金屬的基本特性
金屬材料性能為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能(使用性能)及其在冷熱加工過(guò)程中材料應(yīng)具備的性能(工藝性能)。
材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等)、化學(xué)性能(耐用腐蝕性、抗氧化性)，力學(xué)性能也叫機(jī)械性能。
材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。
(一)、機(jī)械性能
機(jī)械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性。
1、強(qiáng)度：材料在外力(載荷)作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱(chēng)應(yīng)力。
2、屈服點(diǎn)(бs)：稱(chēng)屈服強(qiáng)度，指材料在拉抻過(guò)程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生0.2%L。時(shí)應(yīng)力值，單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。
3、抗拉強(qiáng)度(бb)也叫強(qiáng)度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。
4、延伸率(δ)：材料在拉伸斷裂后，總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。
5、斷面收縮率(Ψ)材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測(cè)定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。
7、沖擊韌性(Ak)：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米2(J/cm2)。
對(duì)低碳鋼拉伸的應(yīng)力——應(yīng)變曲線分析
1.彈性：εe=σe/E， 指標(biāo)σe，E
2.剛性：△L=P?l/E?F 抵抗彈性變形的能力強(qiáng)度
3.強(qiáng)度： σs---屈服強(qiáng)度，σb---抗拉強(qiáng)度
4.韌性：沖擊吸收功Ak
5.疲勞強(qiáng)度： 交變負(fù)荷σ-1＜σs
6.硬度 HR、HV、HB
Ⅰ階段 線彈性階段 拉伸初期 應(yīng)力—應(yīng)變曲線為一直線，此階段應(yīng)力最高限稱(chēng)為材料的比例極限σe.
Ⅱ階段 屈服階段 當(dāng)應(yīng)力增加至一定值時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線出現(xiàn)水平線段(有微小波動(dòng))，在此階段內(nèi)，應(yīng)力幾乎不變，而變形卻急劇增長(zhǎng)，材料失去抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱(chēng)屈服，相應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服應(yīng)力或屈服極限，并用σs表示。
Ⅲ階段 為強(qiáng)化階段，經(jīng)過(guò)屈服后，材料又增強(qiáng)了抵抗變形的能力。強(qiáng)化階段的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，稱(chēng)材料的強(qiáng)度極限。用σb表示，強(qiáng)度極限是材料所能承受的最大應(yīng)力。
Ⅳ階段 為頸縮階段。當(dāng)應(yīng)力增至最大值σb后，試件的某一局部顯著收縮，最后在縮頸處斷裂。
對(duì)低碳鋼σs與σb為衡量其強(qiáng)度的主要指標(biāo)。
剛性：△L=P?l/E?F，抵抗彈性變形的能力。
P---拉力，l---材料原長(zhǎng)，E---彈性模量，F(xiàn)---截面面積
塑性變形：外力去處后，不能恢復(fù)的變形，即殘余變形稱(chēng)塑性變形。
材料能經(jīng)受較大塑性變形而不破壞的能力，稱(chēng)為材料的塑性或延伸性。
衡量材料塑性的兩個(gè)指標(biāo)是延伸率和斷面收縮率。
延伸率δ=(△l0/l)×100% 斷面收縮率ψ=((A-A1)/A)×100%
韌性(沖擊韌性)：常用沖擊吸收功 Ak 表示，指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的力。
疲勞強(qiáng)度：材料抵抗無(wú)限次應(yīng)力(107)循環(huán)也不疲勞斷裂的強(qiáng)度指標(biāo)，交變負(fù)荷σ-1＜σs為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
硬度：材料軟硬程度。
測(cè)定硬度試驗(yàn)的方法很多，大體上可以分為彈性回條法(肖氏硬度)壓入法(布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度)和劃痕法(莫氏硬度)等三大類(lèi)，生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的是壓入法。它是將一定形狀、尺寸的硬質(zhì)壓頭在一定大小載荷作用下壓入被測(cè)材料表層，以留下的壓痕表面面積大小或深度計(jì)算材料的硬度值。
