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1、第二章金属材料及热处理第一节金属材料的物理和力学性能一、常用金属材料的物理性能1．密度金属的密度即是单位体积金属的质量。一般密度小于5×103Kg/m3的金属称为轻金属，密度大于5×103Kg/m3的金属称为重金属。2．熔点纯金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点，合金的熔点决定于它的成分。3．导热性金属材料传导热量的性能称为导热性。合金的导热性比纯金属差。导热性是金属材料的重要性能之一，在制订焊接和热处理工艺时，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
2、形或破坏。4．热膨胀性金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。热膨胀的大小用线胀系数和体胀系数表示，体胀系数近似为线胀系数的3倍。在实际工作中考虑热胀性的地方很多，例如异种金属焊接时要考虑它们的热胀系数是否接近。5．导电性金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属材料导电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属导电性越好。合金的导电性比纯金属差。6．磁性金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。磁性与材料的成分和温度有关，不是固定不变的。当温度升高时，有的铁磁材料会消失磁性。二、常用金属材料的力学性能金属材料的力学性能
3、是指在力或能的作用下，材料所表现出来的一系列力学特性，如强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等力学性能指标，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它们是选用金属材料的重要依据。1.强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力。抵抗能力越大，金属材料的强度越高。强度的大小通常用应力来表示，根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度，其中常用抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。1）屈服强度钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形现象，这一现
4、象叫“屈服”，材料开始发生屈服时所对应的应力，称为屈服强度。用符号бs表示，单位为MPa（N/mm2）。有些金属材料（如高碳钢、铸钢等）没有明显的屈服现象。测定бs很困难，在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的“条件屈服强度”，或称屈服极限。用б0.2表示。2）抗拉强度拉伸试验时，材料在拉断前所承受的最大应力,称为抗拉强度,以符号бb表示。计算式如下：σb=Fb/So（N/mm2）式中Fb一试样拉断前承受的最大载荷〈N〉So---试样原始横截面积(mm2)σb一抗拉强度〈MPa〉。抗拉强度是材
5、料重要的力学性能指标,当材料所受应力达到σb时,将引起破坏。工程上不仅希望材料具有较高的屈服点,而且要求бb比бs大一些,即具有适当的屈强比〈бs/σb〉。屈强比小,说明材料的塑性贮备较高,即使应力超过бs，也不会马上断裂破坏。但屈强比过小，则会降低材料的有效利用率2．塑性塑性是金属材料在外力作用下〈断裂前〉发生永久变形的能力,常以金属断裂时的最大相对塑性变形来表示,如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率(三个判定指标）。1）伸长率δ=(L1-Lo)/Lo×100%金属材料在拉伸试验时,试样被拉断后其标距部分所伸长的长度与原始标
6、距长度的百分比，称为断后伸长率，也叫伸长率，用δ表示。列计算式如下：式中L1--试样拉断后的标距长度(mm)Lo--试样原始标距(mm)δ一伸长率(%)。2)断面收缩率ψ=(S0-S1)/So×100%金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比,称为断面收缩率，以符号Ψ表示。计算式如下：式中S0一试样原始横截面积(mm2)S1一试样拉断后缩颈处的最小横截面积(mm2)ψ一断面收缩率(%)3)弯曲角常温下，金属材料弯曲试验(也称冷弯试验)时,试件弯曲到受拉面出现裂纹前的最大角度,称为弯曲角。弯曲试验
7、不仅可考核钢材及接头的塑性,还可发现受拉面材料中的缺陷及焊缝、热影响区与基体金属三者变形是否均匀、一致α3.硬度材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。硬度是衡量钢材软硬的一个指标,根据测量方法不同,其指标可分为布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)。依据硬度值可近似地确定抗拉强度值。1）布氏硬度用一直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合金球,施以一定的载荷F将钢球压向被测金属表面，保持一定时间后卸去载荷,再根据压痕的表面积S与载荷F计算硬度值。布氏硬度用符号（HBS、HBW）表示。当压头为
8、淬火钢球时,布氏硬度用HBS表示,它适用于测量软钢、灰铸铁,有色金属等布氏硬度在450以下的材料；压头为硬质合金球时,用HBW表示,适用于布氏硬度值在650以下的材料。布氏硬度试验的优点是测定数据准确、稳定。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金钢等材料以及退火、正火和调质工件的硬度测定。缺点是不宜测定高硬
