高二 北京理工大学出版社 《金属学与热处理》第一章 金属的性能课件

第一章 金属的性能 1.1 金属的物理性能和化学性能 1.2 金属的力学性能 1.3 金属的工艺性能 1.1 金属的物理性能和化学性能 金属的物理性能是指金属在重力、电磁场、热力(温度)等物理因素作用下，所表现出的性能或固有的属性。它包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。金属的化学性能是指金属在室温或高温时，抵抗各种化学介质作用所表现出来的性能，它包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。 一、金属的物理性能 1.密度 密度是指单位体积的质量。密度是金属材料的特性之一。不同金属材料的密度是不同的。在体积相同的情况下，金属材料的密度越大，其质量(重量)也就越大。金属材料的密度，直接关系到由它所制造设备的自重和效能，如发动机要求质轻和惯性小的活塞，常采用密度小的铝合金制造。在航空工业领域中，密度更是选材的关键性能指标之一。 常用金属材料的密度见表1-1。一般将密度小于4.5 x103kg/m3的金属称为轻金属，密度大于4.5 x 103 kg/m3的金属称为重金属。 下一页 返回 1.1 金属的物理性能和化学性能 2.熔点 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。常用金属的熔点见表1-1。 合金的熔点决定于它的化学成分，如钢和生铁虽然都是铁和碳的合金，但由于其碳的含量不同，其熔点也不同。熔点是金属和合金在冶炼、铸造、焊接时重要的工艺参数。熔点高的金属称为难熔金属(如钨、钼、钒等)，可以用来制造耐高温零件，它们在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。熔点低的金属称为易熔金属(如锡、铅等)，可以用来制造印刷铅字(铅与锑的合金)、熔丝(铅、锡、铋、镉的合金)和防火安全阀等零件。 3.导热性 金属传导热量的能力称为导热性。金属导热能力的大小常用热导率(亦称导热系数) 表示。金属材料的热导率越大，说明其导热性越好。一般说来，金属越纯，其导热能力越强。合金的导热能力比纯金属差。金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之。常用金属的热导率见表1-1。 上一页 下一页 返回 1.1 金属的物理性能和化学性能 导热性好的金属其散热性也好，如在制造散热器、热交换器与活塞等零件时，就要注意选用导热性好的金属。在制定焊接、铸造、锻造和热处理工艺时，也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较大的内应力，以免金属材料发生变形或开裂。 4.导电性 金属能够传导电流的能力，称为导电性。金属导电性的好坏，常用电阻率ρ表示。取长1m、截面积为1mm2的物体，在一定温度下所具有的电阻数，叫做电阻率，单位是Ω·m。电阻率越小，导电性就越好。 导电性和导热性一样，是随合金化学成分的复杂化而减弱的，因而纯金属的导电性总比合金好。因此，工业上常用纯铜、纯铝做导电材料，而用导电性差的铜合金(康铜)和铁铬铝合金做电热元件。常用金属的电阻率见表1-1 5.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。一般来说，金属受热时膨胀而体积增大，冷却时收缩而体积缩小。 上一页 下一页 返回 1.1 金属的物理性能和化学性能 热膨胀性的大小用线胀系数αt和体胀系数αv来表示。体胀系数近似为线胀系数的3倍。常用金属的线胀系数见表1-1 在实际工作中考虑热膨胀性的地方颇多，如铺设钢轨时，在两根钢轨衔接处应留有一定的空隙，以便留给钢轨在长度方向有膨胀的余地;轴与轴瓦之间要根据膨胀系数来控制间隙尺寸;在制定焊接、热处理、铸造等工艺时也必须考虑材料的热膨胀影响，做到减少工件的变形与开裂;测量工件的尺寸时也要注意热膨胀因素，做到减少测量误差。 6.磁性 金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力称为磁性，通常用磁导率μ(H/m)表示。根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，金属材料可分为如下几种。 .铁磁性材料—在外加磁场中，能强烈地被磁化到很大程度，如铁、镍、钴等。 .顺磁性材料—在外加磁场中，呈现十分微弱的磁性，如锰、铬、钼等。 .抗磁性材料—能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属，如铜、金、银、铅、锌等。 上一页 下一页 返回 1.1 金属的物理性能和化学性能 在铁磁性材料中，铁及其合金(包括钢与铸铁)具有明显磁性。镍和钻也具有磁性，但远不如铁。铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等;抗磁性材料则可用作要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。 二、金属的化学性能 金属材料在机械制造中，不但要满足力学性能、物理性能的要求，同时也要求具有一定的化学性能，尤其是要求性能具有耐腐蚀、耐高温的机械零件，更应重视金属材料的化学性能。