金属的物理性能与化学性能
金属的性质与利用
第一节金属的性质和利用一、常见金属的物理性质1. 一起回想，你知道哪些金属？你见过哪些金属？2. 翻看元素周期表，看看已知的都有哪些金属？3. 想一想生活中哪些地方用到了金属？分别利用了金属的哪些性质？（1）铁、铝常用来做锅、铲等炊具，表现出金属的哪种物理性质？（2）铁、铝、铜等可以加工成导线、薄片，表现出金属的哪些物理性质？（3）金、银、箔等做成各种首饰，表现出金属的哪种物理性质？4. 金属的物理性质（1）相似性：大多数金属都有金属光泽，密度、硬度较大，熔、沸点较高、具有良好的导电、导热、延展性。
（2）汞常温下为液态，铜为紫红色，银的导电能力最强，熔点最高的金属是钨，钠、钾很软且密度比水小等。
注意：金属光泽只有在金属成块时才能表现出来，金属粉末一般呈暗灰色或黑色，但铝粉呈银白色，常用于防锈。
思考：（1）为什么铁制锅铲上要加木柄或塑料柄？（2）银的导电性最好，为什么不用银作导线？（3）联合国卫生组织为什么提倡使用铁锅炊具？（4）选择铸造硬币的金属时要考虑到哪些因素？（5）为什么制造菜刀、镰刀、锤子时用铁不用铅？（6）为什么用钨丝做白炽灯的灯丝？二、金属的化学性质根据你已有的知识，推测金属有哪些化学性质1. 金属与氧气反应许多金属都能和氧气反应，但是反应的难易程度和剧烈程度是不同的，如镁、铝等在常温下就能与氧气发生反应；铁、铜在常温下很难与氧气发生反应，但在点燃或加热时能与氧气反应；金在高温下也不和氧气发生反应。
根据上述实验说明铁、铝、镁、铜、金的活泼性。
“真金不怕火炼”说明了金的什么性质？2. 金属与酸的反应许多金属还能和盐酸或稀硫酸反应，生成氢气和金属化合物。
常见的金属与（稀）酸反应的现象及反应的化学方程式如下：（1）铜与稀盐酸、稀硫酸不反应；镁、铝、锌、铁都能与盐酸、稀硫酸反应，生成氢气和相应的化合物。
（2）镁、铝、锌、铁和稀盐酸、稀硫酸反应的剧烈程度不同，说明金属的活动性有差异。
（3）金属的活动性顺序：人们经过长期的实践，总结出常见金属在溶液中的活动性顺序如下：在金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，它的活动性就越强；排在氢之前的金属能与酸反应放出氢气，而排在氢后面的金属不能与酸反应放出氢气。
金属材料的分类及性能
金属材料的分类及性能一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。
二、金属材料分类：①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。
②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属三、金属材料性能：①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等1. 工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。
铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。
（2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。
可锻性：塑性和变形抗力（3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。
（4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。
（5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。
2. 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）。
第1章金属材料的性能与结构
1．晶体结构的基本知识
由于晶体原子排列呈周期性，因此， 可以从晶格中选取一个能够完全反应晶 格中原子排列特征的最小的几何单元， 来分析晶体中原子排列的规律性，这个 最小的几何单元称为晶胞 。
1．晶体结构的基本知识
晶格
晶胞
1．晶体结构的基本知识
Z c
α
β a
X a γ
b
Y
图1-9 晶胞的晶格常数和轴间夹角的表示法
（）
MPa
b
s
e
b
s
e
应变（%）
图1-2 单轴拉伸曲线示意图
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？ 塑性是指金属材料在外力作用下，发生 永久变形而不破坏的能力。在工程中常用 塑性指标来判断金属材料的可成形性，常 用伸长率和断面收缩率来表征。 伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长 度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的 比值，即：
1.2.1 金属
在固态金属中，吸引力与排斥力的大 小以及它们的结合能量都随原子间距离 的变化而发生改变。这样就存在一个原 子间距，此时原子间相互排斥力与吸引 力相等，原子处于稳定平衡状态，该原 子间距即为平衡距离，这时原子之间的 结合能为最低，系统此时最稳定。
1.2.2 金属的晶体结构
1．晶体结构的基本知识 2. 常见金属的晶体结构 3. 晶面指数和晶向指数
第1章 金属材料的性能与结构
§1.1 金属材料的性能 §1.2金属的晶体结构
§1.3合金的相结构
1.1 金属材料的性能
金属材料是金属元素或以金属元素为 主构成的具有金属特性的材料的统称。 金属材料一般分为：黑色金属和有色 金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰； 其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其 合金都为有色金属。 金属材料的性能包括：力学性能、物 理化学性能、工艺性能、经济性能等。
金属材料的使用性能
