第一章 金属材料的定义及其分类
一、
什么是金属？
所谓金属，就是指具有光泽、不透明、高的塑性、良好的导电性以及固定熔点特征的结晶物质。 二、 金属的分类
目前，在地球上天然存在的人工造成的金属材料约86种。天然存在的金属都以各种形式存在于矿石之中，经开采、冶炼而成为纯金属和合金。 1、
纯金属
具有金属特征的、单一的、基本上下不含任何杂物的物质，如：铁（Fe）、铜（Cu）、铝（A1）、银（Ag）等都叫做纯金属。 2、
合金
由两种或两种以上的纯金属，或者由纯金属与非金属组成的新物质叫做合金。如铜和锌（Zn）组成的黃铜；铁和碳组成的钢等。黄铜和钢均属于合金。不具备金属特征的矿物质，如：碳（C）硅（Si）、硫（S）、磷（P）等均属于非金属。从金属的表露颜色的不同，还可分为黑色金属如：铁、锰（Mn）、铬（Cr）等和有色金属如：铜、铝、铅等两大类。
第一节 金属的性能
各种纯金属都具有各自不同的独特性能，它们所表现出来的物理的、化学的、机械的、和工艺的性能也不相同。 一、 物理性能
金属的物理性能主要包括：比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等。 1、
比重
以1立方厘米作为金属的单位体积时的重量叫做该金属的比重，符号以r表示，其单位为克/立方厘米（或g/cm3）。也可用金属的重量与同体积水的重量的比值作为该金属的比重（无计算单位）。如：铁的比重为7.89；铜为8.96；铝为2.7等。比重小于或等于5的金属叫轻金属，比重大于5的叫重金属。 2、
熔点
固体金属加热过程中，开始转变成液体状态时的最高温度叫熔点，其符号以t熔表示，单位为℃。如：铁的熔点为1537℃；铜为1083℃；铝为660.1℃；铅为327.3℃。 3、
导电性
能传导电流的性能叫导电性，一般以导电系数或导电率作为指标，其符号以ρ表示，单位为米/欧姆2平方毫米（或mm/Ω2mm2）。如：铁的导电率为0.1；铜为0.59；铝为0.37；银为0.66。 4、导热性
金属受热后，能将热量向四周冷金属方向传导的性能叫金属的导热性，一般以导热系数作为指标，其符号以λ表示，单位为焦/厘米2秒2度（J/cm2s2℃）。如：铁的导热系数为0.75；铜为3.94；铝为2.22；银为4.19。 5、 热膨胀性
金属在加热过程中发生体积增大的性能叫热膨胀性，通常以线膨胀系数做为指标，其符号为ψ表示，单位为1/度（或1/℃）。如：铁的膨胀系数为11.76，铜为17.0；铝为23.6；银为19.7. 6、 导磁性
能传导磁的性质叫导磁性，通常以导磁率作为指标，其符号以μ表示，单位为特《斯拉》/安（培）每米（或T/m/A）。不同的金属，它们的导磁性的强弱也有所不同。如：铁、镍（Ni）等属于铁磁性材料，其它大多数金属都属于弱磁性或逆磁性材料。 二、 机械性能
金属在外界机械力的作用下所反应出来的各种性能叫做机械性能，或叫力学性能。
根据金属材料受力的状态的不同，可分为静载荷受力和动载受力两类。如：拉抻、压缩、剪切、扭曲弯折等均属静载荷，而冲击则属于动载荷。
纵观来看，金属的机械性能主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳等等。它们都是通过各种不同试验手段来反映金属抵抗外力的能力。
1、
强度
金属材料在外力的作用下，抵抗金属本身变形和被破坏的能
力叫强度。其代表符号为σb单位为兆帕（或MPa）。
金属的强度包括抗拉强度、抗弯强度、抗扭强度等。常见的为抗拉强度（或抗拉强度极限）。如：铁的抗拉强度σb=250MPa.
