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概括
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具备金属特征的材料的统称。包罗纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）
1.1意义:
人类文化的进展和社会的进取同金属材料关连万分亲昵。继石器时期此后呈现的铜器时期、铁器时期，均以金属材料的应用为当时期的显著标识。当代，品种稠密的金属材料已成为人类社会进展的首要物资根基。
1.2品种:
金属材料时常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
（1）黑色金属又称钢铁材料，包罗含铁90%以上的产业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各式用处的布局钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精细合金等。广义的黑色金属还包罗铬、锰及其合金。
（2）有色金属是指除铁、铬、锰除外的通盘金属及其合金，时常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀少金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度个别比纯金属高，而且电阻大、电阻温度系数小。
（3）特种金属材料包罗不同用处的布局金属材料和功用金属材料。此中有过程疾速冷凝工艺取得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；再有隐身、抗氢、超导、形态印象、耐磨、减振阻尼等非凡功用合金以及金属基复合材料等。
1.3机能:
个别分为工艺机能和应用机能两类。所谓工艺机能是指机器零件在加工创造流程中，金属材料在所定的冷、热加工前提下展现出来的机能。金属材料工艺机能的是曲，决计了它在创造流程中加工成形的适应才略。由于加工前提不同，请求的工艺机能也就不同，如锻造机能、可焊性、可锻性、热处置机能、切削加工性等。
所谓应用机能是指机器零件在应用前提下，金属材料展现出来的机能，它包罗力学机能、物理机能、化学机能等。金属材料应用机能的是曲，决计了它的应用范围与应用寿命。在机器创造业中，个别机器零件都是在常温、常压和非凡激烈侵蚀性介质中应用的，且在应用流程中各机器零件都将秉承不同载荷的效用。
金属材料在载荷效用下抵挡摧残的机能，称为力学机能（昔时也称为机器机能）。金属材料的力学机能是零件的计较和选材时的首要根据。外加载荷性质不同（比方拉伸、紧缩、挽回、冲锋、轮回载荷等），对金属材料请求的力学机能也将不同。罕用的力学机能包罗：强度、塑性、硬度、冲锋韧性、屡次冲锋抗力和委顿极限等。
金属材料特性
2.1委顿
很多机器零件和工程构件，是秉承交变载荷劳动的。在交变载荷的效用下，固然应力程度低于材料的服从极限，但经太永劫间的应力屡次轮回效用此后，也会产生蓦地脆性断裂，这类表象叫做金属材料的委顿。金属材料委顿断裂的特征是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的做历时光较长；（3）断裂是刹时产生的；（4）不论是塑性材料照旧脆性材料，在委顿断裂区都是脆性的。所以，委顿断裂是工程上最罕见、最危险的断裂模式。
金属材料的委顿表象，按前提不同可分为如下几种：
（1）高周委顿：指在低应力（劳动应力低于材料的服从极限，以至低于弹性极限）前提下，应力轮回周数在以上的委顿。它是最罕见的一种委顿摧残。高周委顿个别简称为委顿。
（2）低周委顿：指在高应力（劳动应力逼近材料的服从极限）或高应变前提下，应力轮回周数在~如下的委顿。由于交变的塑性应变在这类委顿摧残中起首要效用，因此，也称为塑性委顿或应变委顿。
（3）热委顿：指由于温度改变所构成的热应力的屡次效用，所构成的委顿摧残。
（4）侵蚀委顿：指机器部件在交变载荷和侵蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）
联合效用下，所构成的委顿摧残。
（5）来往委顿：这是指机器零件的来往表面，在来往应力的屡次效用下，呈现麻点剥落或表面压碎剥落，进而构成机件做废摧残。
2.2塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的效用下，构成永远变形（塑性变形）而不被摧残的才略。金属材料在遭到拉伸时，长度和横截面积都要产生改变，是以，金属的塑性能够用长度的伸长（蔓延率）和断面的紧缩（断面紧缩率）两个目标来权衡。
