金属材料工程专业

金属材料工程专业业务培养目标：业务培养目标：本专业培养具备金属材料科学与工程等方面的知识，能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。金属材料目录?金属材料定义'?金属材料的疲劳?金属材料的塑性?金属材料的硬度?金属材料性能?机械性能?化学性能?物理性能?工艺性能?工艺性能中文名称:金属材料英文名称:metalmaterial金属材料定义金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。意义:人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%〜4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。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，它包括力学性能、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、常压和非常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，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学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），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。金属材料的疲劳许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的作用时间较长；（3）断裂是瞬时发生的；（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：（1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。（2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。（3）热疲劳：指由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。（4）腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。（5）接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。金属材料的塑性塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。字串2金属材料的硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。1.布氏硬度（HB）以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2（N/mm2）。2•洛氏硬度（HR）当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。3维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。金属材料性能金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。机械性能（一）应力的概念,物体内部单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的残余应力…等等）。（二）机械性能,金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，因此衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项：强度这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限（zb）、抗弯强度极限（bb）、抗压强度极限（be）等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂，测定的强度指标主要有：（1） 强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以b表示，如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算关系有：1MPa=1N/m2=（9.8）-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPab=Pb/Fo式中：Pb?C至材料断裂时的最大应力（或者说是试样能承受的最大载荷）；Fo?C拉伸试样原来的横截面积。（2） 屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用s表示，相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。对于塑性高的材料，在拉伸曲线上会出现明显的屈服点，而对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点的外力求出屈服极限。因此，在拉伸试验方法中，通常规定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限，用0.2表示。屈服极限指标可用于要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即s/b）要小，以提高其安全可靠性，不过此时材料的利用率也较低了。（3） 弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以e表示，单位为兆帕（MPa）：e=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形时的载荷）。（4） 弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力与应变6（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=/6=tga式中a为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。2.塑性,金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率6（%）和试样断面收缩率屮（％）延伸率6=[（L1-L0）/L0]x100%,这是拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差（增长量）与L0之比。在实际试验时，同一材料但是不同规格（直径、截面形状例如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延伸率会有不同，因此一般需要特别加注，例如最常用的圆截面试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延伸率表示为65，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表示为610。断面收缩率W=[（F0-F1）/F0]x100%,这是拉伸试验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处最小截面积F1之差（断面缩减量）与F0之比。实用中对于最常用的圆截面试样通常可通过直径测量进行计算：屮=[1-（D1/D0）2]x100%,式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。6与屮值越大，表明材料的塑性越好。3•硬度，金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力称为硬度，或者说是材料对局部塑性变形的抵抗能力。因此，硬度与强度有着一定的关系。根据硬度的测定方法，主要可以分为：（1）布氏硬度（代号HB）,用一定直径D的淬硬钢球在规定负荷P的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为F的压痕，以试件的单位表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：HB=P/F。在实际应用中，通常直接测量压坑的直径，并根据负荷P和钢球直径D从布氏硬度数值表上查出布氏硬度值（显然，压坑直径越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越小）。布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系：b^KHB,K为系数，例如对于低碳钢有K«0.36，对于高碳钢有C0.34，对于调质合金钢有C0.325,…等等。（2）洛氏硬度（HR）用有一定顶角（例如