抗拉强度值是通过万能试验机对特制试样（见图2-1a）进行拉伸试验取得的。其过程是：
（1）
弹性变形过程
试样开始受拉抻载荷而变形。当外力消失后，试样本身能自行恢复原来的形状和尺寸。这种性能叫做弹性，这种变形现象叫弹性变形（见图2-2的0-a直线部分）当金属受拉达到图2-2的b点时，试点称为弹性极限（以σe）表示。
（2）
塑性变形过程
如继续拉伸，虽外力消除，但试样不能恢复原来的形状和尺寸，这种现象称为塑性变形（如图2-2的b-e段）。但其中仍保留一定的弹性。
（3）
屈服过程
当试样受力达到C点时，虽然不再增强载荷，但试样仍继续发生变形，这种现象称为屈服（即图2-2的C-D段），D点即为该金属的屈服极限（以σs）表示。
（4）
断裂过程
对试样继续增加载荷，达到B点时，试样的长度方向内出现局部直径变细，这种现象称为缩颈。虽然外力不再增强，但缩劲部分仍继续变细，直至试样由该处被拉断止（风图2-1B及图2-2的BK段）。B点就是该金属的最大抗拉强度（即抗拉强度极限或极限强度）。K点为试样被拉断点。
2、 塑性
金属承受外力发生永久变形（即塑性变形）而不断裂的性质叫塑性。一般以金属的延伸率和断面收缩率作为衡量金属塑性的指标。
（1）
延伸率
试样被拉断后，其变形后的长度（L1）与原标定长度（L0）之差，再被原标定长度除，所得的商值叫延伸率（见图2-1b）。其符号以δ表示，单位为%，计算公式为：
δ=（ L1- L0）/ L03100% 式中δ-延伸率（%）
L0- 试样原标定长度（ mm）
L1-试样被拉断后的长度（mm）
通常δ右下角加5（即δ5），表示标距长度为5倍直径的延伸率。
（2）
断面收缩率
试样被拉断后，试样原来的截面积（F0）与被拉断后所收缩的最小截面积（F1）之差，再被原截面积除，所得的商值叫断面收缩率（见图2-1b）。其符号以ψ表示，单位为%，计算公式为：
ψ=（ F1- F0）/ F03100% 式中ψ-断面收缩率（100%） F0-试样原截面积（mm2）
F1-试样被拉断后的最小截面积（mm2） 3、
硬度
金属材料表面在外界硬物的作用下（静载荷）压成一个凹坑，以此压痕的深浅显示出金属本身抵抗外力的能力叫硬度。
一般根据硬度试验设备及所配备的压头形状，尺寸和载荷大小的不同，可分为布氏硬度（HB）、洛氏硬度(HR)等。常用的为布氏硬度。
布氏硬度的测试方法是：用一个直径D的淬硬钢球在规定的载荷下压入被测金属表面，根据压痕的球形表面积计算，即可得出该金属的布氏硬度值。其单位为牛顿/平方毫米（或N/mm2）计算公式为：
HB=P/F??（2-3）
式中 HB-布氏硬度（N/mm2） P-加给钢球的载荷（N）
F-金属表面上的压痕表面积（mm2）
布氏硬度值习惯上不标注单位，例如20号低碳钢的布氏硬度值HB=156N/mm2
即可写成HB156.
锤击式布氏硬度计（见图2-3）是现场常用的一种检测金属硬度的工具，它是利用手锤击打冲头（6），钢球（2）同时作用在标准试棒（4）和金属表面上，根据这两个表面压痕直径查表，即可得出该金属的硬度值。
由于这种硬度计的测量误差较大，试验重复性较差，故目前已被数字显示便携里氏硬度计所取代。
4、
冲击韧性
金属材料随冲击载荷（即动载荷）时的抵抗能力叫冲击韧性。摆锤冲断试样时所做的功叫冲击功，其符号以AK表示，单位为焦耳（J）。试样单位截面积所