有色金属材料物理及机械性能
金属材料标准手册
金属材料标准手册金属材料标准手册是生产制造领域常用的工具书，其中包含了关于金属材料的定义、分类、检验、试验、化学成分分析、物理性能、机械性能、热处理、加工工艺等重要内容。
本手册的编写目的是为了方便生产制造领域的从业人员使用，提高金属材料的质量，确保生产的产品符合客户的需求和国家相关的标准要求。
以下是金属材料标准手册的主要内容：一、金属材料的定义金属材料是指利用矿石、资源，通过采矿、选矿、炼铜、冶金等工艺把金属元素提取出来加工而成的材料。
金属材料包括铁质材料、有色金属材料和合金材料等。
二、金属材料的分类根据金属的化学元素、微量元素成分以及组织结构等特点，金属材料可分为以下几类：1. 铁质材料：包括铸铁、碳素钢、合金钢等。
2. 有色金属材料：包括铜、铝、锌、镍、锡、铅等。
3. 合金材料：包括钢铁合金、有色金属合金等。
三、金属材料的检验金属材料的检验是为了确定材料的质量是否符合相关的标准要求。
主要包括以下几个方面：1. 外观检查：检查材料的表面是否有裂纹、气泡、夹杂物等缺陷。
2. 化学成分分析：采用化学分析方法检测材料的化学成分是否符合标准要求。
3. 物理检验：包括硬度、抗拉强度、伸长率、冲击韧度等物理性能检测。
4. 试验方法：针对不同材料的特点和应用，采用不同的试验方法进行检验和确认品质。
四、金属材料的试验金属材料的试验是为了确定其力学性能、物理性能、化学性能等参数。
主要包括以下试验：1. 化学成分分析试验：采用多种化学分析方法对材料的成分进行分析和检测。
2. 物理性能试验：包括强度试验、硬度试验、伸长试验、冲击试验等。
3. 金相试验：通过金相组织观察、显微组织分析等方式，对材料的组织结构进行分析和研究。
4. 热处理试验：通过对材料进行热处理，观察其在高温下的变化规律，来确定热处理工艺的优化方案。
五、金属材料的化学成分分析金属材料的化学成分分析是为了确定材料的化学成分是否符合标准要求。
主要包括以下几种方法：1. 非分析法：包括比重法、光谱法、热分析法等。
金属材料力学性能检测
K为常数，通常取5.65或11.3，k=5.65时也称为短试样，此时的原始标 距应不少于15mm；k=11.3试样称为长试样 对于圆形试样，标距长度为工作直径d的5倍时为短试样，为10倍时为长 试样。但在特殊情况有关标准有规定时，也用4d或8d的试样
2 拉伸试样分类
物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。 屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些 意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。
3.刚度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
塑性：指金属发生塑性变形而不被 破坏的能力。
载荷
作用在机件上的外力——载荷
静载荷 动载荷
静载荷：逐渐而缓慢地作用在工作上的力 如机床床身的压力、钢索的拉力
动载荷：包括冲击及交变载荷 如空气锤杆所受的冲击力、齿轮、弹簧
静拉伸试验（所加载荷为静载荷）
是一种较简单的力学性能试验，能够清楚地反映出材料受力 后所发生的弹性、弹塑性与断裂三个变形阶段的基本特性。 经拉伸试验对所测试的力学性能指标的测量稳定可靠，而且 理论计算方便，因此各国及国际组织都制定了完善的拉伸试 验方法标准，将拉伸试验方法列为力学性能试验中最基本、 最重要的试验项目。
布
氏
表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+t
硬 度
120HBS10/1000/30
压 痕
表示直径为10mm的钢球在1000kgf
载荷作用下保持30s测得的布氏硬度
值为120。
高中化学《金属材料》知识点总结
高中化学《金属材料》知识点总结一、金属材料：金属材料可分为纯金属和合金。
新型金属材料是具有特殊性能的金属结构材料。
1、合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：合金的熔点比各成分金属低②硬度和强度：合金的硬度比各成分金属大(3)易错点：①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素②合金的性质不是各成分金属的性质之和。
合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质③并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金④合金一定是混合物⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体2、常见的金属材料(1)金属材料分类①黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金②有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金(2) 黑色金属材料——钢铁①生铁：含碳量在2%～4.3%的铁的合金。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种②钢：含碳量在0.03%～2%的铁的合金。
钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。
钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢，碳素钢又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，低碳钢韧性、焊接性好，强度低；中碳钢强度高，韧性及加工性好；高碳钢硬而脆，热处理后弹性好。
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能，用于制不锈钢及各种特种钢③钢是用量最大，用途最广的合金(3) 有色金属材料——铜和铝①铝及铝合金：Al 是地壳中含量最多的金属元素，纯铝的硬度和强度较小，有良好的延展性和导电性，通常用作制导线。
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
材料及其热处理方式和性能影响
淬火+回火
获得一定的强度和韧性
表面热处理和化学热处理
一、表面淬火
表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。
目的：为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力分布，提高工件的硬度和耐磨性。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等。
二、化学热处理
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
B.屈服极限 : 材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。
C.抗拉強度: 材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度 或強度极限，符号σb。
2.
