金屬材料的使用性能

金屬材料的性能及比較一、金屬材料性能 2二、常用金屬性能介紹 51.銅的性質(zhì) 52.黃金的物化性質(zhì) 73.鋁的性質(zhì) 104.鉻的性質(zhì)與用途 12一、金屬材料性能金屬材料的性能可分為使用性能和工藝性能（又稱為加工性能）。

使用性能包括：1、物理性能（比重、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）；2、化學性能（耐腐蝕性、耐氧化性等）；3、機械或力學性能（強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等）。

工藝性能（加工性能）：1、鑄造性能；2、鍛造性能；3、焊接性能；4、切削加工性能；5、彎曲；6、熱處理性能等。

1、比重：比重是一種物體的重量與同體積的水的重量的比值，常用符號γ表示，以克/厘米3為單位。

2、熔點：金屬和合金從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的熔化溫度叫做熔點。

3、導(dǎo)電性：金屬傳導(dǎo)電流的性能叫做導(dǎo)電性。衡量金屬導(dǎo)電性能的指標是導(dǎo)電率γ（又叫導(dǎo)電系數(shù)）和電阻率ρ（又叫電阻系數(shù)），導(dǎo)電率與電阻率互成反比，導(dǎo)電率越大，則電阻越小。

4、導(dǎo)熱性：金屬傳導(dǎo)熱量的性能叫導(dǎo)熱性。它反映了金屬在加熱和冷卻時的導(dǎo)熱能力，在金屬中銀和銅的導(dǎo)熱性最好。

5、熱膨脹性：金屬溫度升高時，產(chǎn)生體積脹大的現(xiàn)象，稱為熱膨脹性。用熱膨脹系數(shù)a表示，它的單位是：毫米/毫米?℃或1/℃，即金屬溫度每升高1℃其單位長度所伸長的長度（毫米）。

6、磁性：金屬被磁場磁化或吸引的性能叫磁性，用導(dǎo)磁率（μ）表示。

根據(jù)金屬材料在磁場中受磁化的程度，可把它們分成：

（1）鐵磁性材料；導(dǎo)磁率特別大的金屬材料它在外加磁場中能強烈地被磁化。如鐵、鈷、鎳、釓等。鐵磁材料加熱到某一溫度就會失去磁性。

（2）順磁性材料：導(dǎo)磁率大于1的金屬材料稱為順磁性材料，它在外加磁場中只是微弱地被磁化。如：錳、鉻、鉬、釩、鎂、鈣、鋁、鋨、鋰、銥等。

（3）抗磁性材料：導(dǎo)磁率小于1的材料稱抗磁材料，它能抗拒或削弱外加磁場對材料本身的磁化作用。如：銅、金、銀、鉛、鋅、鉍、汞、鈦、鈹?shù)取?/p>

7、比熱：單位質(zhì)量的金屬溫度升高或降低1/℃時，所吸收的熱量，叫金屬的比熱。用符號C表示。

8、腐蝕性：金屬材料和周圍環(huán)境發(fā)生化學反映和受到物理作用而引起的破壞，叫做腐蝕。銹蝕是金屬材料的主要腐蝕形態(tài)，腐蝕會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加傳動間磨損，縮短設(shè)備使用壽命等。

9、耐腐蝕性：金屬材料在腐蝕環(huán)境（如大氣、水蒸汽、有害氣體、酸、堿、鹽等）中抗腐蝕的能力，叫做耐腐蝕性。

金屬的耐腐蝕性與其化學成份、加工性質(zhì)、熱處理條件、組織狀態(tài)和腐蝕環(huán)境及溫度條件等許多因素有關(guān)。

10、耐氧化性：金屬材料在高溫條件下抗空氣、水蒸汽、爐氣等氧化的能力，叫耐氧化性。

11、剛度和彈性：金屬材料在外力作用下發(fā)生變形，當去掉引起變形的外力后能恢復(fù)原來的形狀、尺寸的能力，叫做彈性。

金屬材料抵抗彈性變形的能力，叫做剛度。

通常用彈性模數(shù)、彈性極限等指標衡量金屬材料的剛度和彈性性能。當材料受外力作用發(fā)生彈性變形，而外力和變形成比例增長時的比例系數(shù)，叫做彈性模數(shù)。而材料能承受的、不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力叫做彈性極限，它表示金屬材料的最大彈性。

