的圆截口试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的蔓延率示意为δ5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的蔓延率则示意为δ10。断面紧缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x%，这是拉伸实验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处最小截面积F1之差（断面撙节量）与F0之比。有用中关于最罕用的圆截口试样每每可经历直径丈量实行筹划：ψ=[1-(D1/D0)2]x%，式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。δ与ψ值越大，说明材料的塑性越好。

1.3.韧性

金属材料在冲锋载荷效用下抵当毁坏的能耐称为韧性。每每采纳冲锋实验，即用肯定尺寸和形态的金属试样在规章典型的冲锋实验机上蒙受冲锋载荷而折断时，断口上单元横截面积上所耗损的冲锋功表征材料的韧性：αk=Ak/F单元J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk称做金属材料的冲锋韧性，Ak为冲锋功，F为断口的原始截面积。5.疲钝强度极限金属材料在历久的一再应力效用或交变应力效用下（应力寻常均小于服从极限强度σs），未经显著变形就产生断裂的表象称为疲钝毁坏或疲钝断裂，这是由于多种起因使得零件表面的部分产生大于σs乃至大于σb的应力（应力集合），使该部分产生塑性变形或微裂纹，跟着一再交变应力效用次数的添加，使裂纹渐渐扩大加深（裂纹顶端处应力集合）致使该部分处蒙受应力的实际截面积减小，直至部分应力大于σb而产生断裂。在实际运用中，寻常把试样在反复或交变应力（拉应力、压应力、蜿蜒或挽救应力等）效用下，在规章的周期数内（寻常对钢取~次，对有色金属取次）不产生断裂所能蒙受的最大应力做为疲钝强度极限，用σ-1示意，单元MPa。除了上述五种最罕用的力学功用目标外，对一些请求分外严峻的材料，譬喻航空航天以及核产业、电厂等运用的金属材料，还会请求下述一些力学功用目标：蠕变极限：在肯定温度和恒定拉伸载荷下，材料随光阴慢慢产生塑性变形的表象称为蠕变。每每采纳高温拉伸蠕变实验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规守光阴内的蠕变伸长率（总伸长或残剩伸长）或许在蠕变伸长速率相对恒定的阶段，蠕变速率不超出某规章值时的最大应力，做为蠕变极限，以示意，单元MPa，式中τ为实验不断光阴，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；或许以示意，V为蠕变速率。高温拉伸好久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷效用下，到达规章的不断光阴而陆续裂的最大应力，以示意，单元MPa，式中τ为不断光阴，t为温度，σ为应力。金属缺口敏锐性系数：以Kτ示意在不断光阴雷同（高温拉伸好久实验）时,出缺口的试样与完好口的滑润试样的应力之比：式中τ为实验不断光阴，为缺口试样的应力，为滑润试样的应力。或许用：示意，即在雷同的应力σ效用下，缺口试样不断光阴与滑润试样不断光阴之比。抗热性：在高温下材料对板滞载荷的抗力。

2.化学功用

金属与其余物资引发化学响应的特点称为金属的化学功用。在实际运用中首要琢磨金属的抗蚀性、抗氧化性（又称做氧化抗力，这是分外指金属在高温时对氧化效用的抵当能耐或许说安定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间产生的化合物对板滞功用的影响等等。在金属的化学功用中，分外是抗蚀性对金属的侵蚀疲钝损伤有注意大的意义。

3.物理功用

金属的物理功用首要琢磨：

1）密度（比重）：ρ=P/V单元克/立方厘米或吨/立方米，式中P为分量，V为体积。在实际运用中，除了按照密度筹划金属零件的分量外，很要紧的一点是琢磨金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来辅助选材，以及与无损探测关联的声学探测中的声阻抗（密度ρ与声速C的乘积）和射线探测中密度不同的物资对射线能量有不同的吸取能耐等等。

2）熔点：金属由固态变化为液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温功用有很大关联。

3）热膨胀性。跟着温度改变，材料的体积也产生改变（膨胀或紧缩）的表象称为热膨胀，多用线膨胀系数掂量，亦即温度改变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关联。在实际运用中还要琢磨比容（材料受温度等外界影响时，单元分量的材料其容积的增减，即容积与原料之比），分外是关于在高温处境下做事，或许在冷、热瓜代处境中做事的金属零件，务必琢磨其膨胀功用的影响。

4）磁性。能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它响应在导磁率、磁滞消耗、残余磁感想强度、矫顽磁力等参数上，进而也许把金属材料分红顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。

5）电学功用。首要琢磨其电导率，在电磁无损探测中对其电阻率和涡流消耗等都有影响。

4.工艺功用

金属对各样加工工艺法子所展现出来的适应性称为工艺功用，首要有下列四个方面：

1）切削加工功用：响应用切削东西（譬喻车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料实行切削加工的难易程度。

2）可锻性：响应金属材料在压力加工流程中成型的难易程度，譬喻将材料加热到肯定温度时其塑性的凹凸（展现为塑性变形抗力的巨细），答应热压力加工的温度范畴巨细，热胀冷缩特点以及与显微构造、板滞功用关联的临界变形的边界、热变形时金属的固定性、导热功用等。

3）可铸性：响应金属材料融化浇铸成为铸件的难易程度，展现为融化形态时的固定性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微构造的平匀性、精致性，以及冷缩率等。

4）可焊性：响应金属材料在部分快速加热，使连合部位疾速融化或半融化（需加压），进而使连合部位巩固地连合在一同而成为团体的难易程度，展现为熔点、融化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特点、塑性以及与接缝部位和相近用材显微构造的关联性、对板滞功用的影响等。

金属材料、金属制人格业进展前程

金属制人格业包罗构造性金属成品建造、金属东西建造、集装箱及金属包装容器建造、集装箱、不锈钢及好似日用金属成品建造，船舶及海洋工程建造等。跟着社会的提高和科技的进展，金属成品在产业、农业以及人们的生存各个范畴的运用越来越宽泛，也给社会建造越来越大的价格。

金属制人格业在进展流程中也碰到一些艰苦，譬喻技巧浅显，技巧程度偏低，不足先进的设施，能人枯窘等，限制了金属制人格业的进展。为此，也许选取升高企业技巧程度，引进先进技巧设施，培育合用能人等升高华夏金属成品业的进展。

金属制人格业的产物将越来越趋势于多元化，业界的技巧程度越来越高，产物资量会稳步升高，比赛与墟市将进一步正当化。

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