金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率 (δ)和断面收缩率(ψ)是衡量金属材料塑性的指标。
3.
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。
根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，其中气体渗碳应用最广泛。
【气体渗碳工艺】
采用液体或气体碳氢化合物作为渗碳剂，如：煤油、甲苯或含碳的气体。
渗碳温度T=900~950℃。
保温时间—取决于要求的渗碳层深度，从几小时到十几小时不等。
零件表面含碳量Wc=0.8~1.1%
渗层深度：0.5~2mm
4.
回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。
回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。
根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。
（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。
金属材料基础知识(2020.3.2)
导电性好的金属，导热性就好；相反，导热性好的，导电性不一定好。？
热膨胀性
金属受热时体积发生胀大的性能。衡量热膨胀性的指标称为 热膨胀系数。
磁性
金属材料在磁场中受到磁化的性能。 根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，分为铁磁性材 料、顺磁性材料、抗磁性材料三种。 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。 抗磁性材料可用作要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。
金属材料基础知识
二、钢材的分类、 常用钢材的表示方
碳素钢
法
1.钢材的分类
钢 材
合金钢
普通 碳素钢
优质 碳素钢
按合金 含量分
按用 途分
甲类钢 乙类钢 特类钢
按含碳 量分
工业纯铁C≤0.04% 低碳钢C＜0.25% 中碳钢C 0.25—0.6%
高碳钢C＞0.6%
按用 途分
碳素结构钢 易切钢 碳素工具钢
金属材料是现代机械制造业的基 本材料，广泛应用于制造各种生 产设备、工具、武器以及生活用 具，金属材料之所以获得广泛的 应用，是由于它具有许多良好的 性能。
金属材料在使用条件 下所表现出来的性能。
使用性能
金属 材料性能
物理性能 化学性能 机械性能
工艺性能
力学性能
金属材料在加工过程 中适应加工的能力。
金属材料基础知识
αk 值越大，材 料的韧性越好。
在小能量多次 冲击条件下， 其冲击抗力主 要取决于材料 的强度和塑性。
金属材料基础知识
5.疲劳强度
许多机械零件在工作过程中各点的应力随时间作周期性 的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也 称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力 低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作而产生裂纹或 突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。
第一章 金属材料的力学性能
Fb σb= S0
四、塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 δ和断面收缩率 Ψ 塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 和断面收缩率 ）：
1）伸长率（ δ ） ）伸长率（ 伸长率是指试样拉断 后标距增长量与原始 标距的百分比，即： 标距的百分比，
lk-l0 δ=
×100%
l0
lk——试样拉断后的标距 试样拉断后的标距,mm; 试样拉断后的标距 l0——试样的原始标距 。 试样的原始标距,mm。 试样的原始标距
第一章 金属材料及热处理基础知识
应用于各种工程领域中的材料，如在机械工业中，建筑及桥 应用于各种工程领域中的材料，如在机械工业中，建筑及桥 于各种工程领域中的材料 等等， 统称为工程材料。 梁中，等等，——统称为工程材料。 统称为工程材料 其中用来制造各种机电产品的材料 用来制造各种机电产品的材料， 称为机械工程材料 其中用来制造各种机电产品的材料，——称为机械工程材料 称为机械工程材料. 主要包括： 主要包括： 1）金属材料：钢，铸铁，铜及铜合金，等等。 铸铁，铜及铜合金，等等。 ）金属材料： 2）非金属材料：塑料，橡胶，工业陶瓷，等等。 ）非金属材料：塑料，橡胶，工业陶瓷，等等。 3）复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的 ）复合材料： 多相材料。 多相材料。 金属材料是制造机器的最主要材料。 金属材料是制造机器的最主要材料。 是制造机器的最主要材料 1、金属材料按含金属元素数量的多少分为： 、金属材料按含金属元素数量的多少分为： 1）纯金属 一种金属 一种金属). ）纯金属(一种金属 2）合金（以一种金属为基 其他金属或非金属） 其他金属或非金属） ）合金（以一种金属为基+其他金属或非金属
刚度、强度、 第一节 刚度、强度、塑性
刚度、强度、弹性和塑性是根据拉伸试验测定出 塑性是根据拉伸试验 刚度、强度、弹性和塑性是根据拉伸试验测定出 来的。 来的。 一、拉伸试验与拉伸曲线 1、拉伸试样 试验前在试棒上打出标距 试验前在试棒上打出标距 按国标规定标准拉伸试样可分为： 按国标规定标准拉伸试样可分为： 板形试样： １) 板形试样：原材料为板材或带材 圆形试样：长试样L 短试样L ２) 圆形试样：长试样L0＝10d0，短试样L0=5d0 其中： 为试样标距， 其中：L0为试样标距，d0为试样直径
1.1材料的力学性能
洛氏硬度测试示意图
洛 氏 硬 度 计
h1-h0
（2）符号及标注 符号：HR 常用三种标度符号：HRA HRB 标注方法： 数值＋符号 如：５２ HRC ７０ HRA （3）应用
HRC
压痕小，在批量成品或半成品质量检验中广 泛应用，并可测量较薄的工件或较薄的硬化层。
HRA用于测量高硬度材料, 如
三、硬度 含义：是指材料在外力作用下抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，通俗 说材料抵抗外力压入其表面的能力。硬度是 衡量材料软硬程度的判据。 硬度判据：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度ＨＶ
测量方法：硬度实验法
１、布氏硬度HB
