意义
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器
时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时
代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的
重要物质基础。
种类
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
（1）黑色金属，又称钢铁材料，包括含铁 90%以上的
工业纯铁，含碳 2%-4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各
种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密
合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
（2）有色金属，是指除铁、铬、锰以外的所有金属及
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。有色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。
（3）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。其中有通过快速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、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基
复合材料等。
性能
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。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料
表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈
腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不
同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为
力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零
件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、
压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性
能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击
韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
金属材料特性
Vol.1 疲劳
许 多机械零件和工程构件，是承受 交变 载荷工作的。在 交变 载
荷的作用下， 虽然 应力 水平低 于材料的 屈服 极限， 但经 过 长 时 间 的
应力 反 复循环作用以后，也会发 生突然脆 性 断裂 ， 这 种现 象叫做 金
属材料的疲劳。金属材料疲劳 断裂 的特 点 是：
（1）载荷应力是 交变 的；
（2）载荷的作用时 间较长 ；
（3） 断裂 是 瞬 时发 生 的；
（4） 无论 是塑性材料还是 脆 性材料，在疲劳 断裂区 都是 脆 性
的。所以，疲劳 断裂 是工程上 最 常 见 、 最危险 的 断裂 形 式 。
金属材料的疲劳现 象 ， 按 条件不同可分为下 列几 种：
# 1 高 周 疲劳
指在 低 应力（工作应力 低 于材料的 屈服 极限， 甚至低 于 弹 性极限）
条件下，应力循环 周 数在 100000 以上的疲劳，它是 最 常 见 的一种疲
劳破坏。高 周 疲劳一般 简 称为疲劳。
# 2 低周 疲劳
指在高应力（工作应力 接近 材料的 屈服 极限） 或 高应 变 条件下，应
力循环 周 数在 10000 ~ 100000 以下的疲劳。由于 交变 的塑性应 变 在 这
种疲劳破坏中 起 主要作用， 因而 ，也称为塑性疲劳 或 应 变 疲劳。
# 3 热疲劳
指由于温度 变 化所 产生 的热应力的 反 复作用，所造成的疲劳破坏。
# 4 腐蚀疲劳
指机器 部 件在 交变 载荷和腐蚀介质（如 酸 、 碱 、 海水 、 活 性 气体
等）的 共 同作用下，所 产生 的疲劳破坏。
#5 接触 疲劳
这 是指机器零件的 接触 表 面 ，在 接触 应力的 反 复作用下，出现
麻点剥落或 表 面 压 碎剥落 ， 从而 造成机件 失效 破坏。
Vol.2 塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下， 产生永久变 形
（塑性 变 形） 而 不 被 破坏的能力。金属材料在受 到 拉伸时， 长 度和
横截面积 都要发 生变 化， 因此 ，金属的塑性可以用 长 度的伸 长 （ 延
伸 率 ）和 断面 的 收 缩（ 断面收 缩 率 ）两 个 指标来 衡量 。
金属材料的 延 伸 率 和 断面收 缩 率愈 大，表 示该 材料
的塑性 愈 好， 即 材料能承受 较 大的塑性 变 形 而 不破坏。一般 把
延 伸 率 大于 百 分之 五 的金属材料称为塑性材料（如 低 碳钢等），
而把延 伸 率 小于 百 分之 五 的金属材料称为 脆 性材料（如 灰口 铸
铁等）。塑性好的材料，它能在 较 大的 宏观 范围 内产生 塑性 变
形，并在塑性 变 形的同时使金属材料 因 塑性 变 形 而 强化， 从而
提 高材料的强度， 保证 了零件的 安全 使用。 此 外，塑性好的材
料可以 顺利地 进 行某些 成 型 工艺加工，如冲压、冷 弯 、冷 拔 、
校直 等。 因此 ，选 择 金属材料作机械零件时， 必须满足 一定的
塑性指标。
Vol.3 耐 久 性
建筑 金属腐蚀的主要形态：
（1）均 匀 腐蚀。金属表 面 的腐蚀使 断面 均 匀变薄 。 因此 ，常用 年
平 均的 厚 度减 损值 作为腐蚀性能的指标（腐蚀 率 ）。钢材在大 气 中
一般 呈 均 匀 腐蚀。
