機(jī)械專業(yè)專業(yè)導(dǎo)論論文

1、專業(yè)導(dǎo)論論文姓名：專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化年級：2010級學(xué)號：機(jī)械工程材料摘要在機(jī)械工業(yè)不斷發(fā)展的今天，對于機(jī)械性能的要求越來越高，而性能在很大程度上取決于機(jī)械材料的選擇。本文從宏觀上 對機(jī)械工程材料及其現(xiàn)狀做了簡要的介紹，并對它的發(fā)展有了簡單的展望?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)械工程材料機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械制造一.概述機(jī)械工程材料用于制造各類機(jī)械零件、構(gòu)件的材料和在機(jī)械制造過程中所應(yīng)用的 工藝材料。人類最先利用的材料是自然材料:石頭、木頭、泥土、獸皮，發(fā)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(fā) 展了機(jī)械材料，鋼鐵是機(jī)械材料的主要材料，提高鋼鐵等金屬材料的使用性能和 加工性能

2、是19世紀(jì)20世紀(jì)21世紀(jì)材料專家的主要研究內(nèi)容，非金屬材料，如 高分子材料和現(xiàn)代陶瓷是21世紀(jì)材料工作者的研究目標(biāo)。人類在同自然界的斗爭中，不斷改進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(guān)于青銅合金成分 配比規(guī)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(shù)的限制，在相當(dāng)長的歷史時(shí)期內(nèi)，很多器械仍 用木材制造或采用鐵木混合結(jié)構(gòu)。機(jī)械工程材料涉及面很廣1.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。

3、有色金屬用量雖只占金屬材料的5%,但因具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo) 電性，以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高的比強(qiáng)度等，而在機(jī)械工程中占有重要的地位。非金屬材料又可分為無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料。前者除傳統(tǒng)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（見碳 和石墨材料）等。后者除了天然有機(jī)材料如木材、橡膠等外，較重要的還有合成 樹脂（見工程塑料）。此外，還有由兩種或多種不同材料組合而成的復(fù)合材料。 這種材料由于復(fù)合效應(yīng)，具有比單一材料優(yōu)越的綜合性能，成為一類新型的工程 材料。工程材料的分類按成分分類：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料。金屬是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的材料，其中鋼鐵的用量最

4、大。一般金屬具的優(yōu)良 的工藝性能和力學(xué)性能；非金屬材料中，合成高分子材料、特別是塑料的使用廣 泛；而陶瓷具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、絕緣的特點(diǎn)，主要用于化工設(shè)備、電 器絕緣件、機(jī)械加工刀具、發(fā)動機(jī)耐熱元件等；復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上 物理和化學(xué)性能不同的物質(zhì)，復(fù)合材料一般綜合了各組分材料的優(yōu)良性能，在生 活用品、機(jī)器制造等各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。非金屬材料、復(fù)合材料等是未來 發(fā)展的趨勢。機(jī)械工程材料也可按用途分類，如結(jié)構(gòu)材料（結(jié)構(gòu)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(lián)系，也可結(jié)合工藝特點(diǎn)來進(jìn)行分類，如鑄造合

5、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(jī)械 零件，已發(fā)展成一類粉末冶金材料。結(jié)構(gòu)材料（如機(jī)械零件、工程構(gòu)件）、工具 材料（如量具、刃具、模具）、功能材料（如磁性材料、超導(dǎo)材料等）。按領(lǐng)域分類：建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料。這些都是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的產(chǎn)物。二性能物理性能。區(qū)別在于含碳量碳素鋼：a.低碳鋼（C0.25%）； b.中碳鋼（C0.25-0.60%）； c. 高碳鋼（C0.60%）。生鐵%c= （24.3%）工業(yè)純鐵其化學(xué)成分主要是鐵，含量 在99.50%99.90%，含碳量在0.04%以下，其他

