讲座(jiǎngzuò)三金属材料钢的性能与结构工程材料(cáiliào)是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料(cáiliào)。按组成与结合键分类：金属材料(cáiliào)高分子材料(cáiliào)陶瓷材料(cáiliào)复合材料(cáiliào)1.1金属材料铸造性能：液体金属浇注成型的能力。流动性：金属对铸型填充的能力。流动性好，可以浇注成外观整齐、薄而形状(xíngzhuàn)复杂的零部件。收缩率：铸件冷凝过程中体积的减少率。偏析：铸件冷凝时，由于种种原因会造成化学成分的不均匀。偏析使材料整体质量变坏。锻造性能：材料承受锻压成型的能力。它取决于材料的成分和组织即塑性和强度，以及加工条件。锻造时变形程度大而不产生裂纹，可锻性就好。碳钢：低碳钢最好，含碳量越高则越差。合金钢：一般情况下比碳钢略差，而且合金元素(yuánsù)含量越多则越差。铸铁：最差，不能锻造。焊接性能：材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，得到优质焊接接头的能力。主要取决于材料的化学成分，也取决于所采用的焊接方法、焊接材料(焊条、焊丝、焊药)、工艺参数(cānshù)、结构形式等。主要影响因素是钢的含碳量，随着含碳量的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其它合金元素的影响相对小些。力学性能：金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形和破坏(pòhuài)的能力，以及接受变形的能力。拉伸曲线的形状与材料有关。oa段：在较小载荷的作用下试件均匀伸长，伸长量与载荷成正比。如果此时卸除载荷，试件立即回复原状，此变形为弹性变形。bcdef段：试件在较大载荷下继续变形。如果此时卸除载荷，试件的弹性变形消失，而另一部分变形则保留(bǎoliú)下来，这种不能恢复的变形为塑性变形。强度：材料抵抗塑性变形或断裂的能力。屈服强度：材料开始产生屈服时对应的应力值（a点）。适用(shìyòng)于低碳钢和低碳合金钢。条件屈服强度：残余变形量为0.2%时的应力值。适用(shìyòng)于无明显屈服现象的中碳钢、高碳钢及其合金钢。抗拉强度：材料在拉断前所承受的最大应力值（e点）。弹性：材料承受最大弹性变形时的能力。指标为弹性极限。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量。塑性：材料产生(chǎnshēng)塑性变形而不破坏的能力。延伸率：试件被拉断后标距部分所增加的长度与原标距之比的百分率。断面收缩率：试件拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百分率。硬度：材料表面抵抗更硬物体压入时所引起局部塑性变形的能力。用载荷(zàihè)将压头压入材料表面，保压后测得。布氏硬度：测量压痕直径。压头为淬火钢球时，用HBS表示，适用(shìyòng)于测量布氏硬度≤450的材料。压头为硬质合金球时，用HBW表示，适用(shìyòng)于测量布氏硬度在450～650的材料。表示：硬度值+硬度符号+球直径/+载荷/+载荷保持时间120HBS10/1000/30表示直径10mm的淬火钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下，保持30秒测得的布氏硬度值为120。洛氏硬度：测量(cèliáng)压痕深度。符号维氏硬度：测量计算压痕表面积。压头(yātóu)为正四棱锥金刚石。显微(xiǎnwēi)维氏硬度计里氏硬度：用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲击试样表面，用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值(bǐzhí)计算硬度值。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和里氏硬度各有优缺点，根据具体情况选用。各种硬度因其试验条件的不同而不能直接换算，需查专用表格，才能进行换算比较。断裂韧性：材料抵抗内部(nèibù)裂纹失稳扩展的能力。冲击韧性：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。用试件缺口处截面(jiémiàn)上的单位面积所消耗的冲击功表示。疲劳：材料(cáiliào)在远低于其屈服极限的重复或交变应力作用下，内部产生的损伤逐渐累积，引起了裂纹的形成和扩展、发生断裂的现象。电镜组织(zǔzhī)1.4晶体结构金属原子结构特点：价电子数目只有1～3个较少，电子层数却有4～6层较多。原子核对价电子的引力较弱，价电子极易脱离原子核形成自由电子，而金属原子则成为正离子(lízǐ)。自由电子在正离子(lízǐ)之间做高速运动，形成带负电的电子气。金属键：金属原子间这种正离子(lízǐ)与自由电子的电性引力结合。金属键的金属离子(lízǐ)间键合力很大，金属离子(lízǐ)周围的键是等价的、对称的。因此，金属原子在空间的位置必须有规则地紧密排列，且势能最低，即呈晶体结构。自由电子在电场力作用下，即作定向运动，使金属具有导电性。金属离子(lízǐ