金属材料的性能及比较、金属材料性能........................................................................... 2.. .、常用金属性能介绍................................................... 5..1. ................................................................................................................. 铜的性质.................................................................... 5...2. ................................................................................................................. 黄金的物化性质....................................................... 7..3. ............................................................................................................... 铝的性质................................................................... 1..0 .4. ............................................................................................................... 铬的性质与用途...................................................... 1..2、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）。
金属的物理性能
2．掌握材料强度、塑性、硬度、韧性、疲劳 强度的概念、应用。
3.掌握各种有色金属材料在汽车上的应用。 4.能正确对汽车上使用的金属材料进行识别。
金属的物理性能是金属材料的固有性能。
密度
磁性
熔点
金属的
物理性
能
热膨
导电
胀性
性
导热 性
1. 密度
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汽车散热器
金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性 称为热膨胀性。常用线膨胀系数和体胀系数 来衡量金属的热膨胀性，线膨胀系数用符号α 表示，其单位为1/℃。线膨胀系数越大，金属 的热膨胀性也越大。
金属导磁的性能称为磁性。通常用磁导率 来衡量金属的磁性，一般用符号μ表示，其单 位为H/m（即亨利/米）。磁导率越高，金属 的磁性越好。
金属材料可分为铁磁性材料、顺磁性材料 和抗磁性材料三类。
铁磁性材料：可用于制作变压 器、电动机、测量仪等
抗磁性材料：用于要求避免电 磁场干扰的零件和结构材料如 航海罗盘
金属传导电流的性能称为导电性。衡量材料导电性 的 指 标 是 电 阻 率 ， 电 阻 率 用 符 号 ρ 表 示 ， 单 位 为 Ω·m （即欧姆·米）。电阻率越小，金属的导电性越好。
常用金属中银、铜、铝等的导电性较好，。导电性 差的合金，如镍-铬合金、铁-铬-铝合金。
材料传导热量的性能称为导热性。通常用热导率 来衡量金属的导热性，热导率用符号λ表示，其单位 为W/（m·K），即瓦特/（米·开尔文）。导热性好的 金属散热性能好，常采用导热性好的铝、铜等金属 材料制造汽车散热器。
密度是指物质单位体积的质量，用符号ρ表示，单位 为kg/m3。
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。
金属材料与热处理 第三版 模块一 金属的力学性能
金属的物理性能
5.热膨胀性 ✓ 热膨胀性是指固态金属在温度变化时热胀冷缩的能力，在工程上常用线膨胀系数来
表示，符号为α1
式中 α1 ——线膨胀系数(1/K); L0 ——材料的原始长度(mm); L1 ——材料从T0温度加热到T1温度后的长度(mm); T0——原始温度(K); T1 ——加热后的温度(K)。
感性、回火脆性、氧化脱碳倾向等。
强度与塑性
强度与塑性
低碳退火钢拉伸曲线分析 ✓ 第1阶段：弹性变形阶段（oa） 在
此阶段中应力-延伸率成直线关系， 加力时产生变形，卸力后变形能完 全恢复拉伸曲线oa阶段的斜率(R/e) 为试验材料的弹性模量（E）。弹 性模量表示金属材料对弹性变形的 抵抗能力，也叫材料的刚度。 ✓ 第2阶段：滞弹性变形阶段（ab） 这阶段中应力-延伸率出现了非直 线关系，当力加到b点时卸除力， 变形仍可回到原点
金属的工艺性能
所谓工艺性能，是指金属材料适应各种加工工艺的能力。金属的工艺性能包括 铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性等。
1．铸造性能 ✓ 材料适于铸造加工的性能称为铸造性能。衡量铸造性能的指标有流动性、收缩
性和偏析倾向等。 ✓ 凡是流动性好、收缩性小以及偏析倾向小的金属材料，其铸造性能良好，容易
别是对焊接的工艺性和焊接质量有较大影响。 1.密度 ✓ 密度是单位体积物质的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m3。计算公式
为
金属的物理性能
✓ 密度是金属材料的特性之一。不同金属的密度不同。按密度的大小， 将金属分为轻金属与重金属两类。密度小于5×103 kg/m3 的金属称为 轻金属,如铝、镁、钛等及其合金;密度大于5×103 kg/m3的金属称为 重金属,如铁、铜、锡、铅等及其合金。
金属材料的性能
这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定 一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应的应力σN
作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。
一般规定：铸铁取N=107，非铁金属取N=108
金属的疲劳曲线
金属材料的性能
二、塑性
金属材料的性能
三、硬度
金属材料的性能
概念：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。
对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，
条件屈服强度
金属材料的性能
工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显
的屈服现象，无法确定其屈服点σs ，为此人为的专门规定，把当试样 产生的残余塑性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值(σ0.2)定 为该材料的屈服强度（条件屈服强度）
