工程材料及熱處理-第一章

工程材料及熱處理第一章材料的性能通常包括使用性能和工藝性能。使用性能是指材料在特定的條件下，能保證安全可靠工作所必需的性能，如力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等；工藝性能是指材料在加工過(guò)程中所反映出來(lái)的性能，如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。材料的性能2材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能是指材料在各種載荷作用下，抵抗變形和斷裂的能力，包括彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度和高溫力學(xué)性能等。1.13材料的彈性、剛度、強(qiáng)度及塑性一般是通過(guò)金屬拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。它是在標(biāo)準(zhǔn)試樣的兩端緩慢施加拉伸載荷，試樣的工作部分受軸向拉力作用產(chǎn)生變形，隨著拉力的增大，變形也相應(yīng)增加，直至斷裂。拉伸試樣如圖1-1所示，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1—2010，拉伸試樣通常有l(wèi)0=10d0（長(zhǎng)試樣）和l0=5d0（短試樣）兩種。通常以應(yīng)力R（試樣單位橫截面上的拉力）與應(yīng)變e（試樣單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量）為坐標(biāo)繪出應(yīng)力—應(yīng)變曲線（R—e曲線）。如圖1-2所示為低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，低碳鋼試樣在拉伸過(guò)程中，可分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個(gè)階段。圖1-1拉伸試樣

圖1-2低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線41.1.1彈性和剛度1彈性在低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線上，Oe段為彈性階段，若在此階段卸去載荷，則試樣伸長(zhǎng)量消失，試樣恢復(fù)原狀。材料的這種不產(chǎn)生永久殘余變形的能力稱(chēng)為彈性。e點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱(chēng)為彈性極限，用符號(hào)Rp表示。52剛度材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱(chēng)為彈性模量，也就是應(yīng)力—應(yīng)變曲線中Oe直線的斜率，用符號(hào)E表示，即彈性模量E反映了材料抵抗彈性變形的能力，又稱(chēng)為剛度。E值主要取決于材料內(nèi)部原子間的作用力，如晶體材料的晶格類(lèi)型、原子間距等，某些處理方法（如熱處理、冷熱加工、合金化等）對(duì)它影響很小。61.1.2強(qiáng)度強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。根據(jù)外力的作用方式，有多種強(qiáng)度指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。當(dāng)材料承受拉力時(shí)，強(qiáng)度性能指標(biāo)主要是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。71屈服強(qiáng)度在低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線上，e～s段試樣所承受的載荷雖不再增加，但試樣仍繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力—應(yīng)變曲線上產(chǎn)生了近似水平段，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的屈服。s點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服強(qiáng)度，用符號(hào)Re表示，即式中：Fe

——試樣發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)所承受的最大外力（N）；

S0

——試樣的初始截面積（mm2）。8由于許多工程材料沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象（如高碳鋼、鑄鐵等），測(cè)定很困難，因此規(guī)定用試樣標(biāo)距長(zhǎng)度產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力值作為該材料的屈服強(qiáng)度，用符號(hào)Rp0.2表示，即式中：F0.2

——試樣標(biāo)距長(zhǎng)度產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)所承受的外力（N）；

S0

——試樣的初始截面積（mm2）。9提示機(jī)械零件在使用時(shí)，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是大多數(shù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)選材的主要依據(jù)，也是評(píng)定金屬材料承載能力的重要力學(xué)性能指標(biāo)。102抗拉強(qiáng)度在低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線上，b點(diǎn)的拉力是試樣在拉斷前所承受的最大載荷，其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力Rm稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度，即式中：Fb——試樣斷裂前承受的最大拉力（N）；

S0

——試樣的初始截面積（mm2）。11提示抗拉強(qiáng)度也是零件設(shè)計(jì)和評(píng)定材料時(shí)的重要強(qiáng)度指標(biāo)，其值測(cè)量方便，如果單從保證零件不產(chǎn)生斷裂的安全角度考慮，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)，但所取的安全系數(shù)應(yīng)該大一些。12屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱(chēng)為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比小，工程構(gòu)件的可靠性高，即使外載或某些意外因素使金屬變形，也不會(huì)導(dǎo)致其立即斷裂。但屈強(qiáng)比過(guò)小，則材料強(qiáng)度的有效利用率便太低。1.1.3塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久殘余變形而不斷裂的能力稱(chēng)為塑性。塑性指標(biāo)也主要是通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得的。工程上常用延伸率和斷面收縮率作為材料的塑性指標(biāo)。131延伸率試樣在拉斷后的相對(duì)伸長(zhǎng)量稱(chēng)為延伸率，用符號(hào)A表示，即式中：L0

