金属材料性能特点介绍《基础化学》

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：物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能。

1.物理性能

金属的物理性能主要考虑：

（1）密度（比重）

一般将密度小于5.0×103kg/m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金。将密度大于5.0×103kg/m3的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。非金属材料的密度相对更小，如陶瓷的相对密度为2.2×103～2.5×103kg/m3，塑料的相对密度则多数为1.0×103～1.5×103kg/m3。在实际生产中，一些零部件的选材必须考虑材料的密度，如汽车发动机中要求采用质量轻、运动时惯性小的活塞，因此活塞多采用低密度的铝合金制成。

（2）熔点

熔点是指材料由固态向液态转变的温度。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。各种金属都具有固定的熔点。钨、钼、铬等熔点高的金属常用来制造耐高温的零件，如汽车、拖拉机的发动机排气阀等；锡、铅、锌等熔点低的金属常用来制造熔丝等零件。对于非金属材料来说，陶瓷材料的熔点一般都显著高于金属及合金的熔点，而高分子材料、复合材料一般没有固定的熔点。

（3）导热性

导热性是指材料在加热和冷却时传导热量的性能，常用热导率来表示。材料的热导率越大，导热性越好。例如，制造散热器、热交换器与活塞等零件时应选用导热性好的材料。

（4）导电性

导电性是指材料传导电流的能力，常用电阻率表示。电阻率越小，导电性越好。金属中银的导电性最好，铜、铝次之，合金的导电性较纯金属差。在非金属材料中，高分子材料通常是绝缘体，而高分子材料一般都是复合型高分子材料。陶瓷材料一般情况下是良好的绝缘体，但某些特殊成分的陶瓷，如压电陶瓷却是具有一定导电性的半导体材料。

图1-1-1　散热器

图1-1-2　压电陶瓷片

（5）热膨胀性

热膨胀性是指材料随温度变化时产生膨胀、收缩的特性，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀。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。

如发动机的轴和轴瓦之间要根据材料的热膨胀性来控制其间隙尺寸；发动机活塞的形状特别要考虑所用材料的热膨胀性。

图1-1-3　各种永磁体

（6）磁性

磁性是指材料能被磁场吸引或磁化的性能，常用磁导率表示。目前使用较多的磁性材料有金属材料和陶瓷材料两类。金属磁性材料又分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。铁、钴、镍等金属及合金为铁磁材料，它们在外磁场中能强烈地被磁化，主要用于制造变压器和继电器的铁芯、电动机的转子和定子等零部件；锰、铬等材料在外磁场中呈现十分微弱的磁性，称为顺磁材料；铜、锌等材料能抗拒或削弱外磁场的磁化作用，称为抗磁材料。抗磁材料多应用于仪表壳等要求不易磁化或能避免电磁干扰的零件。(www.xing528.com)

陶瓷磁性材料统称为铁氧体，常用于制作电视机、录音机及动圈式仪表的永磁体。磁性只存在于一定的温度内，高于一定温度时，磁性就会消失。如铁在770℃以上就会失去磁性。

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。对于金属材料来说，在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性（耐腐蚀性）和抗氧化性（又称作氧化抗力，这里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）。

图1-1-4　聚四氟乙烯涂层

（1）耐腐蚀性

材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、酸、碱和盐等）腐蚀的能力称为耐腐蚀性。金属材料在腐蚀性介质中常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差；钛及其合金、不锈钢的耐腐蚀性较好；铝和铜也有较好的耐腐蚀性。

因此，对金属制品的腐蚀防护十分重要。对于汽车上易腐蚀的零部件，一方面可采用耐腐蚀性好的不锈钢、铝合金等材料制造；另一方面，要适当的涂料进行涂覆，起到防腐蚀、填平锈斑的作用。

大多数高分子材料如陶瓷材料和塑料等都具有优良的耐腐蚀性，被誉为塑料王的聚四氟乙烯，不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂，甚至在沸腾的王水中其性能也非常稳定。

（2）抗氧化性

材料在高温下抵抗氧化的能力称为抗氧化性，又称热稳定性。在钢中加入Cr、Si等元素，可大大提高钢的抗氧化性。如在高温下工作的内燃机排气门等轿车零部件，就是采用抗氧化性好的铬锰不锈钢等材料来制造的。

3.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）。由于金属材料承受载荷的形式不同，因此衡量金属材料机械性能的指标不同。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。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屈服强度和抗拉强度。

（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。

（3）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。根据硬度的测定方法，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

4.工艺性能

所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在一定的冷、热加工条件下所表现出来的性能。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、切削加工性能等。