金属材料的使用性能

金属材料的性能及比较一、金属材料性能 2二、常用金属性能介绍 51.铜的性质 52.黄金的物化性质 73.铝的性质 104.铬的性质与用途 12一、金属材料性能金属材料的性能可分为使用性能和工艺性能（又称为加工性能）。

使用性能包括：1、物理性能（比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）；2、化学性能（耐腐蚀性、耐氧化性等）；3、机械或力学性能（强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）。

工艺性能（加工性能）：1、铸造性能；2、锻造性能；3、焊接性能；4、切削加工性能；5、弯曲；6、热处理性能等。

1、比重：比重是一种物体的重量与同体积的水的重量的比值，常用符号γ表示，以克/厘米³为单位。

2、熔点：金属和合金从固体状态向液体状态转变时的熔化温度叫做熔点。

3、导电性：金属传导电流的性能叫做导电性。衡量金属导电性能的指标是导电率γ（又叫导电系数）和电阻率ρ（又叫电阻系数），导电率与电阻率互成反比，导电率越大，则电阻越小。

4、导热性：金属传导热量的性能叫导热性。它反映了金属在加热和冷却时的导热能力，在金属中银和铜的导热性最好。

5、热膨胀性：金属温度升高时，产生体积胀大的现象，称为热膨胀性。用热膨胀系数a表示，它的单位是：毫米/毫米?℃或1/℃，即金属温度每升高1℃其单位长度所伸长的长度（毫米）。

6、磁性：金属被磁场磁化或吸引的性能叫磁性，用导磁率（μ）表示。

根据金属材料在磁场中受磁化的程度，可把它们分成：

（1）铁磁性材料；导磁率特别大的金属材料它在外加磁场中能强烈地被磁化。如铁、钴、镍、钆等。铁磁材料加热到某一温度就会失去磁性。

（2）顺磁性材料：导磁率大于1的金属材料称为顺磁性材料，它在外加磁场中只是微弱地被磁化。如：锰、铬、钼、钒、镁、钙、铝、锇、锂、铱等。

（3）抗磁性材料：导磁率小于1的材料称抗磁材料，它能抗拒或削弱外加磁场对材料本身的磁化作用。如：铜、金、银、铅、锌、铋、汞、钛、铍等。

7、比热：单位质量的金属温度升高或降低1/℃时，所吸收的热量，叫金属的比热。用符号C表示。

8、腐蚀性：金属材料和周围环境发生化学反映和受到物理作用而引起的破坏，叫做腐蚀。锈蚀是金属材料的主要腐蚀形态，腐蚀会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加传动间磨损，缩短设备使用寿命等。

9、耐腐蚀性：金属材料在腐蚀环境（如大气、水蒸汽、有害气体、酸、碱、盐等）中抗腐蚀的能力，叫做耐腐蚀性。

金属的耐腐蚀性与其化学成份、加工性质、热处理条件、组织状态和腐蚀环境及温度条件等许多因素有关。

10、耐氧化性：金属材料在高温条件下抗空气、水蒸汽、炉气等氧化的能力，叫耐氧化性。

11、刚度和弹性：金属材料在外力作用下发生变形，当去掉引起变形的外力后能恢复原来的形状、尺寸的能力，叫做弹性。

金属材料抵抗弹性变形的能力，叫做刚度。

通常用弹性模数、弹性极限等指标衡量金属材料的刚度和弹性性能。当材料受外力作用发生弹性变形，而外力和变形成比例增长时的比例系数，叫做弹性模数。而材料能承受的、不产生永久变形的最大应力叫做弹性极限，它表示金属材料的最大弹性。

12、强度：金属材料在外力作用下，对塑性变形和断裂的抵抗能力，叫做强度。它常用屈服点和抗拉强度来表示。

屈服点是材料在外力作用下开始发生塑性变形时的应力值，用σs表示。

13、抗拉强度：抗拉强度是金属材料受外力拉伸过程中发生断裂前的最大应力值用σb表示。

14、塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力叫做塑性、塑性变形或范性变形。常用的塑性指标是延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）单位为%，延伸率是金属材料受拉伸断裂后，其总的延长长度与原始长度的比值。断面收缩率是金属材料受拉伸断裂后，断口缩小面积与原截面积的比值。

