1、淺談機械工程材料的展望××縣中等職業技術學校 陳××摘要：近年來，隨著科學技術的發展，許多新型非金屬機械工程材料進入我們的生產和生活，并且在性能和作用上體現出出乎意料的的優越性。機械工程材料有金屬材料、高分子材料、復合材料、陶瓷材料。關鍵詞：金屬材料 高分子材料 復合材料 陶瓷材料機械工程材料是指用于制造各類機械零件、構件的材料和在機械制造過程中所應用的工藝材料。人類最先利用的材料是自然材料中的石頭、木頭、泥土、獸皮，發明火以后，可以使用陶器和瓷器，青銅是金屬材料的最早使用，煉鐵和煉鋼豐富和發展了機械材料，鋼鐵是機械材料的主要材料，提高鋼鐵等金屬材料的使

2、用性能和加工性能是19世紀至21世紀材料專家的主要研究內容，非金屬材料，如高分子材料和現代陶瓷是21世紀材料工作者的研究目標。一、機械工程材料簡史人類在同自然界的斗爭中，不斷改進用以制造工具的材料。最早是用天然的石頭和木材制作工具，以后逐步發現和使用金屬。中國使用金屬材料的歷史悠久，在兩千多年前的考工記中就有“金之六齊”的記載，這是關于青銅合金成分配比規律最早的闡述。人類雖早在公元前已了解金、銀、銅、汞、錫、鐵、鉛等多種金屬，但由于采礦和冶煉技術的限制，在相當長的歷史時期內，很多器械仍用木材制造或采用鐵木混合結構。直到1856年英國人塞麥發明轉爐煉鋼法，18561864年德國人西門子和法國人馬

3、丁發明平爐煉鋼以后，大規模煉鋼工業興起，鋼鐵才成為最主要的機械工程材料。到20世紀30年代，鋁（鋁合金）、鎂（鎂合金）等輕金屬逐步得到應用。第二次世界大戰后，科學技術的進步促進了新型材料的發展，球墨鑄鐵、合金鑄鐵、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、鎳合金、鈦合金和硬質合金等相繼形成系列并擴大應用。同時，隨著石油化學工業的發展，促進了合成材料的興起，工程塑料、合成橡膠和膠粘劑等在機械工程材料中的比重逐步提高。另外，寶石、玻璃和特種陶瓷材料等也逐步擴大在機械工程中的應用。二、機械工程材料的分類機械工程材料涉及面很廣，按屬性可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料包括黑色金屬和有色金屬。有色金屬用量雖只占金

4、屬材料的5%，但因具有良好的導熱性、導電性，以及優異的化學穩定性和高的比強度等，而在機械工程中占有重要的地位。非金屬材料又可分為無機非金屬材料和有機高分子材料。前者除傳統的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料外，還包括氮化硅、碳化硅等新型材料以及碳素材料等。后者除了天然有機材料如木材、橡膠等外，較重要的還有合成樹脂。此外，還有由兩種或多種不同材料組合而成的復合材料。這種材料由于復合效應，具有比單一材料優越的綜合性能，成為一類新型的工程材料。機械工程材料也可按用途分類，如結構材料（結構鋼）。工模具材料（工具鋼）。耐蝕材料（不銹鋼）、耐熱材料（耐熱鋼）、耐磨材料（耐磨鋼）和減摩材料等。由于材料與工藝緊密聯系

5、，也可結合工藝特點來進行分類，如鑄造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，也可直接制造各種精密機械零件，已發展成一類粉末冶金材料。三、機械工程材料的發展方向機械產品的可靠性和先進性，除設計因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質量和性能。新型材料的發展是發展新型產品和提高產品質量的物質基礎。各種高強度材料的發展，為發展大型結構件和逐步提高材料的使用強度等級，減輕產品自重提供了條件;錘式破碎機結構:錘式破碎機箱體,高性能的高溫材料、耐腐蝕材料為開發和利用新能源開辟了新的途徑。現代發展起來的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質材料、單晶

