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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。包含纯金属、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提升同金属材料相干特地亲昵。继石器光阴此后涌现的铜器光阴、铁器光阴，均以金属材料的袭用为其光阴的显著标识。当代，品种稠密的金属材料已成为人类社会进展的紧急物资底子。
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，包含含铁90%以上的产业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各式用处的组织钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、周详合金等。广义的黑色金属还包含铬、锰及其合金。
（2）有色金属是指除铁、铬、锰除外的一齐金属及其合金，时常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、罕有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度普遍比纯金属高，而且电阻大、电阻温度系数小。
（3）特种金属材料包含不同用处的组织金属材料和功用金属材料。此中有通过赶快冷凝工艺得到的非晶态金属材料，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
普遍分为工艺机能和行使机能两类。所谓工艺机能是指板滞零件在加工创造流程中，金属材料在所定的冷、热加工前提下体现出来的机能。金属材料工艺机能的黑白，决计了它在创造流程中加工成形的适应本领。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、热解决机能、切削加工性等。
所谓行使机能是指板滞零件在行使前提下，金属材料体现出来的机能，它包含力学机能、物理机能、化学机能等。金属材料行使机能的黑白，决计了它的行使规模与行使寿命。在板滞创造业中，普遍板滞零件都是在常温、常压和希奇剧烈侵蚀性介质中行使的，且在行使流程中各板滞零件都将继承不同载荷的效用。金属材料在载荷效用下抵御摧残的机能，称为力学机能（已往也称为板滞机能）。金属材料的力学机能是零件的打算和选材时的要紧根据。外加载荷性质不同（比如拉伸、收缩、改变、打击、轮回载荷等），对金属材料请求的力学机能也将不同。罕用的力学机能包含：强度、塑性、硬度、打击韧性、屡屡打击抗力和疲惫极限等。
金属材料特性
2.1疲惫
很多板滞零件和工程构件，是继承交变载荷处事的。在交变载荷的效用下，即使应力水准低于材料的服从极限，但经太万古间的应力屡次轮回效用此后，也会产生蓦地脆性断裂，这类景象叫做金属材料的疲惫。金属材料疲惫断裂的特征是：
（1）载荷应力是交变的；
（2）载荷的做历光阴较长；
（3）断裂是刹时产生的；
（4）不论是塑性材料照旧脆性材料，在疲惫断裂区都是脆性的。因而，疲惫断裂是工程上最罕见、最危险的断裂方式。
金属材料的疲惫景象，按前提不同可分为如下几种：
（1）高周疲惫：指在低应力（处事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疲惫。它是最罕见的一种疲惫摧残。高周疲惫普遍简称为疲惫。
（2）低周疲惫：指在高应力（处事应力亲近材料的服从极限）或高应变前提下，应力轮回周数在~如下的疲惫。由于交变的塑性应变在这类疲惫摧残中起要紧效用，于是，也称为塑性疲惫或应变疲惫。
（3）热疲惫：指由于温度变动所构成的热应力的屡次效用，所构成的疲惫摧残。
（4）侵蚀疲惫：指板滞部件在交变载荷和侵蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的联合效用下，所构成的疲惫摧残。
（5）来往疲惫：这是指板滞零件的来往表面，在来往应力的屡次效用下，涌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）而不被摧残的本领。金属材料在遭到拉伸时，长度和横截面积都要产生变动，于是，金属的塑性能够用长度的伸长（延长率）和断面的收缩（断面收缩率）两个目标来掂量。
金属材料的延长率和断面收缩率愈大，示意该材料的塑性愈好，即材料能继承较大的塑性变形而不摧残。普遍把延长率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延长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，它能在较大的宏观规模内构成塑性变形，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，保证了零件的平安行使。别的，塑性好的材料能够告成地停止某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。于是，筛选金属材料做板滞零件时，必需知足必然的塑性目标。
2.3持久性
修筑金属侵蚀的要紧形态：
（1）平均侵蚀。金属表面的侵蚀使断面平均变薄。于是，罕用年平均的厚度减损值做为侵蚀机能的目标（侵蚀率）。钢材在大气中普遍呈平均侵蚀。
（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关连。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）裂缝侵蚀。金属表面在裂缝或其余隐藏地区部常产生由于不同部位间介质的组分和浓度的差别所引发的部分侵蚀。
（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
硬度示意材料抵御硬物体压入其表面的本领。它是金属材料的紧急机能目标之一。普遍硬度越高，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。