15、硬度：金属材料抵抗其它更硬物体的压力，其表面或者说材料对局部塑性变形的抗力，叫做硬度。常用的硬度分别为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）等。16、韧性：金属材料抵抗冲力作用的能力叫做韧性。

17、疲劳强度：金属在无数次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，称为疲劳强度。

18、铸造性：金属浇注成铸件时反映出来的难易程度，叫做铸造性或可铸性。金属铸造性能包括：流动性、收缩性、偏析性等。

19、可锻性：金属材料承受热压力加工时的成形能力，即在压力加工时，金属材料改变形状的易难程度和不产生裂纹的性能，叫做可锻性。金属材料的可锻性与温度的关系很大。

20、可焊性：可焊性又叫焊接性，是把两块金属局部加热并使其接缝部分迅速呈熔化或半熔化状态，从而使之牢固地联接起来，而不发生裂纹的性能。

21、切削加工性：切削加工性又叫机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难易程度。

切削加工性能与金属材料的化学成份、硬度、韧性、导热性、金相组织、加工硬化程度、切削刀具的几何形状、耐磨程度、切削速度等因素都有关系。

22、顶锻性：顶锻性能是金属材料承受一定程度的锤击而不破裂的能力。

23、深冲性：深冲性又叫冲压性。它包括：延性、展性和冷冲压性。

（1）延性：在外力作用下可以被拉伸的性能。

（2）展性：可以被锤击或辗压成薄箔的性能。

（3）冷冲压性：材料在冷状态下受冲压成型时，所表现出来的变形能力。

24、弯曲性：金属材料受弯曲变形作用而不破裂的能力，叫弯曲性。

25、耐磨性：金属材料在磨擦作用下，抵抗磨损和破坏的能力，叫耐磨性。

金属材料的耐磨性与其化学成份、金相组织、表面情况及润滑剂等因素有关。二、常用金属性能介绍1.铜的性质以一价和二价为主的金属元素,有延性和展性,是热和电最佳导体之一,是唯一的能大量天然产出的金属,也存在于各种矿石(例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石)中,能以金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术和工艺上。如:铜山(出产铜矿的山);铜花(铜屑);铜金(赤铜);铜粉(铜屑。铜和其他金属熔融在一起所做出来的黄金色粉状合金,可当作颜料);铜陵(产铜的山);铜落(铜屑。可入药);铜腥(铜的腥臭味)铜为呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/厘米3。熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。常见化合价+1和+2（3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现）。电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]，这叫铜绿。可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。元素来源：黄铜矿、辉铜矿、赤铜矿和孔雀石是自然界中重要的铜矿。把硫化物矿石煅烧后，再与少量二氧化硅和焦炭共熔得粗炼铜，再还原成泡铜，最后电解精制，即可得到铜。一个新的提取铜的方法正在研究中，就是把地下的低品位矿用原子能爆破粉碎，以稀硫酸原地浸取，再把浸取液抽到地表，在铁屑上将铜沉淀出来。元素用途：铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。