度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
根据工作温度分为：低温强度、常温强度、高温强度；
根据力的性质分为：静力强度、疲劳强度；
(三)强度指标
（1）弹性极限σe
定义：表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设 计依据。
计算公式： σe=Fe/Ao Fe—— 材料产生弹性变形所承受的最大拉伸力，N； Ao——试样原始横截面积， m㎡ ；
劳和冲击等，通过这些实验可以测出相应的机械性能指标，最常见的是拉伸 实验、硬度实验和冲击实验。
金属材料的性能
• 载荷的概念及分类：
定义：金属材料在加工及使用过程中所受的外力称变或变化过程缓慢的载荷 。 • ②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 • ③交变载荷 ：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变
化学金属和金属材料知识点总结
人教版化学金属和金属材料知识点总结人教版化学九年级第九单元金属和金属材料知识点归纳总结课题1：金属材料一、金属材料的发展与利用1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。
2、金属材料包括纯金属和合金。
（1）金属材料的发展石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代（2）金属材料的应用①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜③钛被称为21世纪重要的金属二、金属的物理性质1、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，大多数金属是电和热的良导体，有延展性，密度较大，熔沸点较高等。
2、金属的特性：①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色，而铜呈紫红色，金呈黄色；②常温下，大多数金属都是固体，汞却是液体；③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。
3、金属之最地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca）导电、导热性最好的金属——银（Ag）目前世界年产量最高的金属—铁（Fe）延展性最好的金属———金（Au）熔点最高的金属————钨（W）熔点最低的金属————汞（Hg）硬度最大的金属————铬（Cr）密度最小的金属————锂（Li）密度最大的金属————锇（Os）最贵的金属————锎kāi（Cf）4、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。
【练习】（1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？答：因为铁的硬度比铅大，且铅有毒。
（2）银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？答：银和铜的导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，经济上不划算。
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?如果用锡制的话，可能会出现什么情况？答：因为钨的熔点(3410℃)高，而锡的熔点(232℃)太低。
如果用锡制的话，通电时锡易熔断，减少灯泡的使用寿命，还会造成极大浪费。
5.1金属容体的物理化学性质
（2）熔铁中各种元素的相互作用和相互作用系数
熔铁中各种元素不仅与铁发生作用，而且各溶质元素之间 也发生相互作用。熔铁中各元素之间的相互影响，可以通 过彼此对活度系数的影响显示出来。 例题：如果铁水成分为：0.05%S,1.0%Si，4.0%C， 1.0%Mn和0.20%P，求铁水中硫的活度系数。 解：从表中查出格相互作用系数，则由式（5-3），得
2粘度
(1)金属熔体的粘度对于冶炼和浇注操作及钢质量等都 有很大的影响。例如，传质速率、非金属夹杂物的排 除、钢的结晶和偏析等都与钢液的粘度有密切的关系。 同时它也是阐明熔融铁合金结构的重要性质。 (2)其他元素对金属熔体粘度的影响： Ni、Co、Cr等元素对金属熔体的粘度影响较小；Mn、 Si、Al、P、S等元素使金属熔体的粘度下降，特别是 Al、P、S等元素，很少的含量就能使金属熔体的粘度 大大下降；但是V、Nb、Ti等元素却使金属熔体的粘 度上升。此外，金属熔体悬浮的Al2O3、Cr2O3等固体 质点越多，粘度就越大。
S Si C Mn P lg f S = e S s ω [ S ] + e S ω [ Si ] + e S ω [ C ] + e S ω [ MБайду номын сангаас ] + e S ω [ P ]
s
=(-0.028×0.05)+0.063×1.0+0.11×4.0+(-0.026) ×1.0+0.029×0.20 =0.482 fs ≈3.0
5表面张力
金属熔体的表面(界面)张力是阐明钢铁冶炼过程中各种界面现象所不可缺少 的重要性质。因此研究液体的表面张力有助于了解液体的结构。 各种影响表面张力的因素中主要是温度和组分。 各种影响表面张力的因素中主要是温度和组分。 温度对液体的表面张力有较大的影响。金属熔体的表面张力随着温度的升 温度对液体的表面张力有较大的影响 金属熔体的表面张力随着温度的升 高而减小。 高而减小。 在液体中溶解有不同物质时，它的表面张力也会发生变化。 在液体中溶解有不同物质时，它的表面张力也会发生变化。在液体中溶解 某些元素后，凡能降低表面张力的元素 凡能降低表面张力的元素，便会自发地移到溶液表面，使表 凡能降低表面张力的元素 面浓度大于内部浓度，这时称为正吸附，该元素称为表面活性物质 称为表面活性物质；反之， 称为表面活性物质 若表面浓度低于内部浓度，则相应地称为负吸附和表面不活性物质。 溶质元素对熔铁表面张力的影响程度决定于它的性质与铁的差别， 溶质元素对熔铁表面张力的影响程度决定于它的性质与铁的差别，溶质元 素的性质与铁的差别越大，则对熔铁表面张力的影响也越大。一般说来， 一般说来， 一般说来 金属元素对熔铁表面张力的影响较小，而非金属元素的影响较大。 金属元素对熔铁表面张力的影响较小，而非金属元素的影响较大。