——試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）；

L1——試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）。同一材料用不同長(zhǎng)度的試樣所測(cè)得的延伸率A數(shù)值是不同的，用長(zhǎng)度為直徑5倍的試樣測(cè)得的延伸率用A5表示，用長(zhǎng)度為直徑10倍的試樣測(cè)得的延伸率用A10表示。A10常寫(xiě)成A，但A5不能將下角標(biāo)的5省去，一般A5>A10。142斷面收縮率試樣被拉斷后橫截面積的相對(duì)收縮量稱(chēng)為斷面收縮率，用符號(hào)Z表示，即式中：S0

——試樣原始的橫截面積（mm2）；

S1——試樣拉斷處的橫截面積（mm2）。延伸率和斷面收縮率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性對(duì)材料進(jìn)行冷塑性變形有重要意義。此外，工件的偶然過(guò)載，可因塑性變形而防止突然斷裂；工件的應(yīng)力集中處，也可因塑性變形使應(yīng)力松弛，從而使工件不至于過(guò)早斷裂。這就是大多數(shù)機(jī)械零件除要求一定強(qiáng)度指標(biāo)外，還要求一定塑性指標(biāo)的原因。151.1.4硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。硬度測(cè)試應(yīng)用最廣的是壓入法，即在一定載荷作用下，用比工件更硬的壓頭緩慢壓入被測(cè)工件表面，使材料局部塑性變形而形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積大小或壓痕深度來(lái)確定硬度值。從這個(gè)意義來(lái)講，硬度反映材料表面抵抗其他物體壓入的能力。工程上常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。161布氏硬度布氏硬度的原理如圖1-3所示，它是用一定的載荷F，將直徑為D的壓頭（硬質(zhì)合金球）壓入被測(cè)材料的表面，保持一定時(shí)間后卸去載荷，可在被測(cè)材料表面得到直徑為d的壓痕。用載荷F除以壓痕的表面積S，所得數(shù)值即為布氏硬度值，用符號(hào)HBW表示。圖1-3布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖17由于布氏硬度所用的測(cè)試壓頭材料較軟，所以一般只用于測(cè)試不太硬的材料（硬度小于650HBW）。布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，但操作繁瑣，壓痕大，不適于檢驗(yàn)成品和薄壁零件。式中：F——載荷（N）；

S——壓痕表面積（mm2）；

D，d，h——壓頭直徑（mm）、壓痕直徑（mm）、壓痕深度（mm）。182洛氏硬度洛氏硬度的原理如圖1-4所示，它是將頂角為120°的金剛石圓錐或直徑為1.588mm的淬火鋼球壓頭以規(guī)定壓力壓入被測(cè)材料表面，根據(jù)壓痕深度來(lái)確定硬度值。洛氏硬度值用符號(hào)HR表示，即圖1-4洛氏硬度試驗(yàn)原理示意圖式中：N——金剛石作壓頭，N為100；淬火鋼球作壓頭，N為130。19洛氏硬度根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負(fù)荷不同又可分為HRA，HRB，HRC三種，其試驗(yàn)規(guī)范如表1-1所示。洛氏硬度操作簡(jiǎn)便、迅速、壓痕小，硬度值可直接從試驗(yàn)機(jī)表盤(pán)上讀出，所以得到了廣泛的應(yīng)用，三種洛氏硬度中以HRC應(yīng)用最多。但洛氏硬度由于壓痕小，所以其硬度值的代表性較差。表1-1洛氏硬度試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)度壓頭預(yù)載荷/N總載荷/N適用范圍適用的材料HRA120°的金剛石圓錐98.0760×9.80720～88HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等HRBφ1.588mm的淬火鋼球98.07100×9.80720～100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRC120°的金剛石圓錐98.07150×9.80720～70HRC淬火鋼等203維氏硬度維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度相同，如圖1-5所示，不同點(diǎn)是其壓頭為金剛石四方角錐體（一般直接稱(chēng)為“四棱錐”），所加負(fù)荷較小（5～120kgf）。它所測(cè)定的硬度值比布氏、洛氏精確，壓入深度淺，適于測(cè)定經(jīng)表面處理的零件表面層的硬度，改變負(fù)荷可測(cè)定從極軟到極硬的各種材料的硬度，但測(cè)定過(guò)程比較繁瑣。維氏硬度用符號(hào)HV表示，即式中：d——壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度（mm）。圖1-5維氏硬度試驗(yàn)原理示意圖211.1.5韌性材料的韌性是其斷裂時(shí)所需能量的度量，描述材料韌性的指標(biāo)通常有沖擊韌性和斷裂韌性。1沖擊韌性沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力，通常用符號(hào)表示。22如圖1-6所示為一次擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)原理圖。將標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣放在試驗(yàn)機(jī)的機(jī)架上，試樣缺口背向擺錘，將擺錘抬高到一定高度，然后使其下落，沖斷試樣后又上升到一定高度。沖擊韌性是試件在一次沖擊彎曲試驗(yàn)時(shí)，單位橫截面積上所消耗的沖擊功，用公式表示為式中：K——沖擊吸收功（J）；

