钢铁知识2----钢材分类及其有关基础知识

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线　　材：普线 高线 螺纹钢
型　　材：工字钢 槽钢 角钢 方钢 重轨 高工钢 H型钢 圆钢 不等边角钢 扁钢 轻轨 齿轮钢 六角钢 耐热钢棒 合结圆钢 合工圆钢 方管 碳工钢 轴承钢 碳结圆钢 不锈圆钢 轴承圆钢 矩型管 弹簧钢
板　　材：中厚板 容器板 中板 碳结板 锅炉板 低合金板 花纹板 冷板 热板 冷卷板 热卷板 镀锌板 电镀锌板 电镀锌卷 锰板 不锈钢板 硅钢片 彩涂板 彩钢瓦楞铁 镀锌卷板 热轧带钢
管　　材：焊管 不锈钢管 热镀锌管 冷镀锌管 无缝管 螺旋管 热轧无缝

一、黑色金属、钢和有色金属

  在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。

  1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。

  铁合金是由铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。

  2、把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。

  3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。

二、钢的分类

  钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：

　　1、按品质分类
　　(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）
　　(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）
　　(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）

　　2.、按化学成份分类
　　(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。
　　(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

　　3、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。

　　4、按金相组织分类
　　(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。
　　(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。
　　(3) 无相变或部分发生相变的

　　5、按用途分类
　　(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。
　　(2) 结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。　b.弹簧钢　c.轴承钢
　　(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。
　　(4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢
　　(5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

　　6、综合分类
　　(1)普通钢a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢
　　(2)优质钢（包括高级优质钢）
　　 a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；
　　　　　　　 (f)特定用途优质结构钢。
　　 b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；
　　　　　　　 (c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。

　　7、按冶炼方法分类
　　(1) 按炉种分a.平炉钢a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。
　　　　　　　　b.转炉钢a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。
　　　　　　　　c.电炉钢a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。
　　(2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢

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什么是特殊钢？
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0 R/ C; T" ~1 W) B) t' z+ {
" G2 f# |. l2 ~# h  对特殊钢尚无统一的定义和概念，一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比，特殊钢具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。
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$ u" G& _7 Z* V# m  我国与日本、欧盟对特殊钢的定义比较接近，将特殊钢分成优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10％）三大类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70％。主要钢种优特殊碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、合金结构钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢，以及高温合金、精密合金、电热合金等。目前世界上有近2000个特殊钢牌号、约50000个品种规格。特殊钢除了种类繁多之外，在规格上也表现出与普通钢不同的特点。除了板、管、丝、带、棒和异型材之外，还有复合材、表面合金化材、表面处理材、精锻材、精密铸件、粉末冶金制品等。
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一、我国钢号表示方法概述
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  钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准
7 c3 l, x& e: S1 E* D  g《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即：
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& k( J* q9 s$ O  [# T①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。
. }5 K( }- ?" W3 z' K  C, z8 W+ D1 _
7 u5 |. I6 a' P& c# s②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示。
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  C( X% H) ]; h3 y5 v# u. L8 f③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。
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! S: `) }& m; S- W0 D- Y二、我国钢号表示方法的分类说明

1．碳素结构钢

9 [3 l& o" o: {1 u9 R7 n①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235 MPa的碳素结构钢。
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& c# K" G1 }' W$ ^) D6 M6 `& c5 \* C②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。

9 E3 l6 O, U8 r* i% C4 E) y/ h③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。
9 T3 G% `$ D8 Q' Q! j" N$ V$ F
& q7 [# K) q: ~2 G+ h9 N) q2．优质碳素结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。

②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。

③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。

3．碳素工具钢

8 }9 o0 X' W. `! K" I& d9 \①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。

; L# G2 N  _, C②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。
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1 N: `6 d9 w3 I- U6 l③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。

④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。
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4．易切削钢
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①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。
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②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。

/ v( \$ Y7 [5 d. m: l7 L$ i1 J③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。
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/ J, R1 I) v- D& R5．合金结构钢