金属材料的蔓延率和断面紧缩率愈大，示意该材料的塑性愈好，即材料能秉承较大的塑性变形而不摧残。个别把蔓延率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把蔓延率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内构成塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而加强，进而抬高材料的强度，保证了零件的平安应用。另外，塑性好的材料能够成功地举行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。是以，抉择金属材料做机器零件时，必定满意必定的塑性目标。
2.3持久性
修筑金属侵蚀的首要样式：
（1）平均侵蚀。金属表面的侵蚀使断面平均变薄。是以，罕用年平衡的厚度减损值做为侵蚀机能的目标（侵蚀率）。钢材在大气中个别呈平均侵蚀。
（2）孔蚀。金属侵蚀呈点状并构成深坑。孔蚀的构成与金属的天性及其所处介质干系。在含有氯盐的介质中易产生孔蚀。孔蚀罕用最大孔深做为评定目标。管道的侵蚀多思考孔蚀题目。
（3）电偶侵蚀。不同金属的来往处，因所具不同电位而构成的侵蚀。
（4）罅隙侵蚀。金属表面在罅隙或其余潜匿地区部常产生由于不同部位间介质的组分和浓度的不同所引发的部分侵蚀。
（5）应力侵蚀。在侵蚀介质和较高拉应力联合效用下，金属表面构成侵蚀并向内平添成微裂纹，常致使蓦地破断。混凝土中的高强度钢筋（钢丝）大概产生这类摧残。
2.4硬度
硬度示意材料抵挡硬物体压入其表面的才略。它是金属材料的首要机能目标之一。个别硬度越高，耐磨性越好。罕用的硬度目标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.布氏硬度（HB）：以必定的载荷(个别kg)把必定巨细（直径个别为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，维持一段时光，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单元为千克力/mm2(N/mm2)。
2.洛氏硬度（HR）：当HB大概试样太小时，不能采纳布氏硬度实验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在必定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同，可采纳不同的压头和总实验压力构成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度标志HR反面加以讲授。罕用的洛氏硬度标尺是A,B,C三种（HRA,HRB,HRC）。此中C标尺应用最为宽泛。
HRA：是采纳60kg载荷钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采纳kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采纳kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
3维氏硬度（HV）：以kg之内的载荷和顶角为°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。硬度实验是机器机能实验中最容易易行的一种实验法子。为了能用硬度实验接替某些机器机能实验，临盆上需求一个较量确切的硬度和强度的换算关连。实验表明，金属材料的各式硬度值之间，硬度值与强度值之间具备好像的响应关连。由于硬度值是由开始塑性变形抗力和接续塑性变形抗力决计的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
金属材料的机能
金属材料的机能决计着材料的合用范围及应用的正当性。金属材料的机能首要分为四个方面，即：机器机能、化学机能、物理机能、工艺机能。
3.1机器机能
（一）应力的观点,物体内部单元截面积上秉承的力称为应力。由外力效用引发的应力称为劳动应力，在无外力效用前提下均衡于物体内部的应力称为内应力（比方机关应力、热应力、加工流程竣事后保存下来的残存应力…等等）。
（二）机器机能,金属在必定温度前提下秉承外力（载荷）做历时，抵挡变形和断裂的才略称为金属材料的机器机能（也称为力学机能）。金属材料秉承的载荷有多种模式，它可所以静态载荷，也可所以动态载荷，包罗独自或同时秉承的拉伸应力、压应力、委曲应力、剪切应力、挽回应力，以及磨擦、震荡、冲锋等等，是以权衡金属材料机器机能的目标首要有如下几项：
3.1.1.强度
这是表征材料在外力效用下抵挡变形和摧残的最大才略，可分为抗拉强度极限（σb）、抗弯强度极限（σbb）、抗压强度极限（σbc）等。由于金属材料在外力效用下从变形到摧残有必定的规律可循，因此时常采纳拉伸实验举行测定，即把金属材料制成必定例格的试样，在拉伸实验机长举行拉伸，直至试样断裂，测定的强度目标首要有：
（1）强度极限：材料在外力效用下能抵挡断裂的最大应力，个别指拉力效用下的抗拉强度极限，以σb示意，如拉伸实验弧线图中最高点b对应的强度极限，罕用单元为兆帕（MPa），换算关连有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPa。