S——缺口原始截面積（cm2）。（b）沖擊試驗(yàn)原理圖1-6一次擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)原理圖（a）沖擊試樣23讀一讀實(shí)際工作中承受沖擊載荷的機(jī)械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數(shù)是因小能量多次沖擊使損傷積累，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的結(jié)果。所以需采用小能量多沖擊作為衡量這些零件承受沖擊抗力的指標(biāo)。試驗(yàn)證明，在小能量多次沖擊下，沖擊抗力主要取決于材料的強(qiáng)度和塑性。242斷裂韌性在實(shí)際生產(chǎn)中，有的大型傳動(dòng)零件、高壓容器、船舶、橋梁等，常在其工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于Re的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷。通過(guò)大量研究證明，這種破壞與零件本身存在裂紋和裂紋擴(kuò)展有關(guān)。實(shí)際使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如氣孔、夾雜物、機(jī)械缺陷等，它們破壞了材料的連續(xù)性，實(shí)際上成為材料內(nèi)部的微裂紋。在服役過(guò)程中，裂紋擴(kuò)展的結(jié)果，便是造成零件在較低應(yīng)力狀態(tài)下（即低于材料的屈服強(qiáng)度，而材料本身的塑性和沖擊韌性又不低于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)值的情況下）發(fā)生低應(yīng)力脆斷。25材料中存在的微裂紋，在外加應(yīng)力的作用下，裂紋尖端處存在有較大的應(yīng)力場(chǎng)。斷裂力學(xué)分析指出，這一應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度可用應(yīng)力強(qiáng)度因子來(lái)描述。值的大小與裂紋尺寸和外加應(yīng)力的關(guān)系為式中：Y——與裂紋形狀、加載方式及試樣幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)，一般Y=1~2；

R——外加應(yīng)力（MPa）；

a——裂紋的半長(zhǎng)（m）。由上式可知，隨應(yīng)力的增大，也隨之增大，當(dāng)增大到一定值時(shí)，就可使裂紋前端某一區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力大到足以使裂紋失去穩(wěn)定而迅速擴(kuò)展，發(fā)生脆斷。這個(gè)的臨界值稱(chēng)為臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子或斷裂韌性，用符號(hào)表示。它反映了材料抵抗裂紋擴(kuò)展和抗脆斷的能力。材料的斷裂韌性與裂紋的形狀、大小無(wú)關(guān)，也和外加應(yīng)力無(wú)關(guān)，只決定于材料本身的特性（如成分、熱處理?xiàng)l件、加工工藝等），是一個(gè)反映材料性能的常數(shù)?？赏ㄟ^(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。261.1.6疲勞強(qiáng)度許多零件和制品，經(jīng)常受到大小及方向變化的交變載荷，在這種載荷的反復(fù)作用下，材料常在遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞（疲勞斷裂）。疲勞強(qiáng)度是用來(lái)表示材料抵抗交變應(yīng)力的能力，常用Sr表示，其下角標(biāo)r稱(chēng)為應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱(chēng)因素，即式中：Smin——交變循環(huán)應(yīng)力中的最小應(yīng)力值（MPa）；

Smax——交變循環(huán)應(yīng)力中的最大應(yīng)力值（MPa）。對(duì)于對(duì)稱(chēng)循環(huán)交變應(yīng)力，