12、強度：金屬材料在外力作用下，對塑性變形和斷裂的抵抗能力，叫做強度。它常用屈服點和抗拉強度來表示。

屈服點是材料在外力作用下開始發(fā)生塑性變形時的應(yīng)力值，用σs表示。

13、抗拉強度：抗拉強度是金屬材料受外力拉伸過程中發(fā)生斷裂前的最大應(yīng)力值用σb表示。

14、塑性：金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力叫做塑性、塑性變形或范性變形。常用的塑性指標是延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）單位為%，延伸率是金屬材料受拉伸斷裂后，其總的延長長度與原始長度的比值。斷面收縮率是金屬材料受拉伸斷裂后，斷口縮小面積與原截面積的比值。

15、硬度：金屬材料抵抗其它更硬物體的壓力，其表面或者說材料對局部塑性變形的抗力，叫做硬度。常用的硬度分別為布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）等。16、韌性：金屬材料抵抗沖力作用的能力叫做韌性。

17、疲勞強度：金屬在無數(shù)次交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，稱為疲勞強度。

18、鑄造性：金屬澆注成鑄件時反映出來的難易程度，叫做鑄造性或可鑄性。金屬鑄造性能包括：流動性、收縮性、偏析性等。

19、可鍛性：金屬材料承受熱壓力加工時的成形能力，即在壓力加工時，金屬材料改變形狀的易難程度和不產(chǎn)生裂紋的性能，叫做可鍛性。金屬材料的可鍛性與溫度的關(guān)系很大。

20、可焊性：可焊性又叫焊接性，是把兩塊金屬局部加熱并使其接縫部分迅速呈熔化或半熔化狀態(tài)，從而使之牢固地聯(lián)接起來，而不發(fā)生裂紋的性能。

