金属工艺学第单元.doc

第一单元 高级工程材料 材料的类型 材料可以按多种方法分类。科学家常根据状态将材料分为：固体、液体或气体。他们也把材料分为有机材料(曾经有生命的)和无机材料(从未有生命的)organic (once living) and inorganic (never living) materials.。 就工业效用而言，材料被分为工程材料和非工程材料engineering materials or nonengineering materials.。那些用于加工制造并成为产品组成部分的就是工程材料。 非工程材料则是化学品、燃料、润滑剂以及其它用于加工制造过程但不成为产品组成部分的材料。 工程材料还能进一步细分为：①金属材料②陶瓷材料③复合材料 ④聚合材料①Metal ②Ceramics ③Composite ④Polymers,，等等。 金属和金属合金 金属就是通常具有良好导电性和导热性electrical and thermal conductivity.的元素。许多金属具有高强度、高硬度以及良好的延展性 ductility.。某些金属能被磁化，例如铁、钴和镍 iron, cobalt and nickel,。在极低的温度下，某些金属和金属化合物intermetallic compounds能转变成超导体superconductors。 合金与纯金属pure metal的区别是什么？纯金属是在元素周期表periodic table.中占据特定位置的元素。例如电线 electrical wires 中的铜和制造烹饪箔及饮料罐的铝。合金包含不止一种金属元素。合金的性质能通过改变其中存在的元素而改变。金属合金的例子有：不锈钢stainless steel 是一种铁、镍、铬的合金，以及金饰品gold jewelry 通常含有金镍合金。 为什么要使用金属和合金？许多金属和合金具有高密度 densities，因此被用在需要较高质量体积比mass-to-volume ratio.的场合。某些金属合金，例如铝基合金，其密度低，可用于航空航天以节约燃料。许多合金还具有高断裂韧性，这意味着它们能经得起冲击并且是耐用的。 金属有哪些重要特性？ 密度 Density定义为材料的质量与其体积之比。大多数金属密度相对较高，尤其是和聚合物相比较而言。高密度材料通常由较大原子序数原子构成，例如金和铅。然而，诸如铝和镁之类的一些金属则具有低密度，并被用于既需要金属特性又要求重量轻的场合。 断裂韧性 Fracture toughness可以描述为材料防止断裂特别是出现缺陷时不断裂的能力。金属一般能在有缺口和凹痕的情况下不显著削弱，并且能抵抗冲击。橄榄球运动员据此相信他的面罩不会裂成碎片。 塑性变形Plastic deformation 就是在断裂前弯曲或变形的能力。作为工程师，设计时通常要使材料在正常条件下不变形。没有人愿意一阵强烈的西风过后自己的汽车向东倾斜。然而，有时我们也能利用塑性变形。汽车上压皱的区域在它们断裂前通过经历塑性变形来吸收能量。 金属的原子连结对它们的特性也有影响。在金属内部，原子的外层阶电子由所有原子共享并能到处自由移动。由于电子能导热和导电，所以用金属可以制造好的烹饪锅和电线。 因为这些阶电子吸收到达金属的光子，所以透过金属不可能看得见。没有光子能通过金属。 合金是由一种以上金属组成的混合物。加一些其它金属能影响密度、强度、断裂韧性、塑性变形、导电性以及环境侵蚀。例如，往铝里加少量铁可使其更强。同样，在钢里加一些铬能减缓它的生锈过程，但也将使它更脆。 陶瓷和玻璃 陶瓷通常被概括地定义为无机的非金属材料。照此定义，陶瓷材料也应包括玻璃；然而许多材料科学家添加了“陶瓷”必须同时是晶体物组成的约定。 玻璃是没有晶体状结构的无机非金属材料。这种材料被称为非结晶质材料。 复合材料 复合材料由两种或更多材料构成。例子有聚合物/陶瓷和金属/陶瓷复合材料。之所以使用复合材料是因为其全面性能优于组成部分单独的性能。例如：聚合物/陶瓷复合材料具有比聚合物成分更大的模量，但又不像陶瓷那样易碎。 复合材料有两种：纤维加强型复合材料和微粒加强型复合材料。 第二单元 金属的热处理 对热处理heat treatment 的理解包含于对冶金学metallurgy.较广泛的研究。冶金学是物理学、化学和涉及金属从矿石提炼到最后产物final product. 的工程学。热处理是将金属在固态solid state加热和冷却以改变其物理性能physical properties.的操作。按所采用的步骤，钢可以通过硬化来抵抗切削cutting act