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第二章 金属材料及热处理 第一节 金属材料的物理和力学性能 一、常用金属材料的物理性能 1．密度 金属的密度即是单位体积金属的质量。一般密度小于5×103Kg/m3的金属称为轻金属，密度大于5×103Kg/m3的金属称为重金属。 2．熔点 纯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，合金的熔点决定于它的成分。 3．导热性 金属材料传导热量的性能称为导热性。合金的导热性比纯金属差。 导热性是金属材料的重要性能之一，在制订焊接和热处理工艺时，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过大的内应力，以免金属材料变形或破坏。 4．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。热膨胀的大小用线胀系数和体胀系数表示，体胀系数近似为线胀系数的3倍。 在实际工作中考虑热胀性的地方很多，例如异种金属焊接时要考虑它们的热胀系数是否接近。 5．导电性 金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属材料导电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属导电性越好。合金的导电性比纯金属差。 6．磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。磁性与材料的成分和温度有关，不是固定不变的。当温度升高时，有的铁磁材料会消失磁性。 二、 常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料所表现出来的一系列力学特性，如强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等力学性能指标，反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它们是选用金属材料的重要依据。 1.强度 是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力。抵抗能力越大，金属材料的强度越高。强度的大小通常用应力来表示，根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度，其中常用抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。 1）屈服强度 钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形现象，这一现象叫“屈服”，材料开始发生屈服时所对应的应力，称为屈服强度。用符号бs表示，单位为MPa（N/mm2）。有些金属材料（如高碳钢、铸钢等）没有明显的屈服现象。测定бs很困难，在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的“条件屈服强度”，或称屈服极限。用б0.2表示。 2）抗拉强度 拉伸试验时，材料在拉断前所承受的最大应力,称为抗拉强度,以符号бb表示。计算式如下： σb =Fb/So（N/mm2 ） ? 式中 Fb一试样拉断前承受的最大载荷〈N〉 So---试样原始横截面积(mm2) σb一抗拉强度〈MPa〉。 抗拉强度是材料重要的力学性能指标,当材料所受应力达到σb时,将引起破坏。工程上不仅希望材料具有较高的屈服点,而且要求бb比бs大一些,即具有适当的屈强比〈бs /σb〉。屈强比小,说明材料的塑性贮备较高,即使应力超过бs，也不会马上断裂破坏。但屈强比过小，则会降低材料的有效利用率 2．塑性 塑性是金属材料在外力作用下〈断裂前〉发生永久变形的能力,常以金属断裂时的最大相对塑性变形来表示,如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率(三个判定指标）。 1）伸长率 ? δ= (L1-Lo)/ Lo×100% 金属材料在拉伸试验时,试样被拉断后其标距部分所伸长的长度与原始标距长度的百分比，称为断后伸长率，也叫伸长率，用δ表示。列计算式如下： ? 式中 L1--试样拉断后的标距长度(mm) Lo--试样原始标距(mm) δ一伸长率(%)。 2) 断面收缩率 ψ= (S0-S1)/ So×100% 金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比,称为断面收缩率，以符号Ψ表示。计算式如下： ? 式中 S0一试样原始横截面积(mm2) S1一试样拉断后缩颈处的最小横截面积(mm2) ψ一断面收缩率(%) 3)弯曲角 常温下，金属材料弯曲试验(也称冷弯试验)时,试件弯曲到受拉面出现裂纹前的最大角度,称为弯曲角。 弯曲试验不仅可考核钢材及接头的塑性,还可发现受拉面材料中的缺陷及焊缝、热影响区与基体金属三者变形是否均匀、一致 3.硬度 材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。硬度是衡量钢材软硬的一个指标,根据测量方法不同,其指标可分为布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)。依据硬度值可近似地确定抗拉强度值。 1）布氏硬度 用一直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合金球,施以一定的载荷F将钢球压向被测金属表面，保持一定时间