（1）测量方法：用直径D钢球或硬质合金球， 一定载荷p ，保持一定时间卸除，由读数显微 镜测得压痕直径d，计算得到。（单位Mpa） 注：实际应用中，不需计算，根据d查布氏硬度 表即可。
2、塑性
含义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标（两个）： 伸长率： 断面收缩率：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
说明：
① 用表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 与试样尺寸 有关，d0 相同时，l0，，故5> 10。只 有l0/d0 为常数时， 才有可比性。 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳强度
何为疲劳？材料在低于s的循环交变应力作 用下发生断裂的现象。（举例） 疲劳强度的含义：材料抵抗疲劳破坏的能力。 指标： 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不 发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用N 表示（对称循环交变应力-1 。） 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为 108。
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有色金属材料的物理性能及机械性能
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有色金属材料的物理性能及机械性能表
序号 合金材料 名称 ASTM UNS号 DIN 17744 σb MPa σ0.2 MPa 延伸率 δ% 密度 g/cm3 熔点 ℃ 比热 J/kg·k 热传导率 W/m·k 电阻率 μΩ·m 膨胀系数 10-6/k 弹性模量
KN/mm2
1 B-2 B333 N10665 2.4617 760 350 40 9.2 1330~1380 373 11.1 1.38 10.3 217
2 B-3 B333 N10675 2.4600 760 350 40 9.22 1370~1418 373 11.2 1.37 10.6 216
3 B-4 B333 N10629 2.4600 760 350 40 9.22 1330~1380 377 11.1 1.37 10.3（100℃） 217
4 C-4 B575 N06455 2.4610 690 276 40 8.64 1335~1380 406 10.1 1.25 10.8 211
5 C-22 B575 N06022 2.4602 690 310 45 8.69 1357~1399 414 10.1 1.14 12.4 206
6 C-276 B575 N10276 2.4819 690 283 40 8.9 1323~1371 427 10.2 1.30 11.2 205
7 C-2000 B575 N06200 2.4675 690 283 45 8.5 — — 10.8 1.28 12.4
—
8 C-59 B575 N06059 2.4605 690 310 45 8.6 1310~1360 414 10.4 1.26 11. 9（100℃） 210
9 Nickel 200 B162 N02200 2.4060 2.4066 380 100 40 8.89 1435~1446 456 70.3 0.096 13.3（100℃） 205
10 Nickel 201 B162 N02201 2.4061 2.4068 345 80 40 8.89 1435~1446 456 79.3 0.085 13.2（100℃） 207
11 Monel 400 B127 N04400 2.4360 2.4361 485 195 35 8.8 1300~1350 430 26 0.513 13.9（100℃） 182
12 Inconel600 B168 N06600 2.4816 550 240 30 8.4 1370~1425 455 14.8 1.03 13.7（100℃） 214
13 Inconel601 B168 N06601 2.4851 550 205 30 8.11 1301~1368 450 11.3 1.19 13.8（100℃） 207
14 Inconel602CA B168 N06025 2.4633 650 300 30 7.9 1370~1400 450 11.3 1.18 11.9（100℃） 215
15 Inconel625 B443 N06625 2.4856 758 379 30 8.44 1290~1350 415 9.8 1.28 12.8（100℃） 209
16 Inconel686 B575 N06686 2.4606 690 310 45 8.73 1338~1380 373 9.8 1.237 12.0（100℃） 207
17 Inconel693 B168 N06693 — 586 240 30 7.77 1317~1367 455 9.1 1.168 13.0（100℃） 196
18 合金617 B168 N06617 2.4663 655 240 30 8.4 1330~1380 420 13.4 1.22 11.6（100℃） 212
19 Incoloy800 B409 N08800 1.4876 520 205 30 7.94 1350~1400 455 11.6 0.98 14.4（100℃） 198
有色金属材料的物理性能及机械性能
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20 Incoloy825 B424 N08825 8.14 1370~1400 440 10.8 1.12 14.1（100℃） 195
21 Incoloy890 7.94 1309~1383 — — — 14.5（100℃） 195
22 合金926 8.1 1320~1390 415 12.0 0.96 15.5（100℃） 193
23 合金31 8.1 1350~1370 452 11.7 1.03 14.3（100℃） 198
24 合金33 7.9 1330~1370 500 13.4 1.04 15.3（100℃） 195
25 合金2205 7.88 — 420 19 — 13.7 190
26 合金2507 7.79 —
27
28 合金718 8.2 1260~1340 432 11.1 1.23 12.6（100℃） 205
29 CuNi70/30 C71500 345 138 35 8.94
30 CuNi90/10 — —
31
32
33
34
35
36 合金904L 7.95