高性能金属结构材料

关键词：

高性能金属结构材料（精选6篇）

篇1：高性能金属结构材料

高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料）

一、金属类新材料

金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。

与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。

钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。

①、钢铁材料和稀有金属新材料

钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。

稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。

②、高温合金和高性能合金

高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。

二、高性能结构材料

从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。

结构材料的主体有：

（1）钢铁

钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。

（2）Al合金

Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为“沉淀科学”，它涉及“相”间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。

（3）Mg合金

镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其优良的导热性、减振性、可回收性、抗电磁干扰及优良的屏蔽性能等特点，被誉为新型“绿色工程材料”、21世纪的“时代金属”。

（4）Ti合金

Ti合金在军用或民用航空工业的发展中有重要位置，多相纳米尺度层状微结构问题对高强Ti基合金的特性具有重要意义，它将成为设计新Ti基合金的关键因素。

三、国内外金属新材料的发展概况

（一）国外金属材料的发展概况：

目前世界上已有50万种材料，而新材料正以每年大约5%的速度增长，现今全世界已有800多万种人工合成的化合物，而且每年还以25万种的速度递增，其中有相当一部分将成为新材料。新材料在新兴技术中的产值居于首位，2000年全世界12项新兴技术的市场总营业额达到10000亿美元，其中新材料占40%。新材料国际市场需求旺盛，预计2007-2010年锂离子电池产业进入相对平稳增长阶段，销售收入增长率为5.85%；

1.新材料主要领域发展概况

钢铁业是全球最大金属产业和第二大人造材料产业，其年产量达7.5亿吨，位居水泥的11亿吨之后。作为结构材料，钢铁产品在社会生活中应用非常广泛，无论是当前还是今后较长时间内钢铁材料都将占主导地位。世界钢铁工业技术进步的主流是缩短流程、减少工序、降低能耗降低成本、提高质量、提高效率，使钢铁工业从粗放式向集约化方向发展。目前钢铁技术的发展主要涉及到钢铁冶炼新技术，钢铁生产新工艺流程的开发，钢铁材料的连铸连轧技术、钢铁用能新技术、轧钢技术、冷轧产品的高质和高功能化以及计算机系统在钢铁工业中的应用等几个方面。

有色金属是指元素周期表中除金属铁、锰、铬以外的64种金属。由于这些金属具有一系列独特的性能和奇异的功能，如半导体功能、形状记忆功能、介电功能、光、磁、热、化学和核能等，在材料领域里独树一帜，应用极广，成为人类文明发展中不可缺少的物质。21世纪，人类面临资源枯竭、环境污染、人口剧增三大难题，有色金属材料在解决这些难题过程中起着独特的、不可替代的作用，有色金属材料的生产水平和应用程度已成为一个国家综合国力的标志之一。其技术发展方向是合成技术向纯净化、细晶体、均质化、强韧化和复合化方向发展，加工技术向高效、节能、短流程、高精度、环保型发展，新型铝合金、镁合金、钛合金的应用越来越广。

新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，主要包括镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料以及核反应堆用核能材料等。

复合材料是指由两种或两种以上不同材质的材料通过适当的工艺方法复合而成的一种多相材料体系，按其基体种类可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三类。复合材料技术发展趋势是：金属基复合材料中非连续增强复合材料迅速发展，航空和宇航方面的应用前景好；美国和西欧各国侧重于航空和军事应用，日本则力求把它应用在工业上。

信息技术是21世纪高技术发展的先导，而电子信息材料则是信息技术发展的物质基础。电子信息材料主要包括电子计算机所用的集成电路材料（半导体材料）、与电子计算机配套使用的信息存储材料、光电子材料、传感器材料、磁性材料、电子功能陶瓷、光传导纤维、绿色电池材料等。电子材料技术发展趋势是：集成电路和半导体器件所用的材料由单片集成向系统集成发展；光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展；新型电子元器件用材料主要向小型化、片式化方向发展。

2.主要国家材料科技发展概况

现代科技发展表明，每一项重大的新技术产生，往往都依赖于新材料的发展，由于新材料在发展高技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，世界各发达国家都非常重视它的研究开发工作，并制定了相关发展计划，例如美国、日本、欧盟、俄罗斯、韩国等。

美国材料科技的战略目标是保持本领域的全球领导地位，支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等的发展，满足国防、能源、电子信息等重要部门和领域的需求。美国把生物材料、信息材料、纳米材料、极端环境材料及材料计算科学列为主要前沿研究领域。美国正在执行的材料相关规划比较多，分为国家层次及部门层次两种。这些规划主要包括：未来工业材料计划、国家纳米技术计划（NNI）、21世纪纳米技术研究开发法案、美国氢燃料电池研究计划、光电子计划、光伏计划、下一代照明光源计划、先进汽车材料计划、建筑材料计划。其中与金属新材料有关的有：纳米材料、极端环境材料、先进汽车材料计划、建筑材料计划。

日本材料科技战略目标是保持产品的国际竞争力，注重实用性，在尖端领域赶超欧美。日本科学技术基本计划重点是生命科学、信息通信、环境、纳米技术与材料等四大领域。日本注重于已有材料的性能提高、合理利用及回收再生，并在这些方面领先于世界。日本对新材料的研发与传统材料的改进采取了引进的策略，在结构材料的研究主要集中在超级钢、高性能铝合金、钛合金、镁合金、铜合金、锌合金、高性能陶瓷、超细陶瓷粉体、高性能高分子材料、复合材料方面；材料技术上的发展重点为高纯度化、薄膜化、纤维化、微粒化、气孔化、致密化、复合化、非晶化、梯度功能化、精密成形化等技术。主要规划有：科学技术基本计划；纳米材料计划；21世纪之光计划；超级钢铁材料开发计划等。