，這種情況下材料的疲勞代號(hào)為S-1

。27材料所受交變應(yīng)力S與其斷裂前所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)N之間的曲線稱(chēng)為疲勞曲線或S—N曲線，如圖1-7所示。對(duì)于一般具有應(yīng)變時(shí)效的金屬材料，如碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、球鐵等，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到某一臨界值時(shí)，低應(yīng)力段變成水平線段，表示試樣可以經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，將對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限，用符號(hào)S-1表示。實(shí)際生產(chǎn)中通常將材料在規(guī)定次數(shù)（一般鋼鐵材料取107次，有色金屬及其合金取108次）的交變載荷作用下，而不至引起斷裂的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限。圖1-7疲勞曲線（S—N曲線）疲勞斷裂的原因一般認(rèn)為是由于材料表面與內(nèi)部含有缺陷（夾雜、劃痕、尖角等），造成局部應(yīng)力集中，形成微裂紋。這種微裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，使零件的有效承載面積逐漸減小，以至于最后承受不起所加載荷而突然斷裂。通過(guò)合理選材，改善材料的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，減少材料和零件的缺陷，降低零件表面粗糙度，對(duì)表面進(jìn)行強(qiáng)化如表面淬火、噴丸處理、表面滾壓等，可以提高材料的疲勞抗力。281.1.7高溫力學(xué)性能高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、煉油設(shè)備等機(jī)器設(shè)備中的一些構(gòu)件是長(zhǎng)期在較高溫度下運(yùn)行的，對(duì)這類(lèi)構(gòu)件僅考慮常溫下的力學(xué)性能是不夠的。一方面是因?yàn)闇囟葘?duì)材料的力學(xué)性能指標(biāo)影響較大，溫度的升高會(huì)使材料的強(qiáng)度、剛度、硬度下降，塑性增加；另一方面是在較高溫度下，載荷的持續(xù)時(shí)間對(duì)力學(xué)性能也有影響，會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變。因此，分析材料的高溫力學(xué)性能十分重要。高溫力學(xué)性能指標(biāo)主要有蠕變極限和持久強(qiáng)度等。291蠕變及塑性應(yīng)變強(qiáng)度金屬在一定溫度和靜載荷長(zhǎng)期作用下，發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。例如，當(dāng)碳鋼溫度超過(guò)300℃，合金鋼超過(guò)400℃時(shí)，在一定的靜載荷作用下，都會(huì)產(chǎn)生蠕變，溫度越高，蠕變現(xiàn)象越顯著。典型的蠕變曲線如圖1-8所示，它可分為減速蠕變（ab段）、恒速蠕變（bc段）和加速蠕變（cd段）三個(gè)階段。圖1-8典型的蠕變曲線30為了保證在高溫長(zhǎng)期載荷下機(jī)件不致產(chǎn)生過(guò)量變形，要求材料具有一定的蠕變極限。和常溫下的屈服強(qiáng)度相似，蠕變極限是高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料對(duì)塑性變形的抗力指標(biāo)。塑性應(yīng)變強(qiáng)度是指在規(guī)定試驗(yàn)溫度下經(jīng)過(guò)一定的試驗(yàn)時(shí)間所能產(chǎn)生預(yù)計(jì)塑性應(yīng)變的應(yīng)力，用符號(hào)RP表示。并以最大塑性應(yīng)變量x（%）作為第二角標(biāo)，達(dá)到應(yīng)變量的時(shí)間tr（h）為第三角標(biāo)，試驗(yàn)溫度T（℃）為第四角標(biāo)的符號(hào)。例如，RP1,100/700表示材料在700℃時(shí)，持續(xù)時(shí)間為100h產(chǎn)生1%的塑性變形量的應(yīng)力。312持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度（蠕變斷裂強(qiáng)度）表征材料在高溫載荷長(zhǎng)期作用下抵抗斷裂的能力，指在規(guī)定試驗(yàn)溫度下經(jīng)一定試驗(yàn)時(shí)間（蠕變斷裂時(shí)間tu）所引起斷裂的應(yīng)力，用符號(hào)Ru表示。并以蠕變斷裂時(shí)間tu（h）作為第二角標(biāo)，試驗(yàn)溫度T（℃）為第三角標(biāo)的符號(hào)來(lái)表示。例如，Ru10000/700表示在700℃時(shí)，持續(xù)時(shí)間為10000h所引起的斷裂應(yīng)力。注意蠕變極限和持久強(qiáng)度都是反映材料高溫性能的重要指標(biāo)，其區(qū)別在于側(cè)重點(diǎn)不同。蠕變極限以考慮變形為主，而持久強(qiáng)度主要考慮材料在長(zhǎng)期使用下的斷裂破壞抗力。321.1.8低溫力學(xué)性能體心立方金屬及合金或某些密排晶體金屬及其合金，尤其是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼隨溫度的下降會(huì)出現(xiàn)脆性增加，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生脆斷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的低溫脆性。低溫脆性對(duì)壓力容器、橋梁和船舶結(jié)構(gòu)以及在低溫下服役的機(jī)件是非常重要的。在沖擊吸收功—溫度關(guān)系曲線（見(jiàn)圖1-9）上，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，又稱(chēng)為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，用符號(hào)tK表示。圖1-9兩種鋼的沖擊吸收功—溫度關(guān)系曲線33韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量材料冷脆轉(zhuǎn)化傾向的重要指標(biāo)。它也是材料的韌性指標(biāo)，因?yàn)樗从沉藢?duì)韌脆性的影響。tK是從韌性角度選材的重要依據(jù)之一，可用于抗脆斷設(shè)計(jì)，保證機(jī)件服役安全，但它不能直接用來(lái)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)件的承載能力或截面尺寸。對(duì)于低溫下服役的機(jī)件，依據(jù)材料的tK值，可以直接或間接地估計(jì)它們的最低使用溫度。34材料的物理、化學(xué)性能材料受到自然界中光、重力、溫度場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等作用所反映的性能稱(chēng)為物理性能。物理性能是材料承受非外力的物理環(huán)境作用的重要性能，隨著高性能材料的發(fā)展，材料的物理性能越來(lái)越受到重視。材料的物理性能包括熱性能、電性能、磁性能和光學(xué)性能等。金屬及合金的物理性能主要有密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。1.21.2.1材料的物理性能351密度某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量稱(chēng)為該物質(zhì)的密度，其表達(dá)式為式中：ρ

