常见金属材料解析
1.非合金钢（碳素钢）非合金钢（碳素钢）是指主要以碳元素为合金成分，几乎不含有其他合金元素的钢。根据碳的含量，碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。低碳钢（含碳量小于0.25%）具有较好的塑性和韧性，易于加工和焊接，广泛应用于汽车、建筑、管道等领域。中碳钢（含碳量在0.25%-0.60%之间）具有较好的综合性能，强度较高，适用于制造机械零件，如齿轮、轴承和结构件。高碳钢（含碳量在0.60%-1.0%之间）硬度较高，耐磨性强，主要用于制造刀具、弹簧和其他高强度耐磨零件。高碳钢的脆性较大，难以焊接，但通过热处理可以进一步提高其性能。Q235-A.F（A3） 名称及含义：表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，属于普通碳素结构钢。成分:Wc=0.14%～0.22%.性能:既有较高的塑性又有适中的强度。热处理：这类钢常在热轧状态下使用。用途：普通碳素结构钢主要用于一般建筑、工程结构及普通机械零件。 20 名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=0.2%的优质碳素结构钢。成分:Wc=0.2%。性能：强硬度低，塑韧性及焊接性能良好。热处理：渗碳+淬火+低温回火。用途：制作冲压件、焊接件、渗碳件及受力不大的机械零件。45 名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=0.45%的优质碳素结构钢。 成分:Wc=0.45%. 性能：具有较高的强、硬度,切削性能良好。 热处理：淬火+高温回火。用途：制作受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、曲轴、联轴器等 。 65Mn名称及含义：表示含锰量较高的优质碳素结构钢，其碳的平均质量分数Wc=0.65%的。 成分:Wc=0.65%. 性能：具有较高的强、硬度及弹性，焊接性能不好，切削性能差。 热处理：淬火+中温回火。 用途：主要用于制造尺寸较小的弹簧、弹性零件及耐磨零件。如：气门弹簧、弹簧垫圈等。T12 名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=1.2%的高级优质碳素工具钢。 成分:Wc=1.2%. 性能：具有高的硬度和耐磨性，韧性差。 热处理：淬火+低温回火。用途：碳素工具钢主要用于制造刃部受热程度较低的、尺寸小、精度低、形状简单的低速用工具和、小进给量的机用工具。由于碳素钢的淬透性差、热硬性低的特点，是无法满足一些特殊性能的要求的，这时候我们就需要采用性能好的合金钢来进行制造。2 合金钢合金钢是指在钢的基础上加入一种或多种合金元素（如铬、镍、钼、锰等），以改善其机械性能、耐腐蚀性或其他特殊性能的钢。根据合金元素的种类和含量，合金钢可以分为低合金钢和高合金钢。低合金钢通常指合金元素总含量不超过5%的钢，它在原有的碳素钢基础上通过加入适量的合金元素，如锰、铬、镍、钼等，来提高其强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性，常用于制造中高强度的结构件，如桥梁、车辆、压力容器等。高合金钢的合金元素含量通常超过5%，通过加入大量合金元素（如铬、镍、钨等）来显著提高其耐热性、耐腐蚀性、抗氧化性等特殊性能，广泛应用于化工、航空、石油、冶金等领域，尤其是在高温、高压和腐蚀环境下工作的重要部件。合金钢的主要特点是其优越的机械性能和特殊的抗腐蚀、耐热等性能，使其在许多要求严格的应用中不可或缺。20Cr、20CrMnTi 名称：合金渗碳钢。 成分:20Cr：Wc=0.2%,WCr<1.5%； 20CrMnTi：Wc=0.2%,WCr<1.5%，WMn≤1.5%，WTi≤1.5%。性能：外硬内韧，良好的淬透性。 热处理：渗碳+淬火+低温回火。用途：主要用来制造有优良的耐磨性耐疲劳性，又能承受冲击载荷有作用的零件。40Cr、38CrMoAl 名称：合金调质钢。 成分:40Cr：Wc=0.4%,WCr<1.5% ； 38CrMoAl：Wc=0.4%,WCr<1.5%，WAl≤1.5%，WMo≤1.5%性能：具有高的强度和良好的塑性、韧性，有很好的淬透性。 热处理：40Cr 淬火+高温回火。 38CrMoAl钢：调质后氮化。用途：主要用来制造受力复杂的重要零件，如齿轮、连杆等。 60Si2Mn 名称：合金弹簧钢。成分:Wc ≈ 0.60%,WSi ≈ 2%,WMn ≤ 1.5%.性能：高的屈服点、弹性极限、疲劳强度，一定的塑性、韧性和淬透性。 热处理：淬火+中温回火。用途：主要用于制造各种弹簧和弹性元件，如汽车、拖拉机上的减震板簧和螺旋弹簧。GCr15名称：滚动轴承钢。 成分:Wc=0.95～1.1%,WCr=1.5% 性能：高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性、足够的韧性和淬透性。 热处理：球化退火+淬火+低温回火。用途：主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等。 9SiCr名称：合金刃具钢。 成分:Wc=0.9%,WCr<1.5%. WSi<1.5% 性能：高的硬度和耐磨性、足够的强度和一定的韧性。 热处理：淬火+低温回火。用途:主要用来制造刀刃细薄的低速切削刀具。W18Cr4V名称：高速工具钢。 成分：Wc =0.7~0.8%，WW≈18%，WCr≈4%，WV≤1.5%。性能：高的硬度和耐磨性、足够的强度和一定的韧性,很高的热硬性(600℃)。 热处理：高温淬火+多次高温回火。用途：主要用于制造切削速度较高的刀具和形状复杂载荷较大的成型刀具。3Cr13名称：马氏体不锈钢。 成分:Wc=0.3%, WCr=13%。 性能：具有较高的强度和硬度，有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力 。 热处理：淬火+低温回火。 用途：主要用于制造力学性能要求较高而在弱腐蚀介质中工作、耐蚀性要求较低的机械零件和工具。 0Cr18Ni9(304) 、1Cr18Ni9Ti(321)名称：奥氏体不锈钢。 成分:0Cr18Ni9(304)：Wc<0.08%，WCr≈18%，WNi≈9%；1Cr18Ni9Ti(321)：Wc≈0.1%，WCr≈18%，WNi≈9%，WTi≤1.5%。