材料的分类金属材料的性能

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1、职业院校教学用书（汽车运用与维修专业）, 材料的分类 金属材料的性能,第1章 金属的基本知识,Publishing House of Electronics Industry 北京 BEIJING,汽 车 机 械 基 础,姜雁雁 主编,制造一辆汽车，需要使用大量的各种工程材料，其中以金属材料为主，作为一名汽车专业的学员，今后，要经常接触汽车上的各种材料，因此，要掌握有关金属材料与热处理的基本知识，为以后的工作打下基础。,第1章 金属的基本知识,1 材料的分类,材料可分为金属材料和非金属材料两大类，其中使用最广泛的是金属材料；金属是指具有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性、并具有光泽的物质

2、，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料组成的，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金。金属材料，尤其是钢铁材料在国民经济及其它方面都有重要作用，这是由于它具有比其它材料优越的性能，如物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能。它能够适应生产和科学技术发展的需要。,. 金属材料的性能,金属材料是现代汽车制造业的基本材料，如发动机的曲轴、活塞等都需要用金属材料来制造，金属材料之所以在汽车制造业中获得广泛的应用，是因为它具有许多优良的性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中所表现出来的特性，它包括力学性能、物理性能、化学性能等；工艺性能是指

3、金属材料在加工制造过程中所表现出来的特性，金属材料的工艺性能主要有锻造性能、铸造性能、焊接性能、切削性能、热处理性能及冷变形性能等。,（操作说明：鼠标点击相应概念进入相应页面，点击右下方按钮返回）,. 金属材料的性能,121 金属材料的物理和化学性能 、物理性能 金属的物理性能是指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电 性、热膨胀性和磁性等。 ）密度 某种物质单位体积的质量称为该物质的密度。金属的密度即是单位体积金属的质量。在体积相同的情况下，金属材料的密度越大，其质量也越大。 ）熔点 金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，可用来制造耐高温零件。熔点低的金

4、属称为易熔金属，可用来制造熔断丝和防火安全阀等零件。,. 金属材料的性能,）导热性 金属材料传导热量的性能称为导热性。金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之。导热性是金属材料的重要性能之一，在制订焊接、铸造和热处理工艺时必须考虑材料的导热性，防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力，以免金属材料变形或开裂。导热性好的金属散热也好，因此在制造散热器、热交换器与活塞等零件时要选用导热性好的金属材料。 ）导电性 金属材料传导电流的性能称为导电性。金属的导电性以银为最好，铜、铝次之。导电性好的金属，如纯铜、纯铝适于做导电材料，导电性差的金属如铁铬铝合金适于做电热元件。 ）热膨胀性 金属材料随温度变

5、化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。一般来说金属受热时膨胀而体积增大，冷却时收缩而体积缩小。在实际工作中考虑热膨胀性的地方很多，例如轴与轴瓦之间要根据热膨胀性来控制其间隙尺寸，在制定焊接、热处理、铸造等工艺时，必须考虑材料热膨胀的影响，以减少工件的变形和开裂；测量工件的尺寸时也要注意热膨胀的影响，以减少测量误差。,. 金属材料的性能,）磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程度不同，可分为铁磁性材料（如铁、钴等）、顺磁性材料（如锰、铬等）、抗磁性材料（如铜、锌等）三类。铁磁性材料在外磁场中能强烈地被磁化；顺磁性材料在外磁场中，只能微弱地被磁化；抗磁性材料能抗拒

6、或削弱外磁场对材料本身的磁化作用。工程上使用的强磁性材料是铁磁性材料。铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用作要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。铁磁性材料当温度升高到一定数值时，磁畴被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点是770C。 2、化学性能 金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现出的性能，如耐腐 蚀性、氧化性和化学稳定性等。 ）耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其它化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。腐蚀对金属材料的危害很大。它不仅使金属材料本身受到损伤，严重时还会使金属构件遭到破坏,引起重大的伤亡事故。因此，提高金属材料的耐蚀

7、性能，对于节约金属、延长金属材料的使用寿命，具有现实的经济意义。,. 金属材料的性能,）抗氧化性 金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。金属材料的氧化随温度的升高而加速，例如钢材在铸造、锻造、热处理、焊接等热加工过程中，氧化比较严重。这不仅造成材料过量的损耗，也可形成各种缺陷。为此，常在工件的周围造成一种保护气氛，避免金属材料的氧化。 ）化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的零部件,需要选择热稳定性好的材料来制造。 122 材料的工艺性能 工艺性能直接影响零件加工后的工艺质量，是选材和制订零件加工工艺路线

8、时必须考虑的因素之一。 1、铸造性能 金属材料利用铸造的方法获得完好铸件的能力称为铸造性能。其优劣表现在以下三个方面：,. 金属材料的性能,）流动性 流动性是铸造金属在浇注时本身的流动能力或充填铸型的能力。它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属液体能浇铸出外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。 ）收缩性 是指金属液在铸型内的全部冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。故用于铸造的金属其收缩率越小越好。 ）偏析 是液态金属凝固后化学成分不均匀的现象。偏析严重时可使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低了

9、铸件的质量。 2、焊接性能 是指被焊接金属在一般的焊接工艺条件下，获得优质焊缝的能力。对碳钢和低合金钢，焊接性能主要与金属材料的化学成分有关，其中碳的影响最大，含碳量越高其焊接性越差。例如低碳钢具有良好的焊接性能，高碳钢、铸铁的焊接性能较差。,. 金属材料的性能,3、锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。其优劣取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小的金属，锻压时省力，而且工具、模具不易磨损。例如碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能锻造。 4、切削加工性能 是指金属被切削加工时的难易程度。一般认为金属材料具有适当硬度（170230HBS