——物質(zhì)的密度（kg/m3）；

m——物質(zhì)的質(zhì)量（kg）；

V——物質(zhì)的體積（m3）。密度是最常見(jiàn)的物理性能。按照密度大小的不同，金屬可分為輕金屬（密度小于4.5×103kg/m3）和重金屬（密度大于4.5×103kg/m3）?？估瓘?qiáng)度與密度之比稱(chēng)為比強(qiáng)度；彈性模量與密度之比稱(chēng)為比彈性模量。這兩者也是考慮某些零件材料性能的重要指標(biāo)，如飛機(jī)和宇宙飛船上使用的結(jié)構(gòu)材料，就對(duì)比強(qiáng)度的要求特別高。362熔點(diǎn)金屬和合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱(chēng)為熔點(diǎn)，金屬都有固定的熔點(diǎn)。按照熔點(diǎn)的高低，金屬可分為易熔金屬（熔點(diǎn)小于1700℃）和難熔金屬（熔點(diǎn)大于1700℃）。通常，材料的熔點(diǎn)越高，高溫性能就越好。陶瓷熔點(diǎn)一般都顯著高于金屬及合金的熔點(diǎn)，所以陶瓷材料的高溫性能普遍比金屬材料好。合金的熔點(diǎn)決定于它的成分，例如，鋼和生鐵雖然都是鐵和碳的合金，但由于含碳量不同，熔點(diǎn)也不同。熔點(diǎn)對(duì)于金屬和合金的冶煉、鑄造、焊接是非常重要的工藝參數(shù)。373導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力稱(chēng)為導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性是金屬材料的重要性能之一，在制定焊接、鑄造、鍛造和熱處理工藝時(shí)，必須考慮材料的導(dǎo)熱性，防止金屬材料在加熱或冷卻過(guò)程中形成過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力，以避免金屬材料變形或破壞。導(dǎo)熱性好的金屬散熱也好，因此在制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時(shí)，要選用導(dǎo)熱性好的金屬材料。通常情況下，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料。384導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力稱(chēng)為導(dǎo)電性。一般用電阻率來(lái)表示材料的導(dǎo)電性能，電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好。電阻率的單位用表示。金屬及其合金一般具有良好的導(dǎo)電性，而高分子材料和陶瓷材料一般都是絕緣體，但有些高分子材料也具有良好的導(dǎo)電性，某些特殊成分的陶瓷材料則是具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體。提示通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屬材料則與此相反。395熱膨脹性（1/K或1/℃）式中：——線膨脹系數(shù)（1/K或1/℃）；