6、元素愈少愈好。Q235A屈服值， 在235左右的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。45鋼含碳量%0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。T10A含 碳量1的工具鋼，ZG200-400指的是他的屈服強(qiáng)度為200,抗拉強(qiáng)度為400,單位 為（MP）的鑄鋼?；诣T鐵HT200表30試樣的最低抗拉強(qiáng)度200MPa。機(jī)械性能復(fù)合材料（Composite materials），是以一種材料為基體（Matrix），另一種材料為增 強(qiáng)體（reinforcement）組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié) 同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材 料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁

7、、鎂、銅、鈦及其 合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有 玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、品須、金屬絲 和硬質(zhì)細(xì)粒等。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后 進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性 能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度 后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材 料的切削性能，也有時(shí)用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快 速冷

8、卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件 在高于室溫而低于710C的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種 工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的 淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。三.發(fā)展金屬材料依然在材料家族中占有統(tǒng)治地位1性能材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁 性等）、化學(xué)性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學(xué)性能也叫機(jī)械性能。材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。2生產(chǎn)工藝：金屬材料生產(chǎn)，一般是先提取和冶煉金屬。有些金屬需進(jìn)一步精煉并調(diào)整到合 適的成分，然后加工成各種規(guī)格

9、和性能的產(chǎn)品。提煉金屬，鋼鐵通常采用火法冶 金工藝，即采用轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐、感應(yīng)爐、沖天爐（煉鐵）等進(jìn)行冶煉和熔煉； 有色金屬兼用火法冶金和濕法冶金工藝；高純金屬以及要求特殊性能的金屬還 采用區(qū)域熔煉、真空熔煉和粉末冶金工藝。金屬材料通過冶煉并調(diào)整成分后，經(jīng) 過鑄造成型，或經(jīng)鑄造、粉末冶金成型工藝制成錠、坯，再經(jīng)塑性加工制成各種 形態(tài)和規(guī)格的產(chǎn)品。對有些金屬制品，要求其有特定的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，還 常采用熱處理工藝。常用的熱處理工藝有淬火、正火、退火、時(shí)效處理（將淬 火后的金屬制件置于室溫或較高溫度下保溫適當(dāng)時(shí)間，以提高其強(qiáng)度和硬度）等。3主要優(yōu)勢：、金屬材料的力學(xué)性能全面，可靠性高，使用

10、安全；、具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(guī)模應(yīng)用金屬材料，尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應(yīng)用較為廣泛，前景依然不錯(cuò)， 這種狀況將持續(xù)很長時(shí)間，非金屬材料的研究進(jìn)展將決定這種狀態(tài)的時(shí)間長短。 下面詳細(xì)介紹下鋼鐵、鎂及鎂合金、鋁及鋁合金、稀有金屬等金屬材料在現(xiàn)階段 的發(fā)展?fàn)顩r高分子材料現(xiàn)狀及前沿隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷對材料提出各種各樣的新要求。通用高分子 材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向發(fā)展通用高分子材料主要是指塑料、 橡膠、纖維三大類合成高分子材料及涂料、黏合劑等精細(xì)高分子材料。高性能、 多功能、低成本、低污染（環(huán)境友好）是通用合成高分子材料顯著的發(fā)

11、展趨勢。 在聚烯烴樹脂研究方面，如通過新型聚合催化劑的研究開發(fā)、反應(yīng)器內(nèi)聚烯烴共 聚合金技術(shù)的研究等來實(shí)現(xiàn)聚烯烴樹脂的高性能、低成本化。高性能工程塑料的 研究方向主要集中在研究開發(fā)高性能與加工性兼?zhèn)涞牟牧?。合成橡膠方面，如通 過研究合成方法、化學(xué)改性技術(shù)、共混改性技術(shù)、動態(tài)硫化技術(shù)與增容技術(shù)、互 穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、鏈端改性技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)橡膠的高性能化。在合成纖維方面，特種高 性能纖維、功能性、差別化、感性化纖維的研究開發(fā)仍然是重要的方向。同時(shí)生 物纖維、納米纖維、新聚合物纖維德研究和開發(fā)也是纖維研究的重要領(lǐng)域。在涂 料和黏合劑方面，環(huán)境友好及特殊條件下使用的高性能涂料和黏合劑是發(fā)展的兩 個(gè)主要方向。近