欧盟是政治、经济联盟，也是科技联盟。欧盟材料科技战略目标是保持在航空航天材料等某些领域的竞争领先优势。2003年欧盟科研部门指出欧盟准备大力发展的十大材料领域是催化剂、光学材料和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生学、纳米生物技术、超导体、复合材料、生物医学材料以及智能纺织原料，并认为未来新材料学的研究将体现三大技术特征：①制作技术，新的加工工艺和制造方法将使材料的生产实现从实验室走向工业化；②模仿技术，从材料的自然特性仿制到材料混合特性的研究；③预测技术，开发新的模型和试验方法，从而缩短材料的试验周期。

俄罗斯发展新材料的战略目标是：一方面力求继续保持某些材料领域在世界上的领先地位，如航空航天材料、能源材料、化工材料、金属材料、聚合材料等；另一方面大力发展促进国民经济发展和提高国防实力有影响的领域，如电子信息工业、通讯设施、计算机产业等所用的关键新材料。俄罗斯在新材料发展中采取的基本策略是：在处理发展高新技术和传统产业关系的同时，做到研发新材料与有效使用传统材为有机结合，在注重研发高新技术所需新材料的同时，对于现有的一般技术所需要的材料进行优选和更新，进而提高利用率。使研发新材料有的放矢、重点突出、周期缩短、效果显著。俄罗斯新材料的主要研发方向是结构材料和功能材料，具体为金属材料、陶瓷材料、复合材料、高分子材料、高纯度材料以及生物材料、超导材料和纳米材料等。俄罗斯在航空航天以及与国防有关的材料方面投入很大，以期保持在国防与空间技术方面与美国抗衡的实力。

韩国材料科技的战略目标是继美国、日本、德国之后，成为世界产业第四强国，材料科技被认为是确保2025年国家竞争力的6项核心技术之一，也是为其他领域技术实现突的破铺路技术。与材料相关的主要规划为：韩国科技发展长远规划--2025年构想；新产业发展战略；纳米科技推广计划；NT（纳米技术）综合发展计划（2001-2010年）；韩国的G7计划及2025构想提出了针对高新材料的发展方向，在新材料产业战略中对钢铁、化工材料的发展制定了明确目标；生物工程科学发展计划；原子能技术开发计划等。

（二）国内金属新材料的发展概况 1.国家高度重视金属新材料的发展

高性能金属材料产业是高新技术发展的重要基础和先导产业，前沿技术不断突破，新产品开发不断加快，在新材料领域中占有重要的战略地位。目前，高性能金属材料技术正处于加快发展的关键时期，作为当今科技创新和产业化的重要前沿领域，高性能金属材料产业的发展水平成为一个国家和地区经济社会发展、科技进步和综合实力的重要标志之一。

据科技部火炬中心统计，2000年全国高新区的新材料产品有2661种，年销售收入达到676.79亿元，占主要技术领域合计的12%。到2000年底，省级认定的以新材料为主导产业、销售收入过亿元的高新技术企业有661家，占销售收入过亿元的高新技术企业总数的25.9%。到2001年止，科技部认定的以新材料为主导产业的重点高新技术企业221家，占重点高新技术企业总数的28.3%。国家“十五”规划中明确地指出要有选择加快信息技术、生物工程和新材料等三个高新技术产业，新材料列为最重要的发展领域之一。根据有关机构预测，近几年内，新材料产业市场需求平均年增长约在10%以上，我国新材料产业正处于强劲的发展态势。

“863”计划，是国家的中长期高技术研究与发展计划，其中的7个高技术研究领域中，新材料研发被作为重点之一。一是光电子材料及器件主题：二是特种功能材料技术主题；三是高性能结构材料技术主题：以国民经济建设中的重大需求为导向，发展具有自主知识产权的高性能结构材料及其先进制备、成形与加工技术，重点开发轻质、高强度的结构材料，第一批课题安排了45个项目。

“973计划，是国家重点基础研究计划，选择的30个重大课题中有7个与材料有直接关系，包括改造传统材料产业涉及的基础问题；发展高技术新材料涉及的基础问题；材料设计、制备、成型、改性及使用中的基础问题。

国家自然科学基金，是国家为支持自然科学基础性研究而设立的专项基金，它大力支持具有重要应用前景，特别是具有新思想，新方法以及可能产生新成果的材料方面的基础性研究。国家自然科学基金委员会资助的研究课题，与材料有关的约占四分之一。目前，已建和在建的150个重点实验室中，有关材料工艺、组织、结构、表征与测试的达35个，超过总数的1／5。

2.几个区域金属新材料发展情况的介绍 1)上海市

政府出台《关于加快推进上海高新技术产业化的实施意见》，明确了推进包括新材料产业在内的九个高新技术产业重点领域。按照规划，预计到2012年，上海新材料产业的产值规模将达到一千六百亿元人民币。而2008年沪新材料产业的产值为八百亿元人民币左右，这也就意味着，上海新材料产业将用四年的时间实现产值翻番。

上海新材料产业将着力推进高性能碳纤维、耐高温纤维等生产线建设，实现高温合金、钛合金材料产业化，推进生物相容材料及终端产品产业化，加快发展环保节能材料与新型绿色建材产业化等领域。新材料产业包括信息材料、能源材料、生物材料、纳米材料等十个门类的高科技材料，是欧美各国一致看好的基础性产业。此间专家指出表示，新材料技术与先进制造业发展的关系密切，比如核电、大飞机、精细化工等项目的研制都以新材料为基础，因而发展新材料产业不但产能潜力巨大，而且意义深远。

上海已在青浦、金山、奉贤、宝山四区重点布局新材料技术，青浦区新材料产业将以发展新型纺织材料、有机高分子材料等为重点，同时兼顾各种新材料门类。金山和奉贤两区将结合自身的化工产业优势，发展化工新材料。宝山区则围绕宝钢集团，重点打造精品钢材和特种钢等。2)天津市

市政府高度重视新材料产业的发展，把新材料产业列为天津市鼓励发展的高新技术产业之一。为实现新材料产业的跨越式发展，使之成为我市新兴产业，特在《天津市高新技术产业发展第十个五年计划纲要》的基础上，编制《天津市新材料产业第十个五年计划》。

全市从事新材料生产和研发的企业和科研单位共459家，其中生产企业441家，开发研究机构18家。441家企业中，金属材料94家。新材料企业中，国有经济占25%，集体经济占33%，私营经济占13.3%，股份制经济占9%，三资经济占16.4%；其中，大型企业占9%，中型企业占8.8%。产值超亿元的产品10种，5000万元以上的产品25种。新材料产业实现高新技术产值为81.2亿元，占全市高新技术产值的10.9%。从事新材料开发的研究机构共有18家。天津大学、南开大学、天津理工学院、天津工业大学、天津轻工业学院等高等院校和一批驻津科研院所拥有一支实力较强的科研队伍，建有一批国家级重点实验室、工程中心和中试基地，在金属材料领域，已形成航空钢丝绳、被覆线钢丝、锌一铝一稀土镀层钢丝、予应力钢丝等2000多个品种。在国内率先开发出一批技术含量高的金属材料制品；

在今后的几年里，将重点发展高性能金属制品和高效钢材，做大做强线材制品，发展板带产品和建筑用高级棒、线材产品，扩大无缝钢管和石油套管的规模，加速新型铝合金挤压型材的产业化。

3)大连市

根据调研资料，截止2003年底，大连市共有新材料企业71家，工业总产值为45.16 亿元，总收入为42.70亿元。从新材料产业定位来看，要成为大连市高新技术战略性产业和经济发展的重要支柱产业之一，其增长速度应高于同期GDP增长速度的5%以上，按同期GDP增长速度为10%计算，新材料产业的年增长速度应为15%左右，以此预计2010年大连市新材料工业总产值为120亿元。大连是中国最早的钢铁基地之一，为中国特钢产业的发展做出了重要贡献，目前形成了以东北特钢集团为代表的低合金钢、合金钢材料产业。东北特钢集团在大连的经营单位大连金牛股份有限公司于1999年上市，注册资本两亿七千多万元。公司以特殊钢为主导产品，包括不锈钢材、轴承钢材、合金弹簧钢材、工模具钢材等几大类，广泛应用于航空、军工、国防等领域。如我国发射的大推力长二捆火箭使用的品种钢就包含了大连金牛公司生产的158种特殊钢材。2003年，大连金牛实现钢产量45.47万吨，工业总产值18.44亿元。大连通发新材料开发有限公司的“铜包铝线的包覆焊接装置”专利技术，经国家级实验室检测，性能达到美国ASTM标准。2001年列为科技部“十大”重点新产品和国家“十五”攻关计划项目。先后获得为摩托罗拉、诺基亚、爱立信等企业配套的专业化国际知名线缆商— 美国ANDREW公司、芬兰NK公司、德国RFS公司、法国ACOME公司等质量合格评定，被指定为供货商。大连傅氏双金属制造有限公司主要从事双金属复合铜包铝线和铜包钢线等专利产品的生产。公司的铜包铝线产品可作为有线电视用户线及用户分配线的内导体，计算机局域网、接入网电缆内导体及电话用户通信线等。随着我国有线电视和大容量通讯网络的迅速发展，该产品将拥有巨大的市场发展空间。通过外引内联，大连特种钢重点企业金牛股份有限公司技术水平不断得到加强，在国内特钢及汽车钢材生产企业中，具有一定优势。该公司与大连理工大学、东北大学、北京科技大学、北京钢研总院等高等院校和科研院所建立起密切的合作关系，为大连钢铁企业的产品质量攻关、人才培养、学术交流等提供了重要的智力支持。大连新源动力股份有限公司作为中国燃料电池产业化的开拓者，在2003年工业总产值为27.8万元，总收入为778.5万元。目前在市场及产业化上尚未形成规模。因此，大连市计划重点提高新材料企业的研发投入和自主创新能力，形成以企业为创新主体的新材料工业创新体系，提升新材料企业规模和产业集中度。到2010年，大连市应培育3～5家工业总产值和销售收入5亿元(不变价)以上的具有国际竞争力的龙头企业，培育10家以上工业总产值和销售收入超过1亿元(不变价)的强势企业，争取3～5家公司上市。

4)重庆市

重庆市新材料产业经过十多年的发展，特别是近几年政府的支持引导和市场的强劲推动,己初其规模。据海关统计资料显示,2005年重庆市新材料产品出口27265万美元,同比增长18.9%,占高技术产品出口总额45%,为重庆市高新技术产品出口行业第一位。重庆市现己形成以新型铝镁合金材料、磁性材料为主的金属材料,以高性能功能陶瓷,结构陶瓷、玻璃纤维、新型建筑材料为主的无机非金属材料,以涂科及精细化工产品为主的有机高分于材科及以高性能连续纤维增强热塑性复合材料预浸料、金属基复合材料、新型油封为主的复合材料的门类较齐全的产业体系, 重庆市新材料产业2005年产业,总产值(现价)10838345元,主要涉及四大领城,其中金属材科3309939元,无机非金属材料3446095元。有机高分子材料及制品3962640元,复合材料119671元。在四大领域中,新材料主要包括六大专项,新型铝镁合金材料,以天然气为主的化工材料,玻璃纤维材料,仪表材料,新型建筑材料,以碳酸钙为主的功能材料等。有机高分子材料及制品是重庆市新材料产业的主导产品,其2005年产值为3962640元，占新材料总产值的36.56%,其产品销售收入为3886731元,占新材料产品总销售收入的36.54%,其它依次是无机非金属材料、金属材料和新型复合材料,值得一提的是,2005年无机非金属材料总产值比04年同期增长高达78.19%,而产品销售收入的增长率达82%,金属材料的总产值比04年同期增长42.74%,无机高分于材料和制品的总产值也有22.33%的增长,但是复合材料的总产值却下降了I7,91%。重庆的材料产业具有传统优势,截至2005年底,全市共有材料生产加工企业近3000家,从业人员近30万人。产品门类较为齐全,在金属材料、化工材料、功能材料及光电子材科、建筑材料及陶瓷材料、矿产资源及原材料等方面产业基础和发展趋势较好,并形成了以金属材料、建筑材料、化工材料、功能材料、电子材料、复合材料、高分予材料等为主的材料产业体系。

