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有金属是指除铁、铬、锰以外的金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等功能合金以及金属基复合材料等。一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
金属从液体状态转变为固体(晶体)状态的过程叫做金属的结晶。冷却曲线和过冷现象物质冷却过程中温度和时间的关系曲线叫冷却曲线。金属结晶的冷却曲线可用热分析法测定,其测定过程如下:先将金属熔化并使温度尽可能均匀,然后以一定的速度冷却,记录下温度间变化的数据,并将其绘制在温度-时间坐标中,便可获得如图1所示的冷却曲线。由于结晶时放出的结晶潜热补偿了金属向外界散失的热量,冷却曲线上出现了一段水平线,这段水平线所对应是温度就是金属的实际结晶温度。实验表明,金属的实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度(平衡结晶温度)T0,这种现象叫做过冷。过冷是结晶的必要条件,T1和T0之间的差值△T叫做过冷度,即△T=T0-T1。
但这类钢的红硬性差,即当工作温度大于250℃时,钢的硬度和耐磨性就会急下降而失去工作能力。另外,碳素工具钢如制成较大零件则不易淬硬,而且容易产生变形和裂纹。在钢中除含有铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外,还含有一定量的合金元素,钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、铬、钒 、钛、铌、硼、铝、稀土等其中的一种或几种,这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统,随各自的次源情况、生产和使用条件不同而不同,国外以往曾发展镍、铬钢系统,我国则发展以硅、锰、矾、钛、铌、硼、稀土为主的合金钢系统。