（2）服从强度极限：金属材料试样秉承的外力超出材料的弹性极限时，固然应力不再增进，然而试样仍产生显然的塑性变形，这类表象称为服从，即材料秉承外力到必定程度时，其变形不再与外力成正比而构成显然的塑性变形。构成服从时的应力称为服从强度极限，用σs示意，响应于拉伸实验弧线图中的S点称为服从点。关于塑性高的材料，在拉伸弧线上会呈现显然的服从点，而关于低塑性材料则没有显然的服从点，进而难以根据服从点的外力图出服从极限。是以，在拉伸实验法子中，通惯例定试样上的标距长度构成0.2%塑性变形时的应力做为前提服从极限，用σ0.2示意。服从极限目标可用于请求零件在劳动中不构成显然塑性变形的计较根据。然而关于一些首要零件还思考请求屈强比（即σs/σb）要小，以抬高其平安靠得住性，不过此时材料的哄骗率也较低了。
（3）弹性极限：材料在外力效用下将构成变形，然而去除外力后仍能恢回复状的才略称为弹性。金属材料能维持弹性变形的最大应力即为弹性极限，响应于拉伸实验弧线图中的e点，以σe示意，单元为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为维持弹性时的最大外力（大概说材料最大弹性变形时的载荷）。
（4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单元变形量）之比，用E示意，单元兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸实验弧线上o-e线与程度轴o-x的夹角。弹性模数是反响金属材料刚性的目标（金属材料受力时抵挡弹性变形的才略称为刚性）。
3.1.2.塑性
金属材料在外力效用下构成永远变形而不摧残的最大才略称为塑性，时常以拉伸实验时的试样标距长度蔓延率δ（%）和试样断面紧缩率ψ（%）蔓延率δ=[(L1-L0)/L0]x%，这是拉伸实验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差（增加量）与L0之比。在实验实验时，统一材料然而不同规格（直径、截面形态-比方方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的蔓延率会有不同，是以个别需求非凡加注，比方最罕用的圆截口试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的蔓延率示意为δ5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的蔓延率则示意为δ10。断面紧缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x%，这是拉伸实验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处最小截面积F1之差（断面削减量）与F0之比。有用中关于最罕用的圆截口试样时常可过程直径权衡举行计较：ψ=[1-(D1/D0)2]x%，式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。δ与ψ值越大，说明材料的塑性越好。
3.1.3.韧性
金属材料在冲锋载荷效用下抵挡摧残的才略称为韧性。时常采纳冲锋实验，即用必定尺寸和形态的金属试样在规章典型的冲锋实验机上秉承冲锋载荷而折断时，断口上单元横截面积上所耗损的冲锋功表征材料的韧性：αk=Ak/F单元J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk称做金属材料的冲锋韧性，Ak为冲锋功，F为断口的原始截面积。
委顿强度极限金属材料在长远的屡次应力效用或交变应力效用下（应力个别均小于服从极限强度σs），未经显著变形就产生断裂的表象称为委顿摧残或委顿断裂，这是由于多种道理使得零件表面的部分构成大于σs以至大于σb的应力（应力聚合），使该部分产生塑性变形或微裂纹，跟着屡次交变应力效用次数的增进，使裂纹慢慢平添加深（裂纹顶端处应力聚合）致使该部分处秉承应力的实验截面积减小，直至部分应力大于σb而构成断裂。在实验应用中，个别把试样在反复或交变应力（拉应力、压应力、委曲或挽回应力等）效用下，在规章的周期数内（个别对钢取~次，对有色金属取次）不产生断裂所能秉承的最大应力做为委顿强度极限，用σ-1示意，单元MPa。