21、切削加工性：切削加工性又叫機械加工性或可切削性，是指被工具切削加工成符合要求工件的難易程度。

切削加工性能與金屬材料的化學成份、硬度、韌性、導(dǎo)熱性、金相組織、加工硬化程度、切削刀具的幾何形狀、耐磨程度、切削速度等因素都有關(guān)系。

22、頂鍛性：頂鍛性能是金屬材料承受一定程度的錘擊而不破裂的能力。

23、深沖性：深沖性又叫沖壓性。它包括：延性、展性和冷沖壓性。

（1）延性：在外力作用下可以被拉伸的性能。

（2）展性：可以被錘擊或輾壓成薄箔的性能。

（3）冷沖壓性：材料在冷狀態(tài)下受沖壓成型時，所表現(xiàn)出來的變形能力。

24、彎曲性：金屬材料受彎曲變形作用而不破裂的能力，叫彎曲性。

25、耐磨性：金屬材料在磨擦作用下，抵抗磨損和破壞的能力，叫耐磨性。

金屬材料的耐磨性與其化學成份、金相組織、表面情況及潤滑劑等因素有關(guān)。二、常用金屬性能介紹1.銅的性質(zhì)以一價和二價為主的金屬元素,有延性和展性,是熱和電最佳導(dǎo)體之一,是唯一的能大量天然產(chǎn)出的金屬,也存在于各種礦石(例如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、赤銅礦和孔雀石)中,能以金屬狀態(tài)及黃銅、青銅和其他合金的形態(tài)用于工業(yè)、工程技術(shù)和工藝上。如:銅山(出產(chǎn)銅礦的山);銅花(銅屑);銅金(赤銅);銅粉(銅屑。銅和其他金屬熔融在一起所做出來的黃金色粉狀合金,可當作顏料);銅陵(產(chǎn)銅的山);銅落(銅屑?？扇胨?;銅腥(銅的腥臭味)銅為呈紫紅色光澤的金屬，密度8.92克/厘米3。熔點1083.4±0.2℃，沸點2567℃。常見化合價+1和+2（3價銅僅在少數(shù)不穩(wěn)定的化合物中出現(xiàn)）。電離能7.726電子伏特。銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一，稍硬、極堅韌、耐磨損。還有很好的延展性。導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能較好。銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕能力，在干燥的空氣里很穩(wěn)定。但在潮濕的空氣里在其表面可以生成一層綠色的堿式碳酸銅[Cu2（OH）2CO3]，這叫銅綠?？扇苡谙跛岷蜔釢饬蛩?，略溶于鹽酸。容易被堿侵蝕。元素來源：黃銅礦、輝銅礦、赤銅礦和孔雀石是自然界中重要的銅礦。把硫化物礦石煅燒后，再與少量二氧化硅和焦炭共熔得粗煉銅，再還原成泡銅，最后電解精制，即可得到銅。一個新的提取銅的方法正在研究中，就是把地下的低品位礦用原子能爆破粉碎，以稀硫酸原地浸取，再把浸取液抽到地表，在鐵屑上將銅沉淀出來。元素用途：銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬，被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域，在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁。銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最大，占總消費量一半以上。用于各種電纜和導(dǎo)線，電機和變壓器的繞阻，開關(guān)以及印刷線路板等。在機械和運輸車輛制造中，用于制造工業(yè)閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。※銅性能的應(yīng)用導(dǎo)電性：64%，耐蝕性：23%，結(jié)構(gòu)強度：12%，裝飾性：1%元素輔助資料：自然界中獲得的最大的天然銅重420噸.在古代,人們便發(fā)現(xiàn)了天然銅，用石斧將其砍下來，用錘打的方法把它加工成物件。于是銅器擠進了石器的行列，并且逐漸取代了石器，結(jié)束了人類歷史上的新石器時代。