①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。

②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。
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6 I3 M" Q& s0 N: p④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。

! ]% h! o- j1 n, L9 `- d⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。

5 Z( v1 ^+ y  g$ r/ \8 F: m) ^! R6．低合金高强度钢
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①钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。
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# d8 ^/ P3 R+ u4 t7 A# o7 n②对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。
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7．弹簧钢
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. p5 E. `6 z9 }弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结钢相同。

; |% ^% b: i  D8．滚动轴承钢

①钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。

% E/ a* s5 ^$ e( Z( j②高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出，铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。

9．合金工具钢和高速工具钢

6 F4 }2 k, \& @0 ?* }/ H①合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0%时，不标出碳含量；当平均碳含量＜1.0%时，以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。
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②钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。
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' z& j, w6 J( d- N3 q% y③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。
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, u6 h$ u& u6 L7 S1 r; U10．不锈钢和耐热钢

3 L- [( W+ L; O2 `) J①钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%；若钢中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。

& ?* }* }% ]$ ?% ?②对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮……等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。
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11．焊条钢

它的钢号前冠以字母“H”，以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”，可以区别于不锈钢“2Cr13”。

12．电工用硅钢

①钢号由字母和数字组成。钢号头部字母DR表示电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。

②字母之后的数字表示铁损值（W/kg）的100倍。

③钢号尾部加字母“G”者，表示在高频率下检验的；未加“G”者，表示在频率为50周波下检验的。

例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。

13．电工用纯铁
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①它的牌号由字母“DT”和数字组成，“DT”表示电工用纯铁，数字表示不同牌号的顺序号，例如DT3。

②在数字后面所加的字母表示电磁性能：A——高级、E——特级、C——超级，例如DT8A。

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理论重量计算方法

2 K- J3 F. z, o+ i' z% v角钢：每米重量=0.00785*（边宽+边宽-边厚）*边厚
. l+ r  o5 s$ L* K$ O圆钢：每米重量=0.00617*直径*直径(螺纹钢和圆钢相同)
扁钢：每米重量=0.00785*厚度*边宽
管材：每米重量=0.02466*壁厚*（外径-壁厚）
2 i) P" I$ G7 I% ^$ N. F板材：每米重量=7.85*厚度
黄铜管：每米重量=0.02670*壁厚*（外径-壁厚）
, I9 n8 i0 P  |0 c" ~0 u; V8 S紫铜管：每米重量=0.02796*壁厚*（外径-壁厚）
' d/ S" u# D2 `1 Q5 y8 [铝花纹板：每平方米重量=2.96*厚度
& M+ H& ]2 t/ I/ c0 u3 l% i. A$ S: j有色金属比重：紫铜板8.9黄铜板8.5锌板7.2铅板11.37
有色金属板材的计算公式为：每平方米重量=比重*厚度

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对钢材性能产生影响的元素
1 D- e8 N, q8 M  I& l% Q* k( I9 _
0 V1 Q0 Q: M  j0 {4 C" @; d; r  　　钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量．
　　 （ 1 ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．
　　 （ 2 ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．
7 q7 l5 B" F8 R) K　　 （ 3 ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
$ c% h7 z/ I) z% N　　 （ 4 ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．
8 \% J3 V. L! h& t' o0 |' v$ U　　 （ 5 ）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．
　　 （ 6 ）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．
9 y4 j6 z0 @5 N　　 （ 7 ）铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．
* Q- b4 s3 Z. x　　 （ 8 ）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．
　 （ 9 ）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力．
5 ]1 d8 N  ]6 Z9 I" a- [　　 （ 10 ）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．
　　 （ 11 ）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力．
　　 （ 12 ）硼；当钢中含有微量的（ 0.001 － 0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．
7 N% K0 [, {& P9 N' W　　 （ 13 ）铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效．提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等．
　　 （ 14 ）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显．
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  m+ r4 {% G" E1 @3 U2 e# J9 a1 S
) M6 \% C" d# \0 m% i' L冶金术语

