金属材料定义
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2021年02月02日 16:16
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金属材料定义
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、金属间化合物和
特种金属材料等。
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。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、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。
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。
金属材料的疲劳
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
10000~100000
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。
金属材料的塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，
长度和横截面积都要发生变化，
因此，
金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）
和断面的收缩
（断
面收缩率）两个指标来衡量。
金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大 的塑性变形而不破
坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率 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围内产生 塑性变形，并在塑
性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全 使用。此外，塑性
好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选 择金属材料作机械
零件时，必须满足一定的塑性指标。
字串
2
金属材料的硬度
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性 能指标之一。一般硬度越高，耐磨性
越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.
布氏硬度（
HB
）
以一定的载 荷
(
一般
3000kg)
把一定大小（直径一般为
10mm
）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，
去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值
(HB)
，单位为公斤力
/mm2 (N/mm2)
。
2.
洛氏硬度（
HR
）
当
HB>45 0
或者试样过小时，
不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。
它是用一个顶角120°
的金刚石
圆锥体或直径为
1.59
、
3.18mm的钢球，
在一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。
根据试 验材料硬度的不同，
分三种不同的甓壤幢硎荆
?HRA
：
是采用
60 kg
载荷和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
：是采用
100kg
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
：是采用
150kg
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）。
3
维氏硬度（
HV
）
以
120kg
以内的载荷和顶角为
136°
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 )
。
硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬 度试验代替某些机械性能试验，生产
上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。
实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始
塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
金属材料性能
金属材料的性能决定着 材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机
械性能、化学性能、物理性 能、工艺性能。
机械性能
（一）应力的概念
,
物体内部 单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无
外力作用条件下平衡于物体 内部的应力称为内应力（例如组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的
残余应力
…
等等）。
（二）机械性能
,
金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用 时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的
机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形 式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，
包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切 应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，
因此衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项：
1.
强度
这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最 大能力，
可分为抗拉强度极限
（
σb
）
、
抗弯强度极限（
σbb
）
、