在我國，距今4000年前的夏朝已經(jīng)開始使用紅銅，即天然銅。它的特點是鍛錘出來的。1957年和1959年兩次在甘肅武威皇娘娘臺的遺址發(fā)掘出銅器近20件，經(jīng)分析，銅器中銅含量高達99.63%～99.87%，屬于純銅。當然，天然銅的產(chǎn)量畢竟是稀少的。生產(chǎn)的發(fā)展促進人們找到從銅礦中取得銅的方法。銅在地殼中總含量并不大，不超過0.01%，但是含銅的礦物是比較多見的，它們大多具有各種鮮艷而引人注目的顏色，招至人們的注意。例如鮮綠色的孔雀石CuCO3.Cu（OH）2，深藍色的石青2CuCO3.Cu（OH）2等。這些礦石在空氣中燃燒后得到銅的氧化物，再用碳還原，就得到金屬銅。2.黃金的物化性質(zhì)黃金作為一種貴金屬，有良好的物理特性，表現(xiàn)為：熔點高，達攝氏l064．43度，“真金不怕火煉”就是指一般火焰下黃金不容易熔化。密度大，為19．31克／立方厘米（18℃時），手感沉甸。韌性和延展性好，良導(dǎo)性強。純金具有艷麗的黃色，但摻入其他金屬后顏色變化較大，如金銅合金呈暗紅色，含銀合金呈淺黃色或灰白色。金易被磨成粉狀，這也是金在自然界中呈分散狀的原因，純金首飾也易被磨損而減少分量。在門捷列夫周期表中金的原子序數(shù)為79，即金的原子核周圍有79個帶負電荷的旋轉(zhuǎn)電子，因此，金具有很好的化學穩(wěn)定性，在金屬市場上金與釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑等金屬統(tǒng)稱為貴金屬。金很重，金的密度為19.32克／厘米3，也就是說，直徑僅為46毫米的金球，其重量就有1公斤。這里指的是化學上純金的密度，在自然界中這樣的純金在某種程度上是不存在的，大約在15—19克／厘米3。黃金是一種很柔軟的金屬，但不及鉛和錫兩種金屬，在純金上用指甲可劃出痕跡，這種柔軟性使黃金非常易于加工，然而這一點對裝飾品的制造者來說，又很不理想，因為這樣很容易使裝飾品蹭傷，使其失去光澤以至影響美觀。所以在用黃金制作首飾時，一般都要添加銅和銀，以提高其硬度。黃金易鍛造、易延展，可碾成厚度為0.001毫米的透明和透綠色的金箔。0.5克的黃金可拉成160米長的金絲。黃金很容易磨損，變成極細的粉末，因此黃金常以分散狀態(tài)廣泛分布在自然界中。黃金是熱和電的良導(dǎo)體，但不如鉑、汞、鉛、銀四種金屬。黃金的熔點為1063。C，熔融金有較高的揮發(fā)性，隨著溫度的升高，其揮發(fā)性不斷增強。純金的抗壓強度為10kg／mm2，其抗拉強度與預(yù)處理的方法有關(guān)，一般在10-30kg/mm2之間。冷拉金絲時，受力最大。純金有著極好看的草黃色的金屬光澤,可以說黃金在所有金屬中，顏色最黃。在自然界中見不到純金，而金屬雜質(zhì)(首先是銅和銀)賦予金以各種顏色和色調(diào)，從淡黃色到鮮黃紅色。黃金的顏色同時也取決于該金屬塊的厚度及其聚集體狀態(tài)。例如，很薄的金箔，對著亮處看是發(fā)綠色的，熔化的金也是這種顏色，而末熔化的金則呈黃綠色，細粒分散金一般為深紅色或暗紫色。自然金有時會覆蓋一層鐵的氧化物薄膜，在這種情況下，黃金的顏色可能呈褐色、深褐色、甚至是黑色。金能與許多金屬形成合金，原因是這些金屬的原子半徑與金的原子半徑非常接近；金的原子半徑等于1.46埃；鉍1.46埃；銀1.44埃；鉑1.39埃。因此金可以形成金銀合金、金銅合金、金鉑合金、金鈀合金等，這些合金并不是化合物，而是固熔體。合金中的所有金屬都比其純金屬熔點低，假如把金加熱到接近熔點，金就可以象鐵一樣熔接，纖細的金?？扇劢Y(jié)成金塊。（l埃＝0.0000000l厘米）金粉在溫度較低的情況下，必須加壓才能熔接在一起。金與其他金屬在一起熔化，不僅可降低其熔點，而且還能改變金本身的機械性能。含銀和銅可明顯地提高金的硬度；含砷、鉛、鉑、銀、鉍、碲能使金變脆，鉛在這方面的特點就更為突出，僅含鉛1％的合金，如果沖壓一下，就會變成碎塊，純金中含0.01%的鉛，它的良好可鍛性就將完全喪失。金有吸收x射線的本領(lǐng)。金被列入化合物的行列中，也象規(guī)定貴金屬族一樣，是很勉強的，但它畢竟能與某些元素相互作用。