金属的性能
第二节：金属材料的物理性能和化学性能
1.2.1. 物理性能
物理性能是指材料固有的属性，金属的物理性能包括密度、熔点、电性能、热性能、磁性能等。
（1）密度： 密度是指在一定温度下单位体积物质的质量，密度表达式如下： ρ= m/V
式中ρ——物质的密度（g/cm3）； m ——物质的质量（g）； V ——物质的体积（cm3）。 常用材料的密度（20℃）
材料 密度11.3 8.9 /[g/cm] 3铅 铜 铁 钛 铝 锡 钨 塑料 玻璃钢 碳纤维复合材料 7.8 4.5 2.7 7.28 19.3 0.9~2.2 2.0 1.1~1.6 密度意义：密度的大小很大程度上决定了工件的自重，对于要求质轻的工件宜采用密度较小的材料（如铝、钛、塑料、复合材料等）；工程上对零件或计算毛坯的质量也要利用密度。 （2）熔点：是材料从固态转变为液态的温度，金属等晶体材料一般具有固定的熔点，而高分子材料等非晶体材料一般没有固定的熔点。 常用材料的熔点 材料 钨 钼 钛 铁 铜 铝 铅 铋 熔点3380 2630 1677 1538 1083 6 60.1 327 271.3 231.9 1279~1148 1450~1500 447~575
/℃
熔点意义：金属的熔点是热加工的重要工艺参数；对选材有影响，不同熔点
锡 铸铁 碳钢 铝合金
的金属具有不同的应用场合：高的熔点金属（如钨、钼等）可用于制造耐高温的零件（如火箭、导弹、燃气轮机零件，电火花加工、焊接电极等），低的熔点金属（如铅、铋、锡等）可用于制造熔丝、焊接钎料等。
（3）电阻率：电阻率用 ρ 表示，电阻率是单位长度、单位截面积的电阻值，其单位为Ω.m。 电阻率的意义：是设计导电材料和绝缘材料的主要依据。材料的电阻率ρ越小，导电性能越好。金属中银的导电性最好、铜与铝次之。通常金属的纯度越高，其导电性越好，合金的导电性比纯金属差，高分子材料和陶瓷一般都是绝缘体。导电器材常选用导电性良好的材料，以减少损耗；而加热元件、电阻丝则选用导电性差的材料制作，以提高功率。
（4）导热率：导热率用导热率λ表示，其含义是在单位厚度金属，温差为1℃时，每秒钟从单位断面通过的热量。单位为w/(m．Ｋ)。 常用金属的热导率 材料 银 铜 393 铝 222 铁 75 灰铸铁 碳钢 热导率/[W/(m．Ｋ)] 419 ~63 67（100℃）
金属具有良好的导热性，尤其是银、铜、铝的导热性很好；一般纯金属具有良好的导热性，合金的成分越复杂，其导热性越差。 导热率的意义：是传热设备和元件应考虑的主要性能，对热加工工艺性能也有影响。
散热器等传热元件应采用导热性好的材料制造；保温器材应采用导热性差的材料制造。热加工工艺与导热性有密切关系，在热处理、铸造、锻造、焊接过程中，若材料的导热性差，则会使工件内外产生大的温差而出现较大的内应力，导致工件变形或开裂。采用缓慢加热和冷却的方法可使零件内外温度均匀，防止变形和开裂。
（5）热膨胀性（线膨胀系数）：材料随温度的改变而出现体积变化的现象称为热膨胀性，用线膨胀系数α来表示，其含义是温度上升1℃时，单位长度的伸长量，单位为1/℃。
常用金属的线膨胀系数/[×10-61/℃] 材料 铝 铅 锡 铜 铁 钛 碳钢 黄铜 青铜 铸铁 线膨胀系数 23.6 29.3 23.0 17.0 11.76 8.2 10.6~13 17.8~20.9 17.6~18.2 8.7~11.6
/[×10-61/℃] 陶瓷的热膨胀性小，金属次之，高分子材料最大。
线膨胀系数的意义：影响工件的精度，精密量具、零件、仪表、机器等，应选用线膨胀系数小的材料，以避免在不同的温度下使用影响其精度；机械加工和装配中也应考虑材料的热膨胀性,以保证构件尺寸的准确性。
（6）磁性
非铁磁性物质：不能被磁铁所吸引，即不能被磁化，如Al、Cu等。可用于制作要求避免电磁场干扰的零件和结构件。
铁磁性物质：可以被磁铁吸引，即能补磁化，如Fe、Ni、Co等。可用于制造变压器的铁芯、发电机的转子等； 表示磁性的物理量： ①导磁率μ（μ=B/H）：表示铁磁材料磁化曲线上某一点的磁化强度B与外磁场强度H的比值；
②磁饱和强度B1：表示材料能达到的最大磁化强度；
③剩磁Br：表示外磁场退为零时，材料的剩余磁感应强度；
④矫顽力HC：表示要使磁感应强度降为零时，必须加反方向的磁场HC。 软磁材料：指易于磁化并可反复磁化的材料，但当外磁场去除后磁性随之消失。
硬磁材料：硬磁材料经磁化后，当外磁场去除后仍保留磁性，并具有高的剩磁和矫顽力。
1.2.2. 化学性能
（1）耐腐蚀性：金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性。 材料的耐蚀性常用每年腐蚀深度（渗蚀度）Ka（mm/年）表示。
金属的腐蚀既造成表面金属光泽的缺失和材料的损失，也造成一些隐蔽性和突发性的事故。金属材料中铬镍不锈钢可以耐含氧酸的腐蚀；而耐候钢、铜及铜合金、铝及铝合金能耐大气的腐蚀；合成高分子材料和陶瓷材料一般都具有良好的耐腐蚀性。
对金属材料而言，其腐蚀形式主要有两种：一种是化学腐蚀，另一种是电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接与周围介质发生纯化学作用，例如钢的氧化反应。电化
学腐蚀是金属在酸、碱、盐等电介质溶液中由于原电池的作用而引起的腐蚀。提高材料的耐腐蚀性的方法很多，如均匀化处理、表面处理等都可以提高材料的耐腐蚀性。
（2）高温抗氧化性：在高温下金属材料易与氧结合，形成氧化皮，造成金属的损耗和浪费，因此高温下使用的工件，要求材料具有高温抗氧化的能力。如各
冶炼基础——金属的性能(第二、三节)部分
