15887873230金属材料的物理性能、化学性能和力学性能
一、金属材料的物理性能和化学性能
金属材料的物理性能主要是指其密度、导电性、导热性、熔点、磁性、热膨胀性等性能特征，化学性能主要是指其抗氧化性和耐腐蚀性等性能特征。
1.密度
物质单位体积所具有的质量称为密度，用符号 p表示。利用密度的概念可以帮助我们解决一系列实际问题，如计算毛坯的质量、鉴别金属材料等。常用金属材料的物理性能见表 2-2-1。
2. 导电性
金属传导电流的能力称为导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。
3.导热性
金属传导热量的性能称为导热性。导热性的大小通常用热导率来衡量，热导符号是λ，热导率越大，金属的导热性越好。一般来说，导电性好的材料，其导热也好。
4.熔点
纯金属和合金从固态转变为液态时的熔化温度称为熔点。纯金属有固定的熔点合金的熔点取决于它的成分。熔点对金属和合金的冶炼、铸造和焊接等都是重要参数
5.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的不同，可分为铁磁材料（如铁、钴等）、顺磁材料（如锰、铬等）和抗磁材料（如铜、锌等）三类。
6. 热膨胀性
金属受热时体积发生胀大的现象称为金属的热膨胀。衡量热膨胀性的指标称为热膨胀系数。例如，被焊的工件由于受热不均匀而产生不均匀的热膨胀，就会导致焊件的变形和焊接应力。
7.抗氧化性
金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力称为抗氧化性。热力设备中的高温部件，如锅炉的过热器、水冷壁管、汽轮机的气缸、叶片等，易产生氧化腐蚀。
8.耐腐蚀性
金属材料抵抗各种介质（大气、酸、碱、盐等）侵蚀的能力称为耐腐蚀性。化工热力设备中许多部件是在腐蚀条件下长期工作的，所以选材时必须考虑钢材的耐腐蚀性。
二、金属材料的力学性能
金属材料受外部负荷时，从开始受力直至材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为力学性能。它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性能主要包括强度、塑性、硬度和冲击韧度等。
1. 强度
强度表示金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，它用单位截面上所受的力（称为应力）来表示。材料的强度越高，其抵抗变形和断裂的能力越强。常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度等。
（1）屈服强度
钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数值而不再增加时，其变形却继续增加，这个拉应力值称为屈服强度，以R。表示。R。值越高，材料的强度越高。
（2）抗拉强度
金属材料在破坏前所承受的最大拉应力，以R，表示。R，值越大，金属材料抵抗断裂的能力越大，强度越高。
强度的单位是 Pa、MPa。它们之间的换算关系∶1MPa=1×10°Pa。
2.塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示金属材料塑性性能的指标有断后伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
（1）断后伸长率
金属材料受拉力作用破断时，断后标距的残余伸长（L-L。）与原始标距L。之比的百分率称为断后伸长率，以 A表示。
式中 L0--原始标距，mm;
Lu--断后标距，mm.
（2）断面收缩率
金属材料受拉力作用破断时，断裂后试样横截面积的最大缩减量（S-S，）与原始横截面积 S。之比的百分率称为断面收缩率，以Z表示。
式中 SO--原始横截面积，mm2;
Su--断后最小横截面积，mm2。
（3）冷弯角
冷弯角也称弯曲角，一般是用长条形试件，根据不同的材质、板厚，按规定的可曲半径进行弯曲，在受拉面出现裂纹时，试件与原始平面的夹角，称为冷弯角，以表示。冷弯角越大，说明金属材料的塑性越好。
3.硬度
金属材料抵抗表面变形的能力称为硬度。根据测量方法不同，可分为布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV）三种。生产中常用的是布氏硬度和洛氏硬度，维氏硬度试验是用来测定显微组织的硬度。图 2-2-1 所示为三种硬度试验机。
（1）布氏硬度试验
将一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径可测得布氏硬度值，
表示方法∶布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、试验力及试验力保持时间表示。当保持时间为 10～15s时可不标。
例1∶170HBW10/1000/30表示直径10 mm的压头，在9 807 N（1000 kg）的试验力作用下，保持 30 s 时测得的布氏硬度值为 170。
（2）洛氏硬度试验
将压头（金刚石圆锥体压头、硬质合金球或淬火钢球）按图2-2-3 所示分两个步骤压人试样表面、经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h来鉴定材料的硬度大小。压入越深，硬度越低;反之，硬度越高。
表示方法∶符号HR 前面的数字表示硬度值，HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺
例 2∶45HRC 表示用 C标尺测定的洛氏硬度值为 45。
4. 韧度
韧度，也称冲击韧度，是衡量金属材料抵抗动载荷或冲击力的能力，冲击试验可以测定材料在突加载荷时对缺口的敏感性，冲击试验原理如图 2-2-4所示。
Ak=GH1-GH2=G(H1-H2)
式中 Ak---冲击吸收能量，J:
