先进金属材料概论与发展

先进金属材料概论与发展

摘要：根据讲座内容，通过阅读资料文献，对1：金属材料的特性及其影响因素，2：金属的发展及发展新方向进行了学习和整理讨论。

关键词：金属材料；特性；发展

随着人类社会的发展，历史证明：材料是人类生存和发展的物质基础，是人类文明的重要支柱。远古时代，人类使用石器作为主要工具，并在此过程中认识了矿石，在陶瓷生产中开始了冶金术，这里的金即是指金属，公元前5000年，人类进入了青铜时代，前1200年，人类进入了铁器时代，并引起了之后钢铁制造工业的迅速发展，成为了在18世纪产业革命的物质基础以及重要内容。

当今国际社会有共同的认识，材料、能源和信息技术是现代文明的三大支柱。材料对于社会、经济的影响面大，带动作用强，作为支撑国民经济发展的基础，是社会文明的重要标志。

一：材料及分类

材料的分类就大的类别来说，可以分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四类。按照使用性能来分，可分为结构材料和功能材料。还可以从其应用对象来分。

二：金属材料的一般特性

金属学研究的中心内容是：金属材料的成分、组织结构、性能三者之间的关系及变化规律。

金属材料，尤其是钢铁，对人类文明发挥着重要的作用，一方面是由于它本身具有比其他材料更加优越的综合性能，能够更适应科技和生活方面提出的各种不同的要求；另一方面，是由于它始终蕴藏着的在性能、数量、质量方面的巨大潜力，能够随着日益增长的要求不断发展和更新。

1：金属材料的工艺性能

金属材料从冶炼到制造成器件使用，需要经过铸造、压力加工、机械加工、热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，其所具有的那种能够适应实际生产要求的能力统称为工艺性能，如铸造性、锻造性、深冲性、弯曲性、切削性、焊接性、淬透性等。这种性能虽然是金属材料本身固有的，但要如何测试和表达它是一个很复杂的问题，很多企求用单一的物理参量来表示是相当困难的。于是工程上将特定的所谓流动性、填充性、凝固收缩性、热裂性等综合来表示铸造性能，其他也作类似处理。

并且为了方便进行预测或是比较，工程上多采用模拟实验的方法，测出所规定的数值指标，来作为判别工艺性能的规定标准。但是，严格的说，它只能在一定的程度上或近似地反映材料本身表现出来的实际工艺性能，不过它具有实用价值，像测试也比较方便，还是被广泛采用。

2：使用性能

金属材料制作成工件后，在使用过程中，要求其能适应或是抵抗作用到它上面的各种外界作用。它们包括诸如力学、化学、辐射、电磁场以及冷热作用等，这些作用有强有弱，有大有小，有单一有符合。金属材料满足这些要求的能力，合起来统称使用性能，分别成为力学性能、抗腐蚀性能、电磁性能、耐热性能等。

这些性能大部分可以和材料的一些基本物理量直接联系，但是在工业上也大多采用模

拟实验指标来表示。例如我们所知道的在拉伸试验中测出的所谓屈服强度、拉伸强度、伸长率等，这些指标和实际有一定的距离，因此，改进现有的技术和创造新的测试技术，来更加方便、准确地用实验室的小试样反映材料各种构件在使用中的实际性能，也成为了材料潜力发挥的重要领域。

3：性能联系

工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能，它们的好与坏、高与低，有时是一致的，有时却是互相矛盾的。由此可见，工艺性能和使用性能之间的矛盾解决过程也是一个促进金属材料发展的过程。

成分、结构和组织三者既相互区别，又相互渗透，在不同程度上相互制约着，综合决定金属材料的性能。化学成分是基础，在其一定时，某些性能由结构类型所控制。

金属的另一类性能，对结构组织的反映很敏感，称为对结构组织敏感的性能，在这些性能上，组织和结构才能显示出作用。

三：金属材料性能的决定因素

金属材料在性能方面表现的多样性、多变性和特殊性，使它拥有了其他材料没有的优越性能，并且这些优越性能是在一定的外在条件下的反映。总的来说，决定金属材料性能的基本因素是化学成分和组织结构。

1：化学成分

组成金属材料的主要是金属元素，金属作为元素的一个大类，其原子结构具有区别于其他元素的共性，这也决定了金属原子结构键的特点，而这又在一定程度上决定了内部原子集合体的结构特征。金属材料有别于其他材料的根本原因就是其内部的金属键结合。

不同金属材料之间的差别仅是量上的差别，而非质上的。这个量上的差别在给定的外界条件下是受材料的化学成分制约的。

2：组织结构

同一化学成分，或是同一结构的材料，其某些性能仍然可以在一个打的范围内变化。通过一些实例我们可以知道，化学成分、原子集合体的结构和内部组织决定金属性能的内在基本因素，也通过这三者体现金属材料性能的多变性。

四：材料的发展

新材料是发展高技术的基础和先导因素，已经被世界各国列为21世纪优先发展的关键领域之一。其是指那些新出现或是正在发展中的有别于传统材料改性，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。现在一般包括：电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料、生物医用材料、高性能材料、智能材料、新型建筑及化工材料等。据资料显示，现在世界上各种新材料市场规模每年已经超过4000多亿元。

我们所要讨论的金属材料一直到20世纪中叶，在材料工业中都占据着绝对优势，最近半个世纪来，随着高分子材料、无机非金属材料等各种先进复合材料的发展，其地位才逐渐被部分取代，但是，在可以预见的将来，凭借其不可替代的功能，金属材料仍将占据材料工业的主导地位。

金属材料工业，如钢铁工业已经具有了一套相当完整的生产技术和生产能力，同时质量稳定，供应方便，在性价比上也具有一定的优势，同时在今后相当长的一段时间内其资源也是有保证的，并且我们知道，金属是可以回收循环使用的，其本身对环境没有污染。最终要的是，在于金属材料具有其他材料体系不能完全取代的独特的性质和使用性能，例如它具有很高的模量，较高的韧性，并且具有磁性和导电性等优异的性能。而且，在其他材料发展的