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金属材料的使用性能

同学们，大家好！欢迎来到机械基础课堂。在日常生活中，我们所见到的高楼大厦、飞机汽车，甚至是我们手中的智能手机和精细的机械手表，它们的制造都离不开金属材料。本次课，我们将深入学习金属材料的相关性能。

金属材料的性能主要可分为两大类：使用性能和工艺性能。而今天，我们要重点学习的是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能。这些性能是决定金属材料在不同环境和条件下表现的关键因素，也是我们选择和使用金属材料时的重要依据。

首先，我们来学习物理性能，它包括了密度、熔点、导电性、导热性、磁性和热膨胀性。我先来看密度，密度是指单位体积内金属的质量，在体积相同的情况下，金属材料的密度越大，其质量也越大。密度大于4.5kg/m3的金属称为重金属，小于4.5kg/m3的金属称为轻金属。在汽车和航空工业中，为了增加有效载重量，密度是选材需要考虑的重要因素。

熔点，它是金属从固态向液态转变时的温度。纯金属有固定的熔点，而合金的熔点取决于它的化学成分。熔点高的金属称为难熔金属，可用于制造耐高温零件。熔点对金属的冶炼和热加工影响很大，不同的熔点材料，也都有他们自己独特的应用。

导电性，在日常生活中，铜和铝常用作电线，那是因为他们具有良好的导电性。导电性是指金属能够传导电流的性能。常用电阻率表示，金属材料的电阻率越大，其导电性越差。金属中，银的导电性最好，铜、铝次之。一般来说，纯金属的导电性比合金好。

银不仅具有好的导电性，它还属于一种应用历史悠久的贵金属，至今已有4000多年的历史。由于银独有的优良特性，人们曾赋予它货币和装饰双重价值，古代的贵族们非常喜欢用银质的餐具，比如说筷子、盘子等。在我国西南的少数民族仍然保留着大量使用白银的习惯。

导热性，它是金属传导热量的能力。常用热导率表示。金属材料的热导率越大，其导电性越好。金属中，银的导热性最好，铜、铝次之。一般来说，纯金属的导热性比合金好。如散热器、热交换器等则是利用了金属材料良好的导热性。

磁性，根据磁化程度不同，金属材料分为：铁磁性材料，这类材料在外磁场能强烈地被磁化，如铁、钴等；第二类顺磁性材料，它在外磁场只能微弱地被磁化，如锰、铬等；第三类抗磁性材料，它能抵抗或削弱外磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌等。一般来说能被磁铁吸引的金属就具有磁性，反之则没有。抗磁性材料可以用于一些抵抗磁场的场合，比如变压器、航海罗盘等。

热膨胀性，它是金属材料热胀冷缩的性能，对于需要精密测量的场合，工具的热膨胀性将直接影响测量的精度。

我们来看一个实验，将金属片、塑料片、陶瓷片以及木片进行导热，我们会发现传热的基本规律是金属大于非金属的，固体大于液体，液体大于气体的。相同或近似的物质，越致密导热就越好。因此，排序为金属片陶瓷木片塑料片。

下面我们一起来学习金属材料的化学性能，它是指金属材料在化学作用下所表现出的性能，主要有耐腐蚀性和抗氧化性。

金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性。金属生锈是最常见的腐蚀现象，在那些腐蚀介质中工作的金属材料，就需要良好的耐腐蚀性。

抗氧化性是金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力。金属在高温下金属材料易于氧结合，形成氧化皮，造成金属的损害和浪费，因此高温下使用的零件，要求材料具有高温抗氧化性。

在零件选材和设计时，我们往往以力学性能为主要依据，下面我们就重点来学习金属材料的力学性能，它是在外力作用下所表现出的特性，是材料抵抗外力的能力。主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。

强度是指金属在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。主要有屈服强度和抗拉强度两个指标。他们是机械设计和选材的主要依据之一。强度的测试方法采用拉伸试验。他的拉伸过程分为四个阶段，弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。

跟强度相对的性能称为塑性，它是指金属材料在静载荷作用下，产生永久变形而不被破坏的能力，常用指标是断后伸长率和断面收缩率，他们同样可以在拉伸实验中测得，断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）值越大就表示塑性越好，塑性好的材料可以进行冲压加工，塑性好的材料在实际应用中也比较安全。

第三个力学性能称为硬度，它是金属材料抵抗比他更硬物体压入其表面的能力，是衡量其软硬程度的一个指标，常用的硬度指标由布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。对于较软的材料，常用布氏硬度机来测量，并通过硬质合金球的压痕直径来计算其硬度。对于相对较硬的材料常用洛氏硬度，它主要通过压头压痕深度来计算其硬度。洛氏硬度有A、B、C三种标尺，不同标尺采用的压头各不相同。而维氏硬度则是用136°金刚石圆锥体做压头，通过测量压痕对角线来计算其硬度，它的测量范围较广，但因其操作不便所以很少被使用。

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