——膨脹前長(zhǎng)度（m）；

——膨脹后長(zhǎng)度（m）；

——長(zhǎng)度變化量（m）；

——溫度變化量（K或℃）。體膨脹系數(shù)近似為線膨脹系數(shù)的3倍。金屬材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性稱(chēng)為熱膨脹性。一般來(lái)講，金屬受熱時(shí)膨脹，體積增大；冷卻時(shí)收縮，體積縮小。熱膨脹性的大小用線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)來(lái)表示。線膨脹系數(shù)計(jì)算公式為40讀一讀在實(shí)際工作中考慮熱膨脹性的地方頗多。例如，鋪設(shè)鋼軌時(shí)，在兩根鋼軌銜接處應(yīng)留有一定的空隙，以便使鋼軌在長(zhǎng)度方向有膨脹的余地；軸與軸瓦之間要根據(jù)膨脹系數(shù)來(lái)控制其間隙尺寸；在制定焊接、熱處理、鑄造等工藝時(shí)必須考慮材料的熱膨脹影響，以減少工件的變形和開(kāi)裂；測(cè)量工件的尺寸時(shí)也要注意熱膨脹的因素，以減小測(cè)量誤差。416磁性金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化的性能稱(chēng)為磁性。根據(jù)金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化程度的不同，可分為鐵磁性材料（如鐵、鈷等）、順磁性材料（如錳、鉻等）和抗磁性材料（如銅、鋅等）三類(lèi)。鐵磁性材料在外磁場(chǎng)中能強(qiáng)烈地被磁化；順磁性材料在外磁場(chǎng)中只能微弱地被磁化；抗磁性材料能抗拒或削弱外磁場(chǎng)對(duì)材料本身的磁化作用。工程上實(shí)用的強(qiáng)磁性材料是指鐵磁性材料。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x表等?？勾判圆牧蟿t可用于制造要求避免電磁場(chǎng)干擾的零件與結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)鐵磁性材料的溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)，鐵的居里點(diǎn)是770℃。42材料與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所顯示出的性能稱(chēng)為化學(xué)性能，如耐腐蝕性、高溫抗氧化性等。1.2.2材料的化學(xué)性能1耐腐蝕性耐腐蝕性是指材料抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，材料的耐腐蝕性常用每年腐蝕深度（mm/年）來(lái)表示，一般非金屬材料的耐腐蝕性比金屬材料高得多。對(duì)金屬材料而言，其腐蝕形式主要有兩種，一種是化學(xué)腐蝕，另一種是電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是金屬直接與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用，如鋼的氧化反應(yīng)；電化學(xué)腐蝕是金屬在酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液中，由于原電池的作用而引起的腐蝕，電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更常見(jiàn)。提高材料耐腐蝕性的方法很多，如進(jìn)行均勻化處理、表面處理等。432高溫抗氧化性對(duì)于像發(fā)動(dòng)機(jī)這樣在高溫下工作的設(shè)備而言，除了要在高溫下保持基本力學(xué)性能外，還要具備抗氧化性能。所謂高溫抗氧化性通常是指材料在迅速氧化后，能在表面形成一層連續(xù)而致密并與母體結(jié)合牢靠的膜，從而阻止進(jìn)一步氧化的特性。3化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱(chēng)。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱(chēng)為熱穩(wěn)定性。在高溫條件下工作的設(shè)備（如鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等）上的部件需要選擇熱穩(wěn)定性好的材料來(lái)制造。44材料的工藝性能工藝性能是指材料在加工過(guò)程中所反映出來(lái)的性能，即可加工性，如鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。材料工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法、質(zhì)量和制造成本。因此，選材時(shí)必須充分考慮其工藝性能。1.31鑄造性能鑄造性能是指澆鑄鑄件時(shí)，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。對(duì)金屬材料而言，鑄造性能主要包括流動(dòng)性、收縮率、偏析傾向等指標(biāo)。流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性能也好。452壓力加工性能壓力加