金属材料的物理、化学性能如何？

下面由金属技术员带大家了解金属材料的物理、化学性能！

随着机械与电控技术在产品中的结合越来越紧密，材料的物理性能也越来越受到重视。金属材料在机械制造过程中，对化学性能也有一定的要求，尤其是要求零件耐高温、耐腐蚀。

金属材料的物理性能

材料的物理性能主要是材料的密度、熔点、电性能、磁性能、光性能及热性能等。这些性能多数取决于材料的原子结构、原子排列和晶体结构。

1.密度

密度是指材料单位体积的质量，常用符号ρ表示。在体积相同的情况下，金属的密度越大，重量越大。一般将密度小于5×103kg/m3的金属称为轻金属，如铝、钛等；密度大于5×103kg/m3的金属称为重金属。材料的抗拉伸强度与密度之比称为比强度；弹性模量E与相对密度之比称为比弹性模量。有些情况下，比弹性模量和比强度是材料的重要性能指标。

2.熔点

熔点是指材料的熔化温度，它一般用摄氏温度（℃）表示。纯金属都有固定的熔点，即熔化过程在恒定的温度下进行，而合金的熔化过程则是在一个温度范围内进行。金属进行成型加工和热处理时须考虑熔点的影响。

一般把熔点高的金属称为难熔金属（W、Mo等），常用来生产在火箭、导弹和燃气轮机等方面应用的高温零件；熔点低的金属称为易熔金属（Sn、Pb等），常用来制造印刷铅字、保险丝和防火安全阀等零件。

3.热膨胀性

热膨胀性指材料随温度升高而产生体积膨胀的性能。通常用线膨胀系数α表示。对精密仪器或精密机械的零件，特别是高精度配合零件，热膨胀系数就是一个尤为重要的性能参数，如发动机活塞与缸套就要求两种材料的膨胀量尽可能接近，否则将影响密封性。

一般情况下，陶瓷材料的热膨胀系数较低，金属次之，而高分子材料大。工程上有时也利用不同材料的膨胀系数的差异制造控制元件，如电热式仪表的双金属片。

4.导热性

材料传导热量的能力称作导热性，一般用导热系数表示。材料的导热系数越大，导热性能越好。

一般来说，金属越纯，其导热性越好，在金属中即使含有少量杂质时，也会显著地影响它的导热能力。因此，合金钢的导热性一般都比碳钢的低。而且在钢中合金元素越多时，导热性能也就越差。材料进行热加工时需要考虑导热性的影响。金属材料在加热和冷却过程中，表面和核心、薄壁和厚壁之间会产生一定的温差，导致零件不同部分产生不同的膨胀或收缩，从而产生内应力，引起变形和破坏。所以在生产过程中，对导热性差的金属材料通常采用预热或缓慢加热和缓慢冷却等措施，以防零件变形和开裂。

5.导电性

材料传导电流的能力称为导电性。导电性的高低用电阻率表示，电阻率小，导电性高。导电性强的金属是银，其次是铜和铝，与纯金属相比，合金的导电性稍差。

6.磁性

材料导磁的能力称为磁性。根据金属在磁场中磁化程度的不同，可分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料。铁磁性材料在外磁场中能强烈地被磁化，具有较高的磁性，如铁、钴、镍等；顺磁性材料（Mn、Cr等）在外磁场中只能微弱地被磁化；抗磁性材料（Cu、Zn等）抵抗外部磁场对材料本身的磁化作用。

铁磁性材料可用于制造变压器、电动机及测量仪器等。抗磁性材料则可用于要求避免电磁场干扰的零件和结构。铁磁性材料的磁性也不是固定不变的，在温度升高到一定温度时，磁畴被破坏，变为顺磁性材料，如当温度大于770℃时，纯铁的磁性就消失了。

金属材料的化学性能

金属材料的主要化学性能有耐腐蚀性、抗氧化性及化学稳定性等。

1.耐腐蚀性

金属材料抵抗水蒸气、酸、碱等介质的腐蚀能力称为耐腐蚀性。常见的钢铁生锈、铜生铜绿等都是腐蚀现象。

金属材料的耐腐蚀性是一个很重要的性能，特别是在腐蚀性介质中工作的金属材料需要主要考虑。如石油化工设备接触腐蚀介质，就要考虑材料的耐腐蚀性。

2.抗氧化性

金属材料在高温下抵抗氧化介质氧化的能力称为抗氧化性。加热时，由于高温促使表面强烈氧化而产生氧化皮，可能造成氧化、脱碳等缺陷。在高温下工作的零件，要求材料具有一定的抗氧化性。

3.化学稳定性

化学稳定性是指金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性。金属材料在高温下的化学稳定性，也称为热稳定性。如工业中的锅炉、汽轮机、喷气发动机等，因为有许多零件在高温下工作，所以要求材料有良好的热稳定性。