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浅谈金属材料的发展 摘要：金属材料曩一种历史悠久发展成熟的工程材料，金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有 良好的导电性、导热性和铁磁性。因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。 关奠词：金属材料；分类；机械性能；发展 前言 金属材料是一种历史悠久发展成熟的工 程材料。我国早在商朝即有青铜器出现，春秋战 国时代开始使用铁器。铝合金的运用亦已有一 百年的历史，就连钛合金都已发展六十多年了． 随着人类文明的演进，金属材料一直扮演着重 要的角色，举凡与我们生活息息相关的食，农，住， 行，无不处处见其踪迹，例如陆、海、空、各类运输 工具、桥梁、建筑、机械工具，国防重工业等不胜 枚举。 l金属材料分类 金属材料的基本元素是金属。笼统地说， 金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐 热、耐寒．可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好 的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和 现代科学技术中最重要的材料。 金属材料按冶金工业可分为两大类：黑色 金属和有色金属(见表1)。 2金属材料的机械性能 金属材料的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 机械性能、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 为机械性能(或称为力学性能)。 金属材料的机械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 要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包 括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力 和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性 能。 2．1强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破 坏(过量塑性变形或断裂)的性能。由于载荷的 作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以 强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗 剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中 一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。 2．2塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形(永久变形)而不破坏的能力。 23硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目 前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度 法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下 压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度 来测定其硬度值。常用的方法有布氏硬度 (HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度 (HV)等方法。 2．4疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属 在静载荷作用下的机械性能指标。实际上。许多 机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条 件下零件会产生疲劳。 2．5冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲 击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能 力叫做冲击韧性。 3金属材料的发展历程 面对2l世纪人类科技虽然已推进到太空时代，电子资讯时代，各种新兴的材料如高 分子材料，半导体材料。光电材料的白热化竞争， 金属材料却未因而失去其魅力，反之在电脑，程 控，材料等科技的支援下，金属材料不断开发出 新的应用领域，仍是充满着无限发展的生命力． 如钢铁材料的年用量从战后的不足二亿吨，以 快速的成长到目前的七亿多盹，是仅次于混凝 土用量排名第二的工程材料，而铝、镁、钛因其 轻金属的一些特性。成为电子资讯产业中新兴 的结构材料，用于机壳，内构件，以及支架．虽然轻 金属应用与制造由来已久，但是在新兴产业中 一直未受到太大的关注，直到20世纪80年代 中期开始，欧美汽车工业希望朝轻量化发展时。 才开始重视轻金属的应用．轻金属合金因为符 合能源节约，降低空气污染，可回收再生及制程 清洁环保等诉求，所以逐渐受到重视且已应用 在实际产品上，现今商品汰换速度极快，产品使 用周期缩短而大量增加废弃产品。世界各国均 订定相关环保法令，要求厂商回收报废产品．轻 金属大多具有易回收再利用之优点，此外精炼 技术的不断改善，也大幅增加了回收效率，更充 分达到资源再利用的目的。铝合金发展至今已 超过100年以上，因此应用范围极广，成为重要 的基本材料之一，其规模仅次于钢铁工业，远大 。于镁合金，钛合金及工程塑胶等结构材料产业。 如今，除了航空工业之外，日常生活用品也有许 多应用铝合金的产品，例如铝门窗，自