※铜性能的应用导电性：64%，耐蚀性：23%，结构强度：12%，装饰性：1%元素辅助资料：自然界中获得的最大的天然铜重420吨.在古代,人们便发现了天然铜，用石斧将其砍下来，用锤打的方法把它加工成物件。于是铜器挤进了石器的行列，并且逐渐取代了石器，结束了人类历史上的新石器时代。在我国，距今4000年前的夏朝已经开始使用红铜，即天然铜。它的特点是锻锤出来的。1957年和1959年两次在甘肃武威皇娘娘台的遗址发掘出铜器近20件，经分析，铜器中铜含量高达99.63%～99.87%，属于纯铜。当然，天然铜的产量毕竟是稀少的。生产的发展促进人们找到从铜矿中取得铜的方法。铜在地壳中总含量并不大，不超过0.01%，但是含铜的矿物是比较多见的，它们大多具有各种鲜艳而引人注目的颜色，招至人们的注意。例如鲜绿色的孔雀石CuCO3.Cu（OH）2，深蓝色的石青2CuCO3.Cu（OH）2等。这些矿石在空气中燃烧后得到铜的氧化物，再用碳还原，就得到金属铜。2.黄金的物化性质黄金作为一种贵金属，有良好的物理特性，表现为：熔点高，达摄氏l064．43度，“真金不怕火炼”就是指一般火焰下黄金不容易熔化。密度大，为19．31克／立方厘米（18℃时），手感沉甸。韧性和延展性好，良导性强。纯金具有艳丽的黄色，但掺入其他金属后颜色变化较大，如金铜合金呈暗红色，含银合金呈浅黄色或灰白色。金易被磨成粉状，这也是金在自然界中呈分散状的原因，纯金首饰也易被磨损而减少分量。在门捷列夫周期表中金的原子序数为79，即金的原子核周围有79个带负电荷的旋转电子，因此，金具有很好的化学稳定性，在金属市场上金与钌、铑、钯、锇、铱、铂等金属统称为贵金属。金很重，金的密度为19.32克／厘米3，也就是说，直径仅为46毫米的金球，其重量就有1公斤。这里指的是化学上纯金的密度，在自然界中这样的纯金在某种程度上是不存在的，大约在15—19克／厘米3。黄金是一种很柔软的金属，但不及铅和锡两种金属，在纯金上用指甲可划出痕迹，这种柔软性使黄金非常易于加工，然而这一点对装饰品的制造者来说，又很不理想，因为这样很容易使装饰品蹭伤，使其失去光泽以至影响美观。所以在用黄金制作首饰时，一般都要添加铜和银，以提高其硬度。黄金易锻造、易延展，可碾成厚度为0.001毫米的透明和透绿色的金箔。0.5克的黄金可拉成160米长的金丝。黄金很容易磨损，变成极细的粉末，因此黄金常以分散状态广泛分布在自然界中。黄金是热和电的良导体，但不如铂、汞、铅、银四种金属。黄金的熔点为1063。C，熔融金有较高的挥发性，随着温度的升高，其挥发性不断增强。纯金的抗压强度为10kg／mm2，其抗拉强度与预处理的方法有关，一般在10-30kg/mm2之间。冷拉金丝时，受力最大。纯金有着极好看的草黄色的金属光泽,可以说黄金在所有金属中，颜色最黄。在自然界中见不到纯金，而金属杂质(首先是铜和银)赋予金以各种颜色和色调，从淡黄色到鲜黄红色。黄金的颜色同时也取决于该金属块的厚度及其聚集体状态。例如，很薄的金箔，对着亮处看是发绿色的，熔化的金也是这种颜色，而末熔化的金则呈黄绿色，细粒分散金一般为深红色或暗紫色。自然金有时会覆盖一层铁的氧化物薄膜，在这种情况下，黄金的颜色可能呈褐色、深褐色、甚至是黑色。金能与许多金属形成合金，原因是这些金属的原子半径与金的原子半径非常接近；金的原子半径等于1.46埃；铋1.46埃；银1.44埃；铂1.39埃。因此金可以形成金银合金、金铜合金、金铂合金、金钯合金等，这些合金并不是化合物，而是固熔体。合金中的所有金属都比其纯金属熔点低，假如把金加热到接近熔点，金就可以象铁一样熔接，纤细的金粒可熔结成金块。（l埃＝0.0000000l厘米）金粉在温度较低的情况下，必须加压才能熔接在一起。金与其他金属在一起熔化，不仅可降低其熔点，而且还能改变金本身的机械性能。含银和铜可明显地提高金的硬度；含砷、铅、铂、银、铋、碲能使金变脆，铅在这方面的特点就更为突出，仅含铅1％的合金，如果冲压一下，就会变成碎块，纯金中含0.01%的铅，它的良好可锻性就将完全丧失。