4 D1 i1 k, Y7 V6 L1 、烧结 sintering
7 U1 t. W) e( D    粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。
) y2 O) g6 u% ?+ q  N" e% f6 \% ]8 O  2 、填料 packingmaterial
, b" K. f. \$ t- J  在预烧或烧结过程中为了起分隔和保护作用而将压坯埋入其中的一种材料。
  3 、预烧 presintering
  在低于最终烧结温度的温度下对压坯的加热处理。
5 |' n4 L2 F3 @4 N  K  4 、加压烧结 pressure
5 p0 }5 m6 v, h$ ?6 N  V! C  在烧结同时施加单轴向压力的烧结工艺。
  5 、松装烧结 loose-powdersintering,gravitysintering
  粉末未经压制直接进行的烧结。
  6 、液相烧结 liquid-phasesintering
  至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结。
0 \6 l& O( X7 n8 Y5 ^5 N! C$ W  7 、过烧 oversintering
( T+ Q; t7 T" W& A8 d  烧结温度过高和（或）烧结时间过长致使产品最终性能恶化的烧结。
  8 、欠烧 undersintering
  烧结温度过低和（或）烧结时间过短致使产品未达到所需性能的烧结。
  9 、熔渗 infiltration
, Q+ U& i- P: h  U7 Z1 H& h1 @- k5 A" }  用熔点比制品熔点低的金属或合金在熔融状态下充填未烧结的或烧结的制品内的孔隙的工艺方法。
  10 、脱蜡 dewaxing,burn-off
  用加热排出压坯中的有机添加剂（粘结剂或润滑剂）。
  11 、网带炉 meshbeltfurnace
# K- S: }  O6 m/ W5 v& |  一般由马弗保护的网带将零件实现炉内连续输送的烧结炉。
  12 、步进梁式炉 walking-beamfurnace
  通过步进梁系统将放置于烧结盘中的零件在炉内进行传送的烧结炉。
  13 、推杆式炉 pusherfurnace
  将零件装入烧舟中，通过推进系统将零件在炉内进行传送的烧结炉。
  14 、烧结颈形成 neckformation
  烧结时在颗粒间形成颈状的联结。
  15 、起泡 blistering
  由于气体剧烈排出，在烧结件表面形成鼓泡的现象。
  16 、发汗 sweating
  压坯加热处理时液相渗出的现象。
% f: v0 O. I( m3 Z" T; B  17 、烧结壳 sinterskin
6 @# C  S3 W; }1 z  烧结时，烧结件上形成的一种表面层，其性能不同于产品内部。
  18 、相对密度 relativedensity
& _% K, k2 X3 `3 V7 L) d  A$ H  多孔体的密度与无孔状态下同一成分材料的密度之比，以百分率表示。
  19 、径向压溃密度 radialcrushingstrength
8 A& Z  d, R1 Y+ d) x$ M1 z+ C" t  通过施加径向压力测定的烧结圆筒试样的破裂强度。
5 u( N  J4 I2 \" p0 W  20 、孔隙度 porosity
  多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比。
9 N& {7 }# V2 O/ ?* u- Q: g8 s1 G  21 、扩散孔隙 diffusionporosity
) W% o( l9 N( n* {: S  由于柯肯达尔效应导致的一种组元物质扩散到另一组元中形成的孔隙。
" p0 o- L6 }5 G' p  22 、孔径分布 poresizedistribution
& D2 H( s/ j: Y" X# F) R' p  材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。
  23 、表观硬度 apparenthardness
  在规定条件下测定的烧结材料的硬度，它包括了孔隙的影响。
' {( [6 }5 z8 n+ J7 w4 ]  24 、实体硬度 solidhardness
  在规定条件下测定的烧结材料的某一相或颗粒或某一区域的硬度，它排除了孔隙的影响。
  25 、起泡压力 bubble-pointpressure
, B1 v7 K' N$ I1 L# Q# E  迫使气体通过液体浸渍的制品产生第一气泡所需的最小的压力。
  26 、流体透过性 fluidpermeability
  在规定条件下测定的在单位时间内液体或气体通过多孔体的数量。