由于硬度測(cè)定時(shí)的測(cè)定規(guī)范，所用儀器設(shè)備等不同，用壓入法井臺(tái)測(cè)定材料的硬度的方法也有多種。
常用的方法是布氏硬度法(HB)，維氏硬度法(HV)，洛氏硬度法(HR)。
(二)、工藝性能
指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。
8、鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿(mǎn)鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。
9、焊接性能：指金屬材料通過(guò)加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿(mǎn)足使用目的的特性。
10、頂氣段性能：指金屬材料能承授予頂鍛而不破裂的性能。
11、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α(外角)或彎心直徑d對(duì)材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，則材料的冷彎性愈好。
12、沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進(jìn)行沖壓叫冷沖壓。檢驗(yàn)方法用杯突試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。
13、鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。
(三)、化學(xué)性能
指金屬材料與周?chē)橘|(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。
14、耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。
15、抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。
從植物中收獲金屬
1995年，俄羅斯奧爾登堡大學(xué)的生物學(xué)家梅格列特在研究一種叫蓼的一年生草本植物時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)蓼的葉子中含有異常高的鋅、鉛、鎘等金屬。這是否表明蓼有從土壤中吸收這些金屬的“嗜好呢”？于是他帶著這個(gè)疑問(wèn)，在一些被鋅、鉛、鎘之類(lèi)金屬污染過(guò)的土地上種了大量的蓼。這些蓼長(zhǎng)得非常茂盛，葉子又大又厚，結(jié)果在1 公頃的土地上，一個(gè)季節(jié)就收獲了大量的蓼。梅格列特將蓼草放入800 ℃的爐子里燒，草化為灰燼，結(jié)果從中得到了1.3千克鎘、23千克鉛、322千克鋅。
最近，德國(guó)奧爾登大學(xué)的一個(gè)試驗(yàn)小組已在一處廢金屬堆放場(chǎng)引種俄羅斯大蓼獲得成功?，F(xiàn)在該試驗(yàn)小組已從德國(guó)各地尤其是環(huán)保組織接到了大量訂單，同時(shí)還為推廣這項(xiàng)研究成果專(zhuān)門(mén)成立了一家商業(yè)性公司。它的業(yè)務(wù)活動(dòng)已引起德國(guó)軍事部門(mén)的很大興趣，因?yàn)闅v史上的各種軍事演習(xí)場(chǎng)包括二戰(zhàn)時(shí)期用作化學(xué)武器倉(cāng)庫(kù)的地方都有待改造，消除污染，公司方面業(yè)已應(yīng)約在那些地方種下了大蓼，以?xún)艋h(huán)境，回收有害金屬。
最近還有文獻(xiàn)報(bào)到，美國(guó)加利福尼亞的專(zhuān)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，野生芥菜有從土壤中蓄積鎳的功能，他們把種植的半公頃的野生芥菜桿割下來(lái)，曬干再燒成灰，每100克芥菜灰中獲得了15-20克鎳。他們目前正著手培育蓄積金屬能力更強(qiáng)的芥菜新品種，預(yù)計(jì)可以從每平方米的土地上獲取12克鎳。盡管通過(guò)這種方式獲取鎳的效果遠(yuǎn)不及其它辦法，但對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。
科學(xué)研究證明，植物在千百萬(wàn)年漫長(zhǎng)的進(jìn)化演變過(guò)程中，已經(jīng)練就了一身非凡絕招，許多植物有累積某些金屬元素的能力。如堇菜好鋅、香薷含銅比較豐富、煙草含鈾特別多，還有紫云英含硒、苜蓿含鉭、石松含錳格外豐富。生長(zhǎng)在含黃金特別多的土壤中的玉米或木賊草，燒成灰，每噸竟可以提取到10克黃金。有些植物能累積稀有金屬，如鉻、鑭、釔、鈮、釷等，被稱(chēng)為“綠色稀有金屬庫(kù)”。它們對(duì)稀有金屬的聚集能力要比一般植物高出幾十倍、成百倍，甚至上千倍。比如鉻，在一般植物中用光譜檢測(cè)也很難發(fā)現(xiàn)，而鳳眼蘭卻能在根上累積鉻，其含量可達(dá)到0.13％。
這一系列的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)家們的極大興趣，被人們稱(chēng)為“綠色冶金”技術(shù)。專(zhuān)家預(yù)言如果這一成果取得突破性的進(jìn)展，人類(lèi)將有可能通過(guò)種植植物來(lái)獲得所需的金屬，同時(shí)還可以改善遭受人類(lèi)破壞的環(huán)境。
注：圖片為金屬釹