6、體材料、精細陶瓷和新合金材料等，對于研制新一代的機械產品有重要意義。如碳纖維比玻璃纖維強度和彈性更高，用于制造飛機和汽車等結構件，能顯著減輕自重而節約能源。精細陶瓷如熱壓氮化硅和部分穩定結晶氧化鋯，有足夠的強度，比合金材料有更高的耐熱性，能大幅度提高熱機的效率，是絕熱發動機的關鍵材料。還有不少與能源利用和轉換密切有關的功能材料的突破，將會引起機電產品的巨大變革。隨著科學技術的發展，尤其是材料測試分析技術的不斷提高，如電子顯微技術、微區成分分析技術等的應用，材料的內部結構和性能間的關系不斷被揭示，對于材料的認識也從宏觀領域進入微觀領域。在認識各種材料的共性基本規律的基礎上，正在探索按指定性能來設

7、計新材料的途徑。四、機械工程材料的展望（一）金屬材料依然在材料家族占有統治地位金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。金屬材料具有力學性能全面，可靠性高，使用安全；有良好的溫度使用范圍；良好的工藝性能；儲量豐富，適合大規模應用。尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應用較為廣泛，前景依然不錯，這種狀況將持續很長時間，非金屬材料的研究進展將決定這種狀態的時間長短。 （二）高分子材料在當今世界乃至未來的世紀都充當著舉足重輕的角色高分子材料在當今世界乃至未來的世紀都充當著舉足重輕的角色，尤其是在在開發新型替代能源方面,

8、在節約資源、能源和保護生態環境方面更是發揮著不可替代的作用。新時代的高分子材料更是與各行各業緊密不可分，科學家將在更多方面探究高分子材料，與時代低碳節能的生活呼應，高分子材料與產品也會越來越適應這時代的主題。天然高分子是生命起源和進化的基礎。過去一開始使用天然高分子材料，再后來高分子材料也只是用在很低劣的加工技術合成產品，使用率不高，雖然在各個行業，生活各處應用廣泛，當今社會日新月異，無論是對高分子材料還是加工技術都要求很高，高分子材料更像多功能方向發展，技術也要越來越成熟與節能。而且也在回收利用的方面也有很高要求。在現在高分子材料在國民經濟中與鋼鐵、木材、水泥一起并稱為四大基礎材料，被認為是

9、推動社會生產力房展的新型材料，現在已被用在各行各業的生產。相比傳統的金屬件，高性能的塑料件具有成本低、重量輕、可塑性強、原材料渠道多樣化、可替換性強等諸多優點。目前世界不少轎車的塑料用量已經超過每輛120千克，個別車型還要高，德國高級轎車用量已經達到每輛300 千克。國內一些轎車的塑料用量已經達到每輛200 千克。可以預見，隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛。高分子材料在國防、航天、航天科技領域和醫學領域也有重要地位。（三）現代高科技的發展離不開復合材料復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，它可以發揮各種材料的優點，克服單一材料的缺陷，擴大材料的應用

10、范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，在近幾年更是得到了飛速發展。從應用上看，復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛浴設備等，此類產品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業是復合材料最大的用戶，今后發展潛力仍十分巨大，目前還有許多新技術正在開發中。例如，

11、為降低發動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求，發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時，隨著近年來人們對環保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產品；而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。（四）陶瓷材料在特殊行業和領域有著廣泛的應用陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。可用作結構材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。最常用的氮化物陶瓷為氮化硅和氰化硼。氮化硅陶瓷具有很高的硬度，有自潤滑作用，摩擦系數小，耐磨性好，抗氧化能力強，抗熱振性大大高于其他陶瓷。它具有優良的化學穩定性，能耐除氫氟酸以外的其他酸和堿性溶液的腐蝕，以及抗熔融有色金屬的侵蝕。它還具有優良的絕緣性能及低的熱膨脹性。其中，由熱壓燒結法制成的氮化