布氏硬度（HB）：以必然的载荷(普遍kg)把必然巨细（直径普遍为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，坚持一段光阴，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)。
洛氏硬度（HR）：当HB或许试样太小时，不能采取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，在必然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，可采取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识HR背面加以讲授。罕用的洛氏硬度标尺是A,B,C三种（HRA,HRB,HRC）。此中C标尺袭用最为普遍。
HRA：是采取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：是采取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：是采取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)。硬度实验是板滞机能实验中最容易易行的一种实验办法。为了能用硬度实验接替某些板滞机能实验，临盆上需求一个对比确切的硬度和强度的换算相干。实习解释，金属材料的各式硬度值之间，硬度值与强度值之间具备形似的响应相干。由于硬度值是由肇端塑性变形抗力和延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实用规模及袭用的公道性。金属材料的机能要紧分为四个方面，即：板滞机能、化学机能、物理机能、工艺机能。
3.1板滞机能
（一）应力的观念,物体内部单元截面积上继承的力称为应力。由外力效用引发的应力称为处事应力，在无外力效用前提下均衡于物体内部的应力称为内应力（比如机关应力、热应力、加工流程完结后存储下来的残剩应力…等等）。
（二）板滞机能,金属在必然温度前提下继承外力（载荷）做历时，抵御变形和断裂的本领称为金属材料的板滞机能（也称为力学机能）。金属材料继承的载荷有多种方式，它可所以静态载荷，也可所以动态载荷，包含独自或同时继承的拉伸应力、压应力、委曲应力、剪切应力、改变应力，以及争持、振荡、打击等等，于是掂量金属材料板滞机能的目标要紧有如下几项：
3.1.1.强度
这是表征材料在外力效用下抵御变形和摧残的最大本领，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然的规律可循，于是时常采取拉伸实验停止测定，即把金属材料制成必然例格的试样，在拉伸实验机赶上行拉伸，直至试样断裂，测定的强度目标要紧有：
（1）强度极限：材料在外力效用下能抵御断裂的最大应力，普遍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），换算相干有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPa。
（2）服从强度极限：金属材料试样继承的外力超越材料的弹性极限时，即使应力不再增多，不过试样仍产生显然的塑性变形，这类景象称为服从，即材料继承外力到必然水准时，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，在拉伸弧线上会涌现显然的服从点，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。于是，在拉伸实验办法中，通老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处事中不构成显然塑性变形的打算根据。不过关于一些紧急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，不已往除外力后仍能恢复原状的本领称为弹性。金属材料能坚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为坚持弹性时的最大外力（或许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规模内的应力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线与水准轴o-x的夹角。弹性模数是反响金属材料刚性的目标（金属材料受力时抵御弹性变形的本领称为刚性）。
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本领称为塑性，时常以拉伸实验时的试样标距长度延长率δ（%）和试样断面收缩率ψ（%）延长率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。在实习实验时，统一材料不过不同规格（直径、截面形态-比如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延长率会有不同，于是普遍需求希奇加注，比如最罕用的圆截口试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延长率示意为δ5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延长率则示意为δ10。断面收缩率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（断面撙节量）与F0之比。有用中关于最罕用的圆截口试样时常可通过直径丈量停止谋划：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，声明材料的塑性越好。
3.1.3.韧性