10、）和足够的脆性时，较易切削。所以灰铸铁比钢切削加工性能好，一般碳钢比高合金钢切削加工性能好。改变钢的化学成分和进行适当的热处理，是改善钢切削加工性能的重要途径。 5、冷变形工艺性能 各种钢板和各种管路在施工和安装中，有时需要进行各种冷变形，所以要求这些材料具有良好的冷变形工艺性能。 6、热处理性能 金属材料热处理性能的好坏是根据其淬透性、淬硬性、晶粒长大倾向、回火脆性倾向等来评价的。,. 金属材料的性能,123 力学性能 金属材料在外力作用下所表现出来的特性叫力学性能或称机械性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不

11、同，它可以分为静载荷、冲击载荷、及疲劳载荷三种：静载荷是指大小不变或变动很慢的载荷；冲击载荷是指突然增加的载荷；疲劳载荷是指所经受的周期性或非周期性的载荷（也称循环载荷）。 金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。金属材料在外力作用下而发生变形，当外力去除后，能够消失的变形叫弹性变形，不能消失的变形叫塑性变形，也叫残余变形。 金属受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部产生与外力相对抗的力称为内力。单位截面积上的内力称为应力。将材料制作成拉伸试样，在专用拉伸试验机进行拉伸试验，可测得金属材料的强度和塑性。,. 金属材料的性能,1、强度 强度是

12、金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力，衡量强度的指标主要是屈服强度和抗拉强度。 ）屈服强度（也叫屈服点或屈服极限） 材料开始发生塑性变形时的应力，叫屈服强度，以符号s表示。例如45号钢的s=360MPa,当用45号钢制成的零件在工作时受的应力低于360MPa，就不会发生塑性变形，高于360MPa就会发生塑性变形。 有些材料，如退火状态下的低碳钢，屈服强度的测定是比较容易的，但是工程上使用的多数金属材料，要想测定其屈服强度是很困难的。所以人为地规定：将试样的残余变形量相当于试样原始标距长的0.2%时的应力，称为条件屈服强度，并以符号表示。 屈服强度代表材料抵抗微量塑性变形的能力。它是设计

13、零件时选用材料的重要依据。例如，为了保证气缸盖和气缸体之间的密封性，缸盖螺栓是不允许发生塑性变形的，所以设计缸盖螺栓时就以屈服强度作为计算依据。,. 金属材料的性能,）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b表示。例如45号钢的b=610MPa,当用45号钢制成的零件在工作时受的应力低于610MPa，就不会发生断裂，高于610MPa就会发生断裂，抗拉强度是机械零件设计和选材的主要依据之一。 2、塑性 金属材料在断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。 ）伸长率 材料拉断后，单位长度上产生的塑性变形量称为伸长率，用符号表示。 用长、短试样测得的

14、伸长率分别用符号和表示。习惯上也常写成。 ）断面收缩率 材料拉断后，单位横截面积上产生的塑性变形量称为断面收缩率，用符号表示。 金属材料的伸长率（）和断面收缩率（）数值越大，表示材料的塑性越好。工程上常按伸长率的大小把材料分为两大类：5%的材料称为塑性材料，如钢、铝和铜等；5%的材料称为脆性材料，如铸铁等。具有良好塑性的材料，可使冷加工成型工艺如冷拉、冷变形等顺利进行。,. 金属材料的性能,3、硬度 硬度是金属表面抵抗局部塑性变形（压陷、划痕、摩擦、切削等）的能力。或者说是衡量金属软硬程度的指标。常用的硬度测定方法是压入硬度测验法。 ）布氏硬度 布氏硬度是用一定直径的球体（钢球或硬质合金球），

15、以相应的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕深度来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。压痕越深，被测材料就越软，反之被测材料就越硬。布氏硬度用HB表示。当压头为钢球时其硬度符号表示为HBS，当压头为硬质合金球时，其硬度符号用HBW表示。布氏硬度试验的优点是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定灰口铸铁、结构钢、有色金属等材料的硬度。其缺点是压痕较大，易损坏成品的表面，也不能检验薄片材料。,. 金属材料的性能,）洛氏硬度 洛氏硬度试验，是用顶角为120的金刚石圆锥压头或直径为1.588mm的淬火钢球做压头，在先后施加两个载荷（初载荷和主载荷）的作用下，压入金属表面

16、，测量其压痕深度来确定硬度的一种试验方法。洛氏硬度用HR表示。为了便于洛氏硬度计测定从软到硬较大范围的材料硬度，可采用不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标度、每种标度用一字母在HR字样后加以注明，以作区别。如HRA、HRB、HRC等，其中HRA与HRC是用顶角为120的金刚石圆锥体为压头，采用的总载荷分别为600N与1500N，而HRB值的测定则采用直径为1.588mm的钢球为压头，总载荷为1000N。洛氏硬度试验方法的优点是操作迅速、简便、压痕小，不损伤试样表面，硬度值的测量范围也较大，故应用范围很广，可用于测定从很软到很硬的材料。其缺点是由于压痕小，其准确性也不如布氏硬度高，所测硬度值的重复性差，也易受试样微小区域的影响。 ）维氏硬度 试验原理与布氏硬度相同，只是采用顶角