金属材料基础知识.docx

概述金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、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意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。2种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。（1）黑 色 金 属，又 称 钢 铁 材 料，包 括 含 铁 90%以 上 的 工 业 纯铁，含 碳 2%-4%的 铸 铁，含 碳 小 于 2%的 碳 钢，以 及 各 种 用 途 的结 构 钢、不 锈 钢、耐 热 钢、高 温 合 金、不 锈 钢、精 密 合 金 等。广义 的 黑 色 金 属 还 包 括 铬、锰 及 其 合 金。（2）有 色 金 属，是 指 除 铁、铬、锰 以 外 的 所 有 金 属 及 其 合 金，通 常 分 为 轻 金 属、重 金 属、贵 金 属、半 金 属、稀 有 金 属 和 稀 土 金属 等。有 色 合 金 的 强 度 和 硬 度 一 般 比 纯 金 属 高，并 且 电 阻 大、电阻 温 度 系 数 小。（3）特 种 金 属 材 料，包 括 不 同 用 途 的 结 构 金 属 材 料 和 功 能 金属 材 料。其 中 有 通 过 快 速 冷 凝 工 艺 获 得 的 非 晶 态 金 属 材 料，以 及准 晶、微 晶、纳 米 晶 金 属 材 料 等；还 有 隐 身、抗 氢、超 导、形 状记 忆、耐 磨、减 振 阻 尼 等 特 殊 功 能 合 金 以 及 金 属 基 复 合 材 料 等。3性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所 谓 使 用 性 能 是 指 机 械 零 件 在 使 用 条 件 下，金 属 材 料 表 现 出来 的 性 能，它 包 括 力 学 性 能、物 理 性 能、化 学 性 能 等。金 属 材 料使 用 性 能 的 好 坏，决 定 了 它 的 使 用 范 围 与 使 用 寿 命。在 机 械 制 造业 中，一 般 机 械 零 件 都 是 在 常 温、常 压 和 非 常 强 烈 腐 蚀 性 介 质 中使 用 的，且 在 使 用 过 程 中 各 机 械 零 件 都 将 承 受 不 同 载 荷 的 作 用。金 属 材 料 在 载 荷 作 用 下 抵 抗 破 坏 的 性 能，称 为 力 学 性 能（过 去 也称 为 机 械 性 能）。金 属 材 料 的 力 学 性 能 是 零 件 的 设 计 和 选 材 时 的主 要 依 据。外 加 载 荷 性 质 不 同（例 如 拉 伸、压 缩、扭 转、冲 击、循 环 载 荷 等），对 金 属 材 料 要 求 的 力 学 性 能 也 将 不 同。常 用 的 力学 性 能 包 括：强 度、塑 性、硬 度、冲 击 韧 性、多 次 冲 击 抗 力 和 疲劳 极 限 等。金属材料特性1疲劳许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的作用时间较长；（3）断裂是瞬时发生的；（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。金 属 材 料 的 疲 劳 现 象，按 条 件 不 同 可 分 为 下 列 几 种：1 高周疲劳指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在 100000 以上的疲劳，它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。2 低 周 疲 劳指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在 10000100000 以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。3 热疲劳指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。4 腐蚀疲劳指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。5 接触疲劳这 是 指 机 器 零 件 的 接 触 表 面，在 接 触 应 力 的 反 复 作 用 下，出 现 麻点 剥 落 或 表 面 压 碎 剥 落，从 而 造 成 机 件 失 效 破 坏。2塑性塑性是指金属材料在载荷外力的作用下