除了上述五种最罕用的力学机能目标外，对一些请求非凡老成的材料，比方航空航天以及核产业、电厂等应用的金属材料，还会请求下述一些力学机能目标：蠕变极限：在必定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时光呆滞构成塑性变形的表象称为蠕变。时常采纳高温拉伸蠕变实验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规守时光内的蠕变伸长率（总伸长或残存伸长）大概在蠕变伸长速率相对恒定的阶段，蠕变速率不超出某规章值时的最大应力，做为蠕变极限，以示意，单元MPa，式中τ为实验不断时光，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；大概以示意，V为蠕变速率。高温拉伸好久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷效用下，到达规章的不断时光而一直裂的最大应力，以示意，单元MPa，式中τ为不断时光，t为温度，σ为应力。金属缺口敏锐性系数：以Kτ示意在不断时光不异（高温拉伸好久实验）时,出缺口的试样与完整口的滑润试样的应力之比：式中τ为实验不断时光，为缺口试样的应力，为滑润试样的应力。大概用：示意，即在不异的应力σ效用下，缺口试样不断时光与滑润试样不断时光之比。抗热性：在高温下材料对机器载荷的抗力。
3.2化学机能
金属与其余物资引发化学反响的特征称为金属的化学机能。在实验应用中首要思考金属的抗蚀性、抗氧化性（又称做氧化抗力，这是非凡指金属在高温时对氧化效用的抵挡才略大概说稳固性），以及不同金属之间、金属与非金属之间构成的化合物对机器机能的影响等等。在金属的化学机能中，非凡是抗蚀性对金属的侵蚀委顿损伤有注庞大的意义。
3.3物理机能
金属的物理机能首要思考：
（1）密度（比重）：ρ=P/V单元克/立方厘米或吨/立方米，式中P为分量，V为体积。在实验应用中，除了根据密度计较金属零件的分量外，很首要的一点是思考金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来辅助选材，以及与无损探测干系的声学探测中的声阻抗（密度ρ与声速C的乘积）和射线探测中密度不同的物资对射线能量有不同的吸取才略等等。
（2）熔点：金属由固态动弹为液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温机能有很大关连。
（3）热膨胀性。跟着温度改变，材料的体积也产生改变（膨胀或紧缩）的表象称为热膨胀，多用线膨胀系数权衡，亦即温度改变1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。热膨胀性与材料的比热干系。在实验应用中还要思考比容（材料受温度等外界影响时，单元分量的材料其容积的增减，即容积与品质之比），非凡是关于在高温处境下劳动，大概在冷、热瓜代处境中劳动的金属零件，必定思考其膨胀机能的影响。
（4）磁性。能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反响在导磁率、磁滞耗费、残余磁感到强度、矫顽磁力等参数上，进而能够把金属材料分红顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。
（5）电学机能。首要思考其电导率，在电磁无损探测中对其电阻率和涡流耗费等都有影响。
3.4工艺机能
金属对各式加工工艺法子所展现出来的适应性称为工艺机能，首要有如下四个方面：
（1）切削加工机能：反响用切削器材（比方车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料举行切削加工的难易程度。
（2）可锻性：反响金属材料在压力加工流程中成型的难易程度，比方将材料加热到必定温度时其塑性的高下（展现为塑性变形抗力的巨细），理睬热压力加工的温度范围巨细，热胀冷缩特征以及与显微机关、机器机能干系的临界变形的边界、热变形时金属的滚动性、导热机能等。
（3）可铸性：反响金属材料溶化浇铸成为铸件的难易程度，展现为溶化状况时的滚动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微机关的平均性、精细性，以及冷缩率等。
（4）可焊性：反响金属材料在部分疾速加热，使贯串部位赶快溶化或半溶化（需加压），进而使贯串部位坚实地贯串在一同而成为全体的难易程度，展现为熔点、溶化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特征、塑性以及与接缝部位和左近用材显微机关的干系性、对机器机能的影响等。
金属材料、金属制人品业进展前程
金属制人品业包罗布局性金属成品创造、金属器材创造、集装箱及金属包装容器创造、集装箱、不锈钢及宛如日用金属成品创造，船舶及海洋工程创造等。跟着社会的进取和科技的进展，金属成品在产业、农业以及人们的生涯各个范围的应用越来越宽泛，也给社会缔造越来越大的价钱。
金属制人品业在进展流程中也碰到一些艰难，比方技巧容易，技巧程度偏低，不够先进的装备，能人枯窘等，限制了金属制人品业的进展。为此，能够采纳抬高企业技巧程度，引进先进技巧装备，造就合用能人等抬高华夏金属成品业的进展。
年金属制人品业的产物将越来越趋势于多元化，业界的技巧程度越来越高，产物资量会稳步抬高，比赛与墟市将进一步正当化。加之国度对行业的进一步典范，以及干系行业优待策略的实行，-年，金属制人品业将有庞大的进展空间。
起因：材料科学与工程
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