金属材料在打击载荷效用下抵御摧残的本领称为韧性。时常采取打击实验，即用必然尺寸和形态的金属试样在章程典型的打击实验机上继承打击载荷而折断时，断口上单元横截面积上所耗费的打击功表征材料的韧性：αk=Ak/F单元J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk称做金属材料的打击韧性，Ak为打击功，F为断口的原始截面积。5.疲惫强度极限金属材料在永恒的屡次应力效用或交变应力效用下（应力普遍均小于服从极限强度σs），未经显著变形就产生断裂的景象称为疲惫摧残或疲惫断裂，这是由于多种因为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多，使裂纹慢慢平添加深（裂纹顶端处应力聚合）致使该部分处继承应力的实习截面积减小，直至部分应力大于σb而构成断裂。在实习袭用中，普遍把试样在反复或交变应力（拉应力、压应力、委曲或改变应力等）效用下，在章程的周期数内（普遍对钢取~次，对有色金属取次）不产生断裂所能继承的最大应力做为疲惫强度极限，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，对一些请求希奇严酷的材料，比如航空航天以及核产业、电厂等行使的金属材料，还会请求下述一些力学机能目标：蠕变极限：在必然温度和恒定拉伸载荷下，材料随光阴迟钝构成塑性变形的景象称为蠕变。时常采取高温拉伸蠕变实验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规准光阴内的蠕变伸长率（总伸长或残剩伸长）或许在蠕变伸长速率相对恒定的阶段，蠕变速率不超越某章程值时的最大应力，做为蠕变极限，以示意，单元MPa，式中τ为实验接续光阴，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；或许以示意，V为蠕变速率。高温拉伸长久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷效用下，到达章程的接续光阴而延续裂的最大应力，以示意，单元MPa，式中τ为接续光阴，t为温度，σ为应力。金属缺口敏锐性系数：以Kτ示意在接续光阴不异（高温拉伸长久实验）时,出缺口的试样与完整口的润滑试样的应力之比：式中τ为实验接续光阴，为缺口试样的应力，为润滑试样的应力。或许用：示意，即在不异的应力σ效用下，缺口试样接续光阴与润滑试样接续光阴之比。抗热性：在高温下材料对板滞载荷的抗力。
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。在实习袭用中要紧思考金属的抗蚀性、抗氧化性（又称做氧化抗力，这是希奇指金属在高温时对氧化效用的抵御本领或许说平稳性），以及不同金属之间、金属与非金属之间构成的化合物对板滞机能的影响等等。在金属的化学机能中，希奇是抗蚀性对金属的侵蚀疲惫损伤有偏宏大的意义。
3.3物理机能
金属的物理机能要紧思考：
（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。在实习袭用中，除了根据密度谋划金属零件的分量外，很紧急的一点是思考金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来扶助选材，以及与无损探测关连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汲取本领等等。
（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相干。
（3）热膨胀性。跟着温度变动，材料的体积也产生变动（膨胀或收缩）的景象称为热膨胀，多用线膨胀系数掂量，亦即温度变动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关连。在实习袭用中还要思考比容（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），希奇是关于在高温处境下处事，或许在冷、热瓜代处境中处事的金属零件，必需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、磁滞消耗、残余磁感受强度、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。要紧思考其电导率，在电磁无损探测中对其电阻率和涡流消耗等都有影响。
3.4工艺机能
金属对各式加工工艺办法所体现出来的适应性称为工艺机能，要紧有如下四个方面：
（1）切削加工机能：反响用切削器材（比如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料停止切削加工的难易水准。
（2）可锻性：反响金属材料在压力加工流程中成型的难易水准，比如将材料加热到必然温度时其塑性的凹凸（体现为塑性变形抗力的巨细），同意热压力加工的温度规模巨细，热胀冷缩特征以及与显微机关、板滞机能关连的临界变形的界线、热变形时金属的起伏性、导热机能等。
（3）可铸性：反响金属材料凝结浇铸成为铸件的难易水准，体现为凝结状况时的起伏性、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赶快加热，使联合部位赶快凝结或半凝结（需加压），进而使联合部位坚韧地联合在一同而成为全体的难易水准，体现为熔点、凝结时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特征、塑性以及与接缝部位和相近用材显微机关的关连性、对板滞机能的影响等。
金属材料、金属成品格业进展前程
金属成品格业包含组织性金属成品创造、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。跟着社会的提升和科技的进展，金属成品在产业、农业以及人们的生计各个周围的袭用越来越普遍，也给社会创做越来越大的价钱。
金属成品格业在进展流程中也碰到一些艰难，比如手艺容易，手艺水准偏低，不够先进的设置，能人不够等，限制了金属成品格业的进展。为此，能够选取抬高企业手艺水准，引进先进手艺设置，教育实用能人等抬高华夏金属成品业的进展。
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