金有吸收x射线的本领。金被列入化合物的行列中，也象规定贵金属族一样，是很勉强的，但它毕竟能与某些元素相互作用。特别是与卤素(氯、溴、碘)化合物生成AuCl或AuC13等。金同样能与氰化物、汞和蹄化合。事实上，在自然界中只存在金与蹄的化合物，金与汞的化合物极少。所有其他化合物都是用人工制得的，用人工方法还可以制得“雷金”—(Au(NH)3(CH)3)，“雷金”在冲击或加热时容易爆炸。金虽然很难溶解，但仍能溶解在某些溶液中。在含有氯、硫酸或腐蚀酸的水中也可以溶解少量的金。在一份硝酸和三份盐酸的混合液中，以及在氰化物稀溶液中金的溶解度相当高。金的结晶属等轴晶系。晶体的形状常呈立方体或八面体。晶体经溶化后再凝结时，呈不规则的多角形。冷却得越慢，晶体就越大。黄金化学性质金的化学性质稳定，具有很强的抗腐蚀性，从常温到高温一般均不氧化。金不溶于一般的酸和碱，但可溶于某些混酸，如王水。金也可溶于碱金属，氰化物，酸性的硫脲溶液，溴溶液，沸腾的氯化铁溶液，有氧存在的钾、钠、钙、镁的硫代硫酸盐溶液等。碱金属的硫化物会腐蚀金，生成可溶性的硫化金。土壤中的腐殖酸和某些细菌的代谢物也能溶解微量金。金的电离势高，难以失去外层电子成正离子，也不易接受电子成阴离子，其化学性质稳定，与其他元素的亲和力微弱，因此，在自然界多呈元素状态存在。3.铝的性质铝是银白色金属，熔点660.4℃，沸点2467℃，密度2.70克/厘米3，很轻，约为铁的1/4。它的硬度比较小，具有良好的延展性，可以拉成细丝，也可以辗压成铝箔，后者常用来包装糖果、香烟。它还有良好的导电导热性，电力工业上用它制造电线、电缆、日常生活中用它制造炊具。它可以跟镁、铜、锌、锡、锰、铬、锆、硅等元素形成多种合金，广泛用作制造飞机、汽车、船舶、日常生活用品的材料，也用于建筑业制造门窗。铝是热和光最好的反射体之一，它被用做绝热材料和用于制造反射望远镜中的反射镜。铝的化学性质铝是第三周期ⅢA族元素，最外层电子是3s23p1，容易失去，因此它是比较活泼的金属元素。它能跟非金属、酸和碱作用。常温下铝能跟空气中的氧起反应，生成一层致密的氧化膜，它可以阻止铝继续被氧化。高温下，铝可以跟空气中的氧剧烈反应，将铝粉或铝箔放在氧气中加热，则能发生燃烧，放出大量的热：4Al＋3O22Al2O3+热铝还能跟卤素、硫等非金属起反应。铝是两性金属，既能跟酸，也能跟碱起反应。铝跟稀酸反应，放出氢气，跟热的、浓的氧化性酸反应，不放出氢气：2Al＋6HCl2AlC13＋3H2↑2Al+6H2SO4(浓)Al2(SO4)3+3SO2↑＋6H2O但是跟冷的、浓的氧化性酸如硝酸、硫酸不起作用，因为这些酸能使铝的表面钝化(生成致密的氧化膜)。根据这种性质，常用铝罐装运浓硫酸、浓硝酸。铝跟碱起反应，也放出氢气：2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑这个反应是由于铝的表面氧化膜(Al2O3)容易跟碱起反应而引起的：Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2O由于铝的表面有一层致密的氧化膜，因此通常情况下铝不与水起作用。但是如果破坏掉氧化膜(如使它生成铝汞齐)，则铝可以跟热水起作用，生成氢氧化铝，并放出氢气：2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑由于铝有强烈的亲氧性，冶金工业上用铝作还原剂来制取某些难以还原的金属：Cr2O3＋2AlAl2O3＋2Cr3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V这种冶金方法叫做铝热法。利用反应生成大量的热将金属熔化，就可以把金属分离出来。铁路工程上用铝热法焊接铁轨：Fe