性能：具有较高的耐蚀性，塑性和低温韧性，以及高的加工硬化能力，无磁性，而且具有良好的焊接性能，是工业上应用最广泛的不锈钢。 热处理：固溶处理。用途：主要用于制造强腐蚀介质中工作的设备及冷变形的低负荷零件，如吸收塔、酸槽、管道等。中美不锈钢牌号对照表3 铸铁铸铁是一种含有较高碳含量（通常在2%以上）的铁碳合金，具有良好的铸造性能和较高的流动性，因此常用于铸造各种复杂形状的零件。根据其碳的形态和合金成分的不同，铸铁可以分为几种主要类型：灰口铸铁：灰口铸铁是最常见的铸铁类型，具有良好的铸造性能和耐磨性，其碳以石墨的形式存在，因此表面呈灰色。灰口铸铁的强度较高，耐磨性好，适用于制造发动机缸体、管道、机床底座等。白口铸铁：白口铸铁的碳主要以化合物的形式存在，因此具有较高的硬度和强度，但脆性较大，耐磨性优良，常用于制造高耐磨零件，如磨矿设备、轧钢机辊等。球墨铸铁：球墨铸铁是通过加入少量球状石墨的元素（如镁）来改进灰口铸铁的性能，具有良好的强度、韧性和耐腐蚀性。它通常用于制造汽车零件（如汽车发动机缸体、车轮）和管道配件。可锻铸铁：可锻铸铁是在铸造后经过热处理，使其获得较好的韧性和延展性，适用于制造需要承受冲击和振动的零件，如齿轮、轴承等。铸铁的主要优点包括良好的铸造性、较低的成本、良好的耐磨性和耐腐蚀性，但其脆性较大，通常不适合承受强烈的冲击载荷。HT150 名称及含义：最低抗拉强度为150MPa灰铸铁。 成分:Wc=2.7%～3.6%,Wsi=1.0%～3.0%,WMn=0.4%～1.2%,Wp<0.3%,Ws<0.15%。 性能：良好的铸造性能、切削性能，较高的耐磨性、减震性及低的缺口敏感性。用途：用于承受中载荷的铸件，如底座、床身、工作台等。QT400-18 名称及含义：最低抗拉强度为400MPa最小断后伸长率为18%的球墨铸铁。 成分: Wc=3.6%～3.9%,Wsi=2.0%～2.8%,WMn=0.6%～0.8%,Ws<0.04%,Wp<0.1%,WMg=0.03%～0.05%。 性能：具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。综合力学性能接近于钢，铸造性能好.用途：用以制造受力复杂、负荷较大和要求耐磨的铸件。4 有色金属（非铁金属）有色金属（非铁金属）是指除了铁以外的所有金属，通常分为轻金属和重金属两大类。这些金属具有较高的抗腐蚀性、良好的导电性和导热性，因此在电子、航空、汽车、建筑等领域广泛应用。常见的有色金属包括铝、铜、铅、锌、镍、锡、铝合金、铜合金等。以下是一些常见有色金属的简单说明：铝及铝合金：特点：铝是一种轻金属，具有良好的抗腐蚀性、可塑性和较低的密度。铝合金通过加入其他元素（如铜、锌、镁）来提高其强度和耐磨性。应用：广泛用于航空、交通运输、建筑、包装等领域，尤其是汽车、飞机的制造。铜及铜合金：特点：铜具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，广泛用于电气设备和建筑材料。铜合金如黄铜（铜+锌）和青铜（铜+锡）具有更高的强度和耐磨性。应用：主要用于电线电缆、电气设备、管道系统以及艺术和装饰品。铅：特点：铅是一个重金属，具有良好的抗腐蚀性和可加工性，但密度大、毒性较强。应用：主要用于蓄电池、屏蔽辐射、建筑材料以及一些焊接材料。锌：特点：锌是一种相对较轻的金属，具有良好的抗腐蚀性，尤其在防锈领域有重要应用。应用：广泛用于镀锌（防锈）和合金材料（如黄铜）中，还用于制造电池、涂料等。镍：特点：镍具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和强度，因此在恶劣环境中表现出色。应用：镍常用于不锈钢和其他耐腐蚀合金的生产中，也用于制造电池、电气设备等。锡：特点：锡具有较好的抗腐蚀性、低熔点和良好的可加工性。应用：主要用于生产焊料、涂层、合金（如青铜）以及食品包装材料（锡箔）。有色金属的优点包括重量轻、耐腐蚀、导电性好等，这使得它们在现代工业中有着不可替代的作用。H62 名称：普通黄铜。 成分: WCu=62%， WZn=38%。 性能：强度较高，有一定的耐蚀性。用途：广泛用来制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等。 QSn4-3 名称：锡青铜。 成分: WCu=93%，WSn=4%，WZn=3% 。 性能：锡青铜具有良好的减磨性、抗磁性、低温韧性、耐大气腐蚀性和铸造性能。用途：主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等 LY12（2A12） 名称：硬铝。 成分:合金元素含量较多，铜为主加元素。 性能：强度和硬度较高，塑性及变形加工性能较差。 热处理：淬火+时效硬化。用途：用于制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。 铝合金的热处理：时效：铝合金固溶处理后得到的组织是不稳定的，不稳定组织在室温下放置，或低温下加热时有分解出强化相过渡到稳定组织的倾向，使强、硬度明显升高，这种现象称为时效或时效硬化。人工时效—在加热条件下进行的时效。自然时效—在室温下进行的时效。铝合金经热处理后其强度硬度与淬火前没有多大变化，其强化效果是通过随后的时效处理而获得的。ZL102（Al-Si） 名称：铸造铝合金。成分:以硅为主要加入的合金元素。 性能：优良的铸造性能。 热处理：淬火+时效硬化。用途：广泛应用于制造各种形状复杂的铝铸件，如仪表、泵的壳体、汽缸，它是制造活塞的理想材料。 各国常用钛及钛合金牌号对照表 5 硬质合金硬质合金是一类具有极高硬度和耐磨性的合金材料，通常由硬质金属化合物（如碳化钨）和金属粘结剂（如钴、镍）通过粉末冶金方法制成。硬质合金具有优异的耐磨性、耐高温性和抗压强度，因此广泛应用于机械加工、切削工具、矿山开采等领域。硬质合金的主要特点和应用如下：主要成分：硬质金属化合物：通常为碳化物，如碳化钨（WC），它赋予硬质合金高硬度和耐磨性。金属粘结剂：常用的粘结剂是钴（Co）或镍（Ni），它们提供合金的韧性和加工性，同时增强合金的抗断裂性。主要特点：极高硬度：硬质合金的硬度非常高，可以达到HRA 90以上，仅次于钻石和立方氮化硼（CBN）。耐磨性强：由于其高硬度，硬质合金具有优异的耐磨损能力，适合用于高速切削和重载磨损的应用。