12、年來關(guān)于復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢有：納米復(fù)合材料，、智能復(fù)合材料、 功能梯度復(fù)合材料和表面復(fù)合材料。2.1當(dāng)物質(zhì)顆粒的尺寸處于納米級時(shí)，這種物質(zhì)可稱為納米材料，其物理和化學(xué)性能會發(fā)生巨大變化。由于它的尺寸已接近光的波長，加上其有大表面的特殊效應(yīng)，因此可表現(xiàn)出奇怪的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)導(dǎo)電導(dǎo) 熱特點(diǎn)，這使得納米材料和技術(shù)在當(dāng)今世界上備受關(guān)注重視。2智能復(fù)合材料構(gòu)造的研究開發(fā)是21世紀(jì)材料構(gòu)造領(lǐng)域的重要課題。在材料構(gòu)造中埋入某種功能材料或器件，使這個(gè)新組合材料具有智能特性。從構(gòu)造上看，現(xiàn)階段的智能材料是復(fù)合材料的一種，故稱之為智能復(fù)合材料。此 種材料能對外界環(huán)境變化作出自適應(yīng)和智能反應(yīng)。

13、還具有自我診斷和記憶功能。 在土木、建筑和航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。3功能梯度材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)從材料的一端向另一端逐漸變化。這種梯度變化可滿足在單一材料或器件內(nèi)部不同部位實(shí)現(xiàn)不同功能的需要，從而優(yōu)化材料或器件的整體性能。現(xiàn)在其研究范圍波及航天、刀具、電子、生物 和光學(xué)等各領(lǐng)域。4表面復(fù)合材料是說在材料的表層內(nèi)，具有某些特殊的物理、化學(xué) 或力學(xué)性能，利用它可實(shí)現(xiàn)許多工程需求。從而可以節(jié)省資源、降低成 本，基于這些原因，近年來表面復(fù)合材料的開發(fā)受到廣泛的重視。我國無機(jī)非金屬基和聚合物基復(fù)合材料始于20世紀(jì)50年代，現(xiàn)在已形成完整的 工業(yè)體系和研發(fā)機(jī)制，發(fā)展速度很快。金屬基復(fù)合材料始于20

14、世紀(jì)80年代，現(xiàn) 在國內(nèi)已形成熱門研究方向。陶瓷材料的現(xiàn)狀及前沿1陶瓷材料的主要特點(diǎn)及應(yīng)用陶瓷材料是以抗壓強(qiáng)度大、耐高溫、剛度強(qiáng)、韌性好、耐磨損、硬度高、耐腐蝕、 抗氧化性能好、疲勞強(qiáng)度大等力學(xué)性能為特征的材料，但是，陶瓷性脆，沒有延 展性，經(jīng)不起碰撞和急冷急熱。在現(xiàn)代工程材料中，陶瓷材料作為應(yīng)用做廣泛的 材料之一，在化工、電器、紡織、建筑等行業(yè)等到普遍應(yīng)用。如化工中的容器、 反應(yīng)塔、管道；電器工業(yè)中的絕緣子；內(nèi)燃機(jī)中的火活塞；軸承、切削材料的刀 具等。2應(yīng)用于提高陶瓷材料的超塑性只有陶瓷粉體的粒度小到一定程度才能在陶瓷材料中產(chǎn)生超塑性行為，其原因是 晶粒的納米化有助于晶粒間產(chǎn)生相對滑移，使材料具有塑性行為。納米陶瓷的超塑性在電子、磁性、光學(xué)以及生物陶瓷方面有潛在應(yīng)用。納米陶瓷 可能具有的低溫超塑性、延展性和極高的斷裂韌性，將使其成為兼具陶瓷和金屬 的優(yōu)良特性（如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、易加工等）的新結(jié)構(gòu) 和功能材料，在航空、航天、機(jī)械、電子信息等眾多領(lǐng)域具有無限廣闊的應(yīng)用前 景。3應(yīng)用于制備電子（功能）陶瓷納米陶瓷粉體之所以廣泛地用于制備電子陶瓷，原因在于陶瓷粉體品粒的