特別是與鹵素(氯、溴、碘)化合物生成AuCl或AuC13等。金同樣能與氰化物、汞和蹄化合。事實上，在自然界中只存在金與蹄的化合物，金與汞的化合物極少。所有其他化合物都是用人工制得的，用人工方法還可以制得“雷金”—(Au(NH)3(CH)3)，“雷金”在沖擊或加熱時容易爆炸。金雖然很難溶解，但仍能溶解在某些溶液中。在含有氯、硫酸或腐蝕酸的水中也可以溶解少量的金。在一份硝酸和三份鹽酸的混合液中，以及在氰化物稀溶液中金的溶解度相當高。金的結(jié)晶屬等軸晶系。晶體的形狀常呈立方體或八面體。晶體經(jīng)溶化后再凝結(jié)時，呈不規(guī)則的多角形。冷卻得越慢，晶體就越大。黃金化學性質(zhì)金的化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有很強的抗腐蝕性，從常溫到高溫一般均不氧化。金不溶于一般的酸和堿，但可溶于某些混酸，如王水。金也可溶于堿金屬，氰化物，酸性的硫脲溶液，溴溶液，沸騰的氯化鐵溶液，有氧存在的鉀、鈉、鈣、鎂的硫代硫酸鹽溶液等。堿金屬的硫化物會腐蝕金，生成可溶性的硫化金。土壤中的腐殖酸和某些細菌的代謝物也能溶解微量金。金的電離勢高，難以失去外層電子成正離子，也不易接受電子成陰離子，其化學性質(zhì)穩(wěn)定，與其他元素的親和力微弱，因此，在自然界多呈元素狀態(tài)存在。3.鋁的性質(zhì)鋁是銀白色金屬，熔點660.4℃，沸點2467℃，密度2.70克/厘米3，很輕，約為鐵的1/4。它的硬度比較小，具有良好的延展性，可以拉成細絲，也可以輾壓成鋁箔，后者常用來包裝糖果、香煙。它還有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，電力工業(yè)上用它制造電線、電纜、日常生活中用它制造炊具。它可以跟鎂、銅、鋅、錫、錳、鉻、鋯、硅等元素形成多種合金，廣泛用作制造飛機、汽車、船舶、日常生活用品的材料，也用于建筑業(yè)制造門窗。鋁是熱和光最好的反射體之一，它被用做絕熱材料和用于制造反射望遠鏡中的反射鏡。鋁的化學性質(zhì)鋁是第三周期ⅢA族元素，最外層電子是3s23p1，容易失去，因此它是比較活潑的金屬元素。它能跟非金屬、酸和堿作用。常溫下鋁能跟空氣中的氧起反應(yīng)，生成一層致密的氧化膜，它可以阻止鋁繼續(xù)被氧化。高溫下，鋁可以跟空氣中的氧劇烈反應(yīng)，將鋁粉或鋁箔放在氧氣中加熱，則能發(fā)生燃燒，放出大量的熱：4Al＋3O22Al2O3+熱鋁還能跟鹵素、硫等非金屬起反應(yīng)。鋁是兩性金屬，既能跟酸，也能跟堿起反應(yīng)。鋁跟稀酸反應(yīng)，放出氫氣，跟熱的、濃的氧化性酸反應(yīng)，不放出氫氣：2Al＋6HCl2AlC13＋3H2↑2Al+6H2SO4(濃)Al2(SO4)3+3SO2↑＋6H2O但是跟冷的、濃的氧化性酸如硝酸、硫酸不起作用，因為這些酸能使鋁的表面鈍化(生成致密的氧化膜)。根據(jù)這種性質(zhì)，常用鋁罐裝運濃硫酸、濃硝酸。鋁跟堿起反應(yīng)，也放出氫氣：2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑這個反應(yīng)是由于鋁的表面氧化膜(Al2O3)容易跟堿起反應(yīng)而引起的：Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2O由于鋁的表面有一層致密的氧化膜，因此通常情況下鋁不與水起作用。但是如果破壞掉氧化膜(如使它生成鋁汞齊)，則鋁可以跟熱水起作用，生成氫氧化鋁，并放出氫氣：2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑由于鋁有強烈的親氧性，冶金工業(yè)上用鋁作還原劑來制取某些難以還原的金屬：Cr2O3＋2AlAl2O3＋2Cr3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V這種冶金方法叫做鋁熱法。利用反應(yīng)生成大量的熱將金屬熔化，就可以把金屬分離出來。鐵路工程上用鋁熱法焊接鐵軌：Fe