耐高温性好：硬质合金在高温下也能保持较高的硬度，适用于高温环境下的工作。高强度：硬质合金具有较高的抗压强度，适用于高负荷的机械工作。应用领域：切削工具：如车刀、铣刀、钻头、铰刀等，用于金属加工、木材加工、塑料加工等领域。矿山开采：硬质合金在矿山机械中广泛用于钻探、破碎和切割工具，如钻头、采矿工具和地质勘探工具。模具制造：由于其高耐磨性和良好的加工性能，硬质合金广泛应用于注塑模具、压铸模具等领域。汽车和航空航天：用于制造高强度的零部件和耐磨件，如发动机部件、刹车片等。硬质合金由于其极高的硬度和良好的抗磨损性能，在各种高强度、高温、高摩擦的工况下有着广泛的应用，是现代制造业中不可或缺的重要材料。钨钴类硬质合金 主要成分: C、Co。 表示方法：YG+数字（含钴量），如YG8。用途：YG类硬质合金刀具适宜于加工脆性材料（铸铁）。钨钴钛类硬质合金 主要成分: C、TiC、Co。 表示方法：YT+数字（含TiC量），如YT5。用途：YT类硬质合金刀具适宜加工塑性材料（如钢）。通用硬质合金 成分:加入TaC、NbC取代YT中的TiC热硬性显著提高。 表示方法：YW+数字号。如YW2 。用途：YW类硬质合金刀具常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工材料。Tips：选材用材的准确性是机械设计中的重点，材料的使用性能应满足使用要求；材料的工艺性能应满足生产工艺的要求；采用便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益。来源：材易通金属材料基础知识概述 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。）”Vol.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。 Vol.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。Vol.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Vol.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。Vol.2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。Vol.3耐久性 建筑金属腐蚀的主要形态： （1）均匀腐蚀。金属表面的腐蚀使断面均匀变薄。因此，常用年平均的厚度减损值作为腐蚀性能的指标（腐蚀率）。钢材在大气中一般呈均匀腐蚀。 （2）孔蚀。金属腐蚀呈点状并形成深坑。孔蚀的产生与金属的本性及其所处介质有关。在含有氯盐的介质中易发生孔蚀。孔蚀常用最大孔深作为评定指标。管道的腐蚀多考虑孔蚀问题。 （3）电偶腐蚀。不同金属的接触处，因所具不同电位而产生的腐蚀。 （4）缝隙腐蚀。金属表面在缝隙或其他隐蔽区域常发生由于不同部位间介质的组分和浓度的差异所引起的局部腐蚀。 （5）应力腐蚀。在腐蚀介质和较高拉应力共同作用下，金属表面产生腐蚀并向内扩展成微裂纹，常导致突然破断。混凝土中的高强度钢筋（钢丝）可能发生这种破坏。Vol.4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。 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)。 洛氏硬度（HR）：当HB>450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，可采用不同的压头和总试验压力组成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标尺是A，B，C三种（HRA、HRB、HRC）。其中C标尺应用最为广泛。HRA：是采用60kg载荷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）。 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。金属材料的性能 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：力学性能、化学性能、物理性能、工艺性能。 Vol.1力学性能 应力：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）。 力学性能：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。1.1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）、抗压强度极限（σbc）等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂，测定的强度指标主要有： （1）强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以σb表示，如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算关系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8MPa。 （2）屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用σs表示，相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。对于塑性高的材料，在拉伸曲线上会出现明显的屈服点，而对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点的外力求出屈服极限。因此，在拉伸试验方法中，通常规定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限，用σ0.2表示。屈服极限指标可用于要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即σs/σb）要小，以提高其安全可靠性，不过此时材料的利用率也较低了。 （3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以σe表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形时的载荷）。 （4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα。式中α为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。1.2塑性 金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率δ（%）和试样断面收缩率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%，这是拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差（增长量）与L0之比。在实际试验时，同一材料但是不同规格（直径、截面形状-例如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延伸率会有不同，因此一般需要特别加注，例如最常用的圆截面试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延伸率表示为δ5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表示为δ10。断面收缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，这是拉伸试验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处最小截面积F1之差（断面缩减量）与F0之比。实用中对于最常用的圆截面试样通常可通过直径测量进行计算：ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。δ与ψ值越大，表明材料的塑性越好。1.3韧性 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。通常采用冲击试验，即用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性：αk=Ak/F。单位J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2。αk称作金属材料的冲击韧性，Ak为冲击功，F为断口的原始截面积。1.4疲劳性能 疲劳强度极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于σs甚至大于σb的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于σb而产生断裂。在实际应用中，一般把试样在重复或交变应力（拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等）作用下，在规定的周期数内（一般对钢取106~107次，对有色金属取108次）不发生断裂所能承受的最大应力作为疲劳强度极限，用σ-1表示，单位MPa。 除了上述几种最常用的力学性能指标外，对一些要求特别严格的材料，例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金属材料，还会要求下述一些力学性能指标。 蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。通常采用高温拉伸蠕变试验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长或残余伸长）或者在蠕变伸长速度相对恒定的阶段，蠕变速度不超过某规定值时的最大应力，作为蠕变极限，以表示，单位MPa，式中τ为试验持续时间，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；或者以表示，V为蠕变速度。 高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力。 金属缺口敏感性系数：以Kτ表示在持续时间相同（高温拉伸持久试验）时，有缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比。 抗热性：在高温下材料对机械载荷的抗力。Vol.2化学性能 金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。Vol.3物理性能 金属的物理性能主要考虑： （1）密度（比重）：ρ=P/V，单位：克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度ρ与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。 （2）熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。 （3）热膨胀性：随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。 （4）磁性：能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。 （5）电学性能：主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。Vol.4工艺性能 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面： （1）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 （2）可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。 （3）可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。 （4）可焊性：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。 声明：本文所用图片、文字部分源于网络，目的为非商业性知识分享，版权仍属于原作者，如信息有误或涉及版权问题，请第一时间通知，我们将立即处理！来源：材子笔记
