首页 理论教育金属材料的物化性能解析

金属材料的物化性能解析

【摘要】:热膨胀性金属在温度升高时体积胀大的现象称为热膨胀性。抗氧化性金属在加热时抵抗氧化作用的能力,称为抗氧化性。金属在高温下的化学稳定性称为热稳定性。

1.金属的物理性能

材料的物理性能指的是材料在物理方面的特性,主要技术指标有密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等。

(1)密度

金属的密度是指单位体积金属的质量,单位符号是g/cm3,它直接关系到所制造设备的自重和效能。如发动机要求质量和惯性小的活塞,常用密度小的铝合金制造。在机车车辆工作中,为了增加有效载荷质量,钢铁占整车质量的80%左右。而某些高速运动的零件(如活塞),要求尽量减少质量,以减少其惯性力,故宜采用强度较高、密度较小的金属材料(如铝合金)来制造。在航空工业领域中,密度更是选材的关键性能指标之一。

(2)熔点

金属在加热过程中由固体熔化为液体的温度称为熔点,常以摄氏度(℃)来表示。熔点高的金属称为难熔金属(钨、铝、钒等),可以用来制造耐高温零件,在火箭导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用;熔点低的铅、锡可以用来制造熔体等。

(3)导电性

金属能够传导电流的性能称为导电性。所有金属都是导电体,其中以银的导电性最好,其次是铜和铝,而且铜、铝价格较低,因此在工业上常用纯铜、纯铝作为导电材料。合金的导电性比纯金属差,某些合金如镍-铬合金具有很高的电阻率,常用作机车仪表中的电阻元件。

(4)导热性

金属传导热量的性能称为导热性。所有金属都是导热体,其中以银的导热性最好,铜、铝次之。导热性好且具有较好耐蚀性的材料(如铜或铝)常用来制造机车的热交换器和散热器中的零件。在制定焊接、铸造、锻造和热处理工艺时,也必须考虑金属的导热性,防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力,造成金属材料变形或开裂。

(5)热膨胀性

金属在温度升高时体积胀大的现象称为热膨胀性。在实际工作中,考虑热膨胀性的地方颇多。例如,工业上经常利用金属的热膨胀性来配合组合件或拆卸组合件。铺设钢轨时在两根钢轨衔接处应留有一定的空隙,以便使钢轨在长度方向有膨胀的余地;轴与轴瓦之间要根据膨胀系数来控制其间隙尺寸。

(6)磁性

金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。磁性对电动机变压器和电器元件特别重要,如制造电动机和变压器铁芯,就需要用硬磁材料(钨钢、铬钢)或软磁材料(硅钢片或铁镍合金)。在检修时,利用钢铁能被磁化的特性,还可以进行电磁探伤,以检查机车车辆各种零件表面是否存在裂纹等缺陷。

2.金属材料的化学性能

金属材料的化学性能,是指在化学介质作用下表现出来的性能,如耐蚀性、抗氧化性等。它反映了金属在常温或高温时,抵抗各种化学作用的能力。

(1)耐腐蚀性

金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力,称为耐腐蚀性。金属耐腐蚀性是一个重要的性能指标,尤其对在腐蚀介质(如酸、碱、盐、有毒气体等)中工作的零件,其腐蚀现象比在空气中更为严重。在选择材料制造这些零件时,应特别注意金属的耐腐蚀性,并采用耐腐蚀性良好的金属或合金制造。

(2)抗氧化性

金属在加热时抵抗氧化作用的能力,称为抗氧化性。金属的氧化随温度升高而加速,如钢在进行铸造、锻造、热处理和焊接等热加工作业时,氧化比较严重,这不仅会导致金属材料过量的损失,也会形成各种缺陷,为此常采取措施避免金属材料发生氧化。

(3)化学稳定性

化学稳定性是金属的耐腐蚀性与抗氧化性的总称。金属在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的设备(如锅炉、加热设备、汽轮机、喷气飞机等),其部件需要选择热稳定性好的金属材料来制造。