重庆市新材料生产企业共558家,其中内资企业479家,私营企业87家,港、澳、台商投资企业32家,外商投资企业47家。按规模大小分组,其中大型企业18家,中型企业151家,小型企业264家,重庆市新材料企业大多是中小型企业,大型支柱企业较少。

重庆市新材料产业特点为传统材料企业的新材料开发和新材料企业并存。在铝、镁、铌等有色金属、天然气化工、仪器仪表功能材料及光电子材料、建筑材科、矿产资源等材料及其加工方面具有明显的优势和特色。

（1）新材料企业的经济运行状况

新材料产业整体运作良好。2005年,重庆工业企业五十强中,材料企业有11家,占22%；高新技术产品销售收入超亿元的32个企业中,材料企业有6家。占19%；高新技术产品实现利税上千万元的48（家）个企业中,材料企业有8家,占17%全市工业企业按主营业务收入,排序前100名中材料企业有20家,其主营业务收入总和占100家企业主营业务收入总和的20%；按利税总额排序,前100名中材料企业有21家,其利税总额占100家企业利税总额的19%；按资产总计排序前100名中,材料企业有24家。

（2）重点企业运行状况

西南铝业（集团)公司是中国生产规模最大、技木装备最先进、品种规格最齐全的综合性特大型铝加工企业,中国高精铝材研究开发及生产基地。为中国军民用飞机、“长征”系列火箭、人造卫星、“神舟”号飞船、北京正负电子对撞机等国防军工项目及高新技术工程提供了上千种高品质铝材,重庆钢铁研究所为,“神舟”飞船研制生产的伺服阀的核心技术桥型磁钢。

重庆镁业科技股份有限公司集镁合金冶炼、成型加工、镁回收研究和开发于一体，主要产品有镁合金摩托车曲轴箱、曲轴箱组件、镁合金通用发动机部件等,并且重庆有十家科技部确立的国家“十五”科技攻关镁合金应用及产业化基地。

重庆仪表材抖研究所在测温材料及其应用技术、金属复合带材、汽车、摩托车用传感材料等方面具有明显优势。并研制生产了国内第一支铠装热电偶、第一支贵金属细丝热电偶、第一支钨铼偶丝,首家拥有核级资质的核场测温装置生产许可证,其研制的超低矫顽合金、电度表用磁温度补偿合金,汽车仪表用可加工永磁合金在全国均处于领先地位,且出口到国外。

重庆四联仪器仪表集团有限公司建成了我国第一条表面连续复合的超簿贵/廉金属复合材料生产线,其复合材料产品的生产取得了较好的经济效益,同时还拥有国内最先进的磁场热处理炉,在磁钢的质量、品种、技术方面居国内领先地位,产品出口日木、新加坡、台湾、香港等国家和地区,是全国新材料行业的骨干企业, 重庆渝港钛白粉股份有限公司是我国最大的钛白粉生产基地之

一、拥有目前国内最大,技术水平最先进的钛白粉生产装置,可生产各种金红石型和锐钛型钛白粉。

篇2：高性能金属结构材料

论文题目：块状非晶合金材料的研究进展

姓名：学号：学科专业：指导教师：入学日期：报告日期：报告地点：

王楚 31605051 材料工程林莉 2016.11

研究生院制表

材料结构与性能报告(1)1概述

一般认为，凝聚态的物质大致可以分为三类：晶态物质、准晶态物质和非晶态物质。非晶态合金是指固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定的合金。最早有关非晶态合金的文献是由融Kamer于1934年首次报道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用喷枪法在Au．Si合金中获得非晶态合金，从而开创了材料研究的新领域一非晶态合金材料。非晶合金具有优异的物理性能、化学性能和力学性能，特别是优良的软磁性能，在许多领域中己得到应用。一般说来，非晶态合金均需要通过熔体快淬的方法来获得，它需要非常高的冷却速率(10 6 /s 以上)。由于临界冷却速率的限制，非晶态合金的三维尺寸受到很大的限制，只能获得很薄或很细的片、丝和粉末状非晶合金。

大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。对大块非晶的研究无论在理论上还是在应用上都有重要意义。首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。另外，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深人研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。在应用上，由于具有奇特的物理、力学及化学性能, 适合于用来制造电子器件、磁性器件、精密光学器件、精密机械结构件、电池材料、体育用品、生物医学植人物以及军工先进武器构件(如穿甲武器、飞行器的构件、装甲板等)等。块状非晶合金的发展历程

非晶合金的发展大致经历了两个阶段。第l阶段为1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄带)-1989年。这段时期，人们主要通过提高冷却速率(>104列s)来获得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄带或粉末。所研究和制备的主要是二元合金。主要研究体系可分为3大合金系：第l类合金系由过渡族金属或贵金属与类金属组成，如Pd2Si、Fe2B等。；类金属的含量为10%-30%,恰好在低共晶点组分附近。2类合金系是以LTM-ETM为基的体系，其中ETM和LTM分别代表前、后过渡族金属，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，该体系可以在非常宽的低共晶组分范围内形成非晶，这类非晶合金发现得比较晚，1977年才首次发现属于这一类的合金,以后又逐步发现了在Ca或Sr中加入AI、Zn等组成的非晶合金[2,3]。第3类为以A族金属元素(Mg、Ca、Sr)为基体，B族金属元素(Al、Zn、Ga)为溶质的

块状非晶合金的研究进展

少冷却过程中的非均匀形核, 因而各种制备方法都有以下两个共同持征：(1)对合金母材反复熔炼, 以提高熔体的纯度, 消除非均匀形核点。(2)采用高纯惰性气体保护，尽量减少氧含量。目前，大块非晶态合金的制备方法主要有以下几类：

(l)悬浮熔炼：将试样置于特定的线圈中，线圈中的电磁场使试样产生与外界相反的感生电动势，该感生电动势与外磁场间的斥力与重力相抵消，从而使试样悬浮在线圈中。同时, 试样中的涡流使自身加热熔化。再向试样吹人惰性气体，使其冷却、凝固；或利用通电极板间的静电场使试样悬浮，用激光加热熔化，当激光停止照射时，试样于原位冷却。试样温度可用非接触法测量。悬浮熔炼的优点是试样没有在容器中熔炼，避免了容器壁引起的非均质形核，可减小临界冷却速度。其缺点是，试验的悬浮与加热是同时通过试样中的涡流实现的，当试样冷却时也必须处于悬浮状态，即试样在冷却时还必须克服悬浮涡流带来的热量，所以冷却速度不可能很快, 增加了制备难度，制备的块状非晶合金尺寸较小。

(2)深过冷液淬法：此方法是将试样用低熔点氧化物(如B2O3)包裹起来，在石英管中感应加热熔化，最后淬入水中得到非晶态合金试样。低熔点氧化物的作用一是用来吸取合金冶炼中的杂质颗粒，避免这些颗粒成为形核的核心，二是将合金熔液与容器壁隔离开来。由于包裹物始点低于熔体熔点，因而可避免合金母材与容器壁直接接触，最大限度地避免了非均质形核。

(3)高压模铸法：该方法是将母合金放人套筒内，在高频感应线圈中熔化，再用高压快速将合金液压人铜模内，铜模外通水使试样快速冷却。由于该方法的冷却速率很大，可以获得较大体积的非晶态合金。

此外还有定向凝固、射流成形、压实成型等多种大块非晶合金制备工艺。国内关于大块非晶合金的研究开展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁悬浮、射流成形及水淬等技术制备大块非晶合金。国内制备的大块非晶合金的最大直径为90mm。由于目前制备的非晶合金的尺寸较小，影响了非晶合金作为结构材料的使用范围。块状非晶合金的微观结构

非晶合金的原子在三维空间呈拓扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长程无序，短程有”。通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm，即不超过4-5个原子间距，从而与纳米晶或微晶相区别，短程有序可分为化学短程有序和拓扑短程有序两类。

材料结构与性能报告(1)4.1化学短程有序

非晶态金属至少含有两个组元，除了不同类原子的尺度差别、稳定相结构和原子长程迁移率等因素以外，不同类原子之间的原子作用力在非晶态合金的形成过程中起着重要作用。化学短程有序的影响通常只局限于近邻原子，因此一般用近邻组分与平均值之差作为化学短程有序参数，对于二元A-B体系为：

up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分别代表A(或B)原子近邻的B(或A)原子配位数，Z是原子总配位数。cA和cu分别是A与B原子在合金中的平均浓度。当A和B两种原子直径明显不同时，A原子的总本位数ZA与B原子的总配位数Zi3不再相同，ZA≠Ze，这时短程有序另一种定义。

4.2拓扑短程有序

指围绕某一原子的局域结构的短程有序。常用几种不同的结构参数描述非晶态与合金的结构特征，主要有原子分布函数、干涉函数、近邻原子距离与配位数和质量密度。原子分布函数，设非晶态结构是各向同性的均匀结构，其平均原子密度Po为--定体积y中包含的原子数N:

Po=N/V 描述某一原子附近的密度变化可用径向分布函数RDF(r):

RDF(r)=4*3.14xr2p(r)

其中r是距某中心原子的距离，p(r)是距离r处的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某个原子为中心，在半径r处、厚度为dr的球壳内的原子数，从而RDF(r)=dN/dr表示原子数目(密度)随距离增加的变化。

定义约化径向分布函数G(r)为:

G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 几种过渡金属-类金属非晶态合金的约化径向分布函数如图8-1所示，函数值随着与中心原子的距离增大而呈有规律的起伏。此外，还定义双体分布函数g(r): z(r)=p(r)/p。

当合金中包含几种不同类原子时，引入偏径向密度函数pii(r)、偏双体分布函数gii(r)、偏约化径向分布函数GO(r)等参数描述原子之间的结构关系。例如，pji(r)指与某个第i类踩子的距离为r处，单位体积中第j类原子的数目。上述各个原子分布函数中，原子密度p(r)和原子径向分布函数RDF(r)有明确物理意义，G(r)的物理意义虽然不明确，但它同RDF(r)一样能反映非晶态结构特征，对体系作x射线衍射测量得到结构因数S(Q)，块状非晶合金的研究进展

外壳等商业产品由于大块非晶中不存在晶体中的滑移位错，在较低温度下具有很好的粘滞流动性，可以较好地发生超塑应变利用这个特性，可以把大块非晶合金进行各种塑性加工，制成所需的各种形状由于其优异的力学性能和较好的热稳定性，大块非晶合金在军事方面也得到了应用，可以用来制造反坦克的动能穿甲弹。

Zr基大块非晶合金具有很高的弹性实验表明,用其做成的小球与同样大小的钢球在量筒中从相同高度(15m左右)自由落下后做弹性来回运动，前者比后者的弹动时间足足长了大块非晶合金具有很高的强度和强度-密度比，以及很好的弹性能，因而具有很好的应用潜力。基大块非晶合金由于抗拉强度高、延展性好、弹性能高、冲击断裂性能高和抗腐蚀性高，且具有非常好的能量传递性能，已被用来制作高尔夫球杆和其击球部位(球头)，使用该材料做成的高尔夫球头能够将99％的能量传递到球上。

在化学方面，由于大块非晶具有抗腐蚀、储存能量(吸氢和析氢)和高催化特性，将有可能在海洋业和能源方面得到应用。块体非晶合金在结构上是原子长程无序而近程有序排列的亚稳材料，每个短程有序的原子团可以视为一个高活性点，而这种高活性、高耐蚀性材料是最理想的电极催化材料。如果使用这种材料制作电极, 其催化活性将提高以上，可大大提高制碱工业的生产效率，降低生产成本，由此所产生的经济效益是十分巨大的。

由于新型基非晶合金具有低饱和磁致伸缩，使得它们的软磁性能可与传统的Fe-Si-B非晶合金相比拟，甚至更优。日本研制的Fe基大块非晶合金软磁材料的磁导率，比硅钢片材料及传统晶体结构的磁性材料15倍，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室也已经制备出了直径达到以上的低磁能损耗的大块基软磁产品专家预测,大块非晶合金软磁材料制品将很快应用于电子信息，如计算机、通讯设备和工业自动化等高技术产业和电力等传统产业另外，硬磁性大块非晶合金也将是一种很有潜力的永磁材料。

6结束语

非晶合金，因特殊的结构和优异的性能自产生以来一直是材料学界的热点研究领域之一。近年来对非晶合金进行了广泛的研究，取得了很大的进展，已突破昔日贵金属的限制, 许多日常重要的工程合金系统如Fe、Co、NiCu 等都可制备出块体非晶合金，这为其实际应用创造了条件，如今工程应用也已逐步兴起。但作为一类新型的材料, 非晶合金仍处于研究探索阶段，在基础理论、制备工艺和实际应用中还有许多问题亟待解决，主要体现在以下几个方面。

还没有一套完整的理论或成熟的物理模型用来指导块体非晶的研制，目前对于合金系统组元的选择还只能凭经验规律，但这些规律都不具备普适性。这主要是由于还没有充分理解非晶合金形成的本质, 因此需要加强对非晶合金物理转变过程的研究。

材料结构与性能报告(1)(2)目前所制备的块体非晶尺寸还不够大，只有Zr基、Pd基等少数几种合金体系可达较大尺寸，这在很大程度上限制了这种新型结构材料的广泛应用，因而需要我们在理解非晶合金形成本质的基础上，改进目前块体非晶制备所需的苛刻工艺条件。因机械合金化在制备非晶合金上的独特优势，目前可以优先发展机械合金化工艺。

(3)提高块体非晶的热稳定性。由于块体非晶属亚稳态材料，在热力学上是不稳定的, 只有把这类材料加热到一定温度以上才会使其变为晶态材料。因此，必须设法提高块体非晶的热稳定性，以拓宽其应用范围。

(4)任何材料都有其自身的缺陷，虽然发现了一系列具有大塑性的块体非晶合金，但总体来说其塑性都还有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性几乎为零。长期以来，探索同时具有高强度和大塑性的金属合金材料一直是材料领域追求的目标，非晶合金塑性的进一步提高，必将为非晶合金的应用开辟更广阔的空间。

参考文献

[1] Duwez P Willens R.H.Continuous series of metal stable so1id solution in silver．

copper alloys．Applied Physics, 1960;31:1136-1139．

[2]Luborsky F E.Amorphous, metal lie alloys.London: Butter worth, 1983, 30(2): 45-47.[3]Jones H.RaPid,solid i of metal and alloys.London: Institution of Metallurgists.1982 ,10:78-79.[4]Inoue A, Zhang T, Masumoto T, Zr-Al-Ni amorphous alloys with the glass transition temperature and significant super cooled liquid region.Materials Transactions JIM, 1990, 3l(3):177-183．

[5] Shindo T, Waseda Y, Inoue A.Prediction of critical on Positions for bulk glass Formation in La-based, Cu-based and Zr一based tern arryallows.Materials Transactions JIM, 003, 44(3): 351-357.[6] Inoue A.Stabilization of metallic Per cooled liquid and bulk amorphous Alloys.Acta Material , 2000, 48:279-306.[7]Takeuehi A,Inoue A.Classification of Bulk Metallic Glasses by Atomic Size Difference, Heat of Mixing and Period of Constituent Elements and Its Application to Characterization of

the

Main

Alloying

Element.Materials

Transactions JIM,2005,46(12):2817-2829.[8]Inoue A,Shen B L,Chang C T.ULTRA-high strength above 5000MPa and soft magnetic

块状非晶合金的研究进展

properties of Co-Fe-Ta-B bulk glassy alloys [J].Acta Materialia, 2004, 52(14);4092-4099 [9]Lu Z P, Liu C T, Thompso N.Structural amorphous steels[J].Phys Rev Lett, 2004, 92:245503 [10]Chen Q J, Fan H B, Shen J, et al.Critical cooling rate and thermal stability of

Fe-Co-Zr-Y-Cr-Mo-B amorphous alloy[J].J Alloys Comp，2006,407(1/2):25-128 [11]Zhang B, Pan M X,Zhao D Q,et al.Soft bulk metallic glasses based on cerium [J].Appl Phys lett, 2004(85): 61-68 [12]Inoue A, Shen B L, Chang C T.Ultra-high strength above 5000MPa and soft magnetic properties of Co-Fe-Ta-B bulk glassy alloys[J].Acta Materialia, 2004, 52(14):4093-4099.[13]Qiu K Q, Wang A M, Zhang H F, et al.Mechanical properties of tungsten fiber reinforced Zr-Al-Ni-Cu-Si metallic

glass

matrix

篇3：金属材料组织对性能的影响

金属及其合金之所以能够获得如此广泛的应用, 归功于它们具有优良的使用性能和工艺性能。在使用性能中, 金属材料的机械性能 (即力学性能) 占有突出的地位。我们知道:汽车是用钢铁而不是用木头来制造, 是因为钢铁具有较高的强度;我们用硬质合金来做车刀, 是因为它具有很高的硬度。显而易见, 是“使用”对金属材料的机械性能提出了要求, 是“使用”决定了对金属材料的选择。机构性能指标很多, 有强度、硬度、塑性、弹性、韧性、抗疲性、抗蠕变等。这些性能指标是机械设计、材料选择的主要依据。其中强度、硬度、韧性、塑性具有代表性, 在材料的规格中均会标明。因此, 必须充分理解各种机械性能指标的含义, 在工作中正确、合理地选择使用金属材料。

2 组织结构对金属材料的性能的影响表现

2.1 金属材料组织对其力学性能的影响

1) 晶粒大小对金属力学性能的影响在一定体积的晶体内, 晶粒的数目越多, 晶界就越多, 晶粒就越细, 并且不同位向的晶粒也越多, 因而塑性变形抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高, 而且塑性和韧性也较好, 故生产中总是尽可能地细化晶粒。

2) 铁的同素异构转变特性对钢铁材料的组织及力学性能的影响是现代工业中应用最为广泛的合金, 它们均是以铁和碳为基本组元的合金。由于钢铁材料的成分 (含碳量) 不同, 因此其组织、性能和应用场合也不同。铁碳合金的基本组织有五种, 其中属于固溶体的有铁素体和奥氏体。铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体, 由于α-Fe是体心立方晶格, 晶格间隙小, 所以碳在α-Fe中的溶解度很小, 其室温性能接近于纯铁, 即具有良好的塑性、韧性, 较低的强度和硬度。而奥氏体是碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体, 由于γ-Fe是在高温状态下存在的面心立方晶格结构, 晶格间隙较大, 故奥氏体的溶碳能力较强, 它的强度、硬度比铁素体高, 且具有良好的塑性, 尤其是具有良好的锻压性能。热处理之所以能使钢铁材料的性能发生变化, 其根本原因是由于铁具有同素异构转变的特性。如对于球墨铸铁, 可通过热处理改变其基体组织来提高和改善其力学性能:通过退火, 得到铁素体, 从而提高塑性、韧性, 消除应力, 改善切削性能;通过正火, 得到珠光体基体, 提高强度和耐磨性;通过调质, 得到回火索氏体的基体组织, 以及良好的综合力学性能;通过等温淬火, 使外形复杂且综合力学性能要求高的零件获得下贝氏体的基体组织, 以及高强度、高硬度、高韧性等综合力学性能, 避免热处理时产生开裂。

2.2 金属材料组织对其工艺性能的影响

1) 金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力, 它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。金属凝固后, 内部化学成分组织不均匀的现象称为偏析, 偏析严重时, 可使铸件各部分的力学性能产生很大的差异, 降低铸件质量, 尤其是对大型铸件危害更大。因此, 冷却后的金属材料组织是否均匀对铸件的铸造性能影响很大。

2) 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻压性能。常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。塑性越好, 变形抗力越小, 则金属的锻压性能越好, 纯金属锻压性能优于一般合金。铁碳合金中, 含碳量越低, 锻压性能越好;合金钢中, 合金元素的种类和含量越多, 锻压性能越差。合金的组织主要分为单相固溶体和多相混合物两类, 其塑性变形也各有自身的特点。

2.3 焊接对金属组织的影响

首先, 焊接造成的表面缺陷如焊瘤、咬边、未焊透等, 均使熔敷金属与母材间形成缝隙。喷溅也使母材和金属粒之间相接触的部位形成缝隙。在电解质溶液 (如Na CI水溶液) 中, 这些缝隙处往往会发生缝隙腐蚀。当然, 发生缝隙腐蚀的条件包括缝隙大小、介质的滞流状态和腐蚀特性等诸方面的因素。但焊接表面缺陷无疑给发生缝隙腐蚀提供了场所。其次, 焊接接头区组织的变化对应力腐蚀的发生影响重大。这种影响因不同的腐蚀环境而异。例如奥氏体不锈钢焊接接头的原熔融部位所含铁素体在盐酸溶液中, 会成为优先腐蚀的相, 极易形成网状裂纹。而热影响区中沿晶间析出的碳化铬在Na CI水溶液等类型腐蚀环境中, 使钢材晶间型应力腐蚀抗力明显变差。

总之, 焊接对金属材料腐蚀性能的影响是非常复杂的, 本文仅阐述了常见的几种情况。为了减小焊接对金属材料腐蚀性能的影响, 实践中除了尽量控制焊接缺陷和残余应力外, 更重要的是根据腐蚀环境合理选材和采用最佳的焊接工艺。

2.4 金属材料纤维方向对性能的影响

冲压工艺广泛应用于汽车、拖拉机、航空、电器、仪器仪表构件以及各种金属制品的成形加工。所用坯料大多是厚度为8~10mm的板料或带状条料, 这些材料经轧制一般具有纤维组织特征。在实际生产中, 常常由于忽视了纤维方向而造成冲压件质量问题:

1) 弯曲裂纹板料弯曲时, 弯曲部位的外表面受拉应力, 当零件弯曲方向与材料纤维方向不一致时紧固螺钉的流线分布, 材料在该方向上的延性较差, 容易产生弯曲裂纹。

2) 许多弹性零件都有韧性要求, 当零件弯曲方向与材料纤维方向不一致时, 往往导致零件因韧性不足而发生早期失效断裂。

总之, 在冲压件的排料及操作中, 要重视材料纤维方向的选择, 以保证零件质量, 减少废品损失。因此我们要注意的是金属材料纤维组织造成材料力学性能的各向异性, 在机械制造中, 很多质量问题和工艺技术间题均与此有关, 在生产实践中要正确利用材料的纤维特性, 以利于提高产品的使用性能和减少废品损失。

3 结语

综上所述, 组织结构作为一种重要的性能因素对金属内部的微观结构、晶格缺陷以及由这些缺陷参与的物理冶金过程具有重要的影响。目前对组织结构作用的研究还有很多未揭示的现象, 对性能作用的影响因素和组织结构的作用机理尚需做进一步的探索和研究。新技术直接应用于实际生产还有一段路要走, 但是随着人们对组织结构作用于材料的基础理论问题研究的不断深入, 这些技术必将得到更加广泛的应用, 从而促进现代材料科学研究的发展。

摘要：金属材料是机械工程中使用最为广泛的结构材料。它的性能主要由其内部组织所决定, 包括了化学成分、相组成、晶粒度, 金属纤维组织等, 这些对于金属材料的性能都有很大的影响。本文即是针对这些组织对性能产生的影响加以浅析。

关键词：金属材料,组织,性能

参考文献

[1]吴志伟, 张柯柯, 张占领, 孙敬.静电场对金属材料塑性变形及组织和性能的影响.材料热处理技术, 热加工工艺.2010.

[2]郭演星.焊接对金属材料腐蚀性能的影响.理化检验一物理分册.1999.

[3]商录朋.谈金属材料组织对性能的影响.科技信息.职校论坛, 2009.

[4]王贤涛.金属材料纤维组织对零件使用性能及加工工艺的影响.机械工程材料.1998.

篇4：金属材料的力学性能

【关键词】金属材料；力学；性能

在机械加工领域，常研究的金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：材料强度与塑性、材料硬度、冲击韧性与疲劳强度。通过对金属材料力学性能的研究，在满足零部件加工性能的同时，更好更合理的选材。

一、强度与强度指标

金属材料在机械加工时，承受静载荷的作用，其抵抗塑性变形或断裂的能力称之为强度。载荷就是金属材料在使用及加工过程中所承受的各种外力，其中载荷分为静载荷、冲击载荷、交变载荷。顾名思义静载荷就是力的大小和方向均不发生变化的载荷，而冲击载荷就是冲击力比较大，作用在工件上的时间比较短、速度比较快，交变载荷与静载荷相反，力的大小和方向随时间发生周期性的变化。我们所研究的强度指标就是在静载荷作用下研究的。

屈服强度是用来表示金属材料强度指标最有效的形式。当金属材料受力达到一定程度出现屈服现象时，发生塑性变形并且变形能力不随力增加而改变，此时所对应的应力称之为屈服强度。

在机械加工领域，常用到的材料一般不允许存在塑性变形，这就决定了屈服强度是我们设计零部件和选材的最主要依据。

二、塑性与塑性指标

金属材料在机械加工时承受载荷作用时发生变形，当载荷增加一定程度时发生断裂，在断裂前所承受的最大塑性变形的能力我们称之为材料塑性。拉伸试验是我们获得金属材料的强度和塑性指标最有效的试验。首先把被测材料加工成标准试样，将试样安装在拉伸试验机上通过缓慢施加拉伸载荷，获得拉伸载荷与式样伸长量的关系，即拉伸曲线。

三、硬度和硬度试验

金属材料的硬度就是指金属材料抵抗局部塑性变形和破坏的能力。金属材料的力学性能中最重要的指标之一就是硬度。与拉伸试验相比，硬度试验相对操作比较简单，可以直接在零部件表面进行试验，比较直观，应用比较广泛。硬度试验方法种类比较多，最常用的有以下三种试验方法。

1、布氏硬度试验法

（1）布氏硬度试验原理

布氏试验就是先使用硬质合金球做压头压入金属表面，在施加一定的压力，在规定时间后消除试验力，最后测量压痕表面直径，根据试验压力，作用时间，压痕直径，带入公式，通过计算公式得出其硬度值。通过实验我们可以得出以下结论：布氏硬度值与压痕直径成正比例关系。

（2）布氏硬度特点及适用范围

由于在布氏硬度实验过程中，所用到的试验力和压头直径都比较大，所以压痕也比较大，测量起来比较直观准确，故能准确反映出硬度值。但是也存在一定缺陷，由于壓痕比较大，对金属表面的损伤程度也比较大，对于测量零部件表面质量要求比较高或薄壁零部件不适用布氏硬度试验。

2、洛氏硬度试验法

（1）洛氏硬度实验原理

洛氏硬度实验原理与布氏硬度试验相比，不同点在于把硬质合金球形压头改为金刚石圆锥压头，不是通过压痕直径来测量，而是通过压痕深度来测量硬度值。对于不同标尺下的硬度值必须转化为同一标尺才能进行比较。

（2）洛氏硬度特点及适用范围

由于洛氏硬度试验压头采用金刚石锥头，压痕较小，对零部件的损坏程度比较小，适用于测量一些薄壁及表面质量要求比较高的零部件，但存在一定的局限性，测量的硬度值不够准确。

3、维氏硬度试验法

维氏硬度试验压头区别于布氏和洛氏硬度，采用金刚石四棱锥体，维氏硬度试验压痕比较不明显，故可以测量薄壁零部件，但在实验过程中，对压痕对角线的测量比较复杂，增加试验难度。

四、冲击韧性与疲劳强度

由于金属材料在实际使用加工过程中所承受的载荷是多样的，也可能是多种载荷的叠加，常见的的载荷有静载荷，动载荷和交变载荷，只对静载荷研究远不够，对于冲击和疲劳载荷的研究意义重大。

1、冲击韧性

冲击载荷的研究只要通过冲击韧性来获得，冲击韧性主要通过弯曲试验获得。冲击抗力是通过冲击韧度来衡量，主要由材料的强度和塑性决定。

2、疲劳强度

实际生产中常会遇到这种现象，虽然材料承受力远低于屈服极限，但较长时间工作后也会发生断裂，这种现象就是金属疲劳。金属材料出现疲劳破坏时会出现以下特征：（1）疲劳断裂前不出现明显征兆，突然破坏。（2）引起疲劳破坏的应力并不是很大，往往远低于材料的屈服强度。（3）疲劳破坏需要经过三个阶段：裂纹形成、裂纹扩展、整体断裂。

五、结论

篇5：浅谈金属材料的物理性能

浅谈金属材料的物理性能

金属的物理性能主要考虑：

⑴密度（比重）：ρ=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度σb与密度ρ之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度ρ与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。

⑵熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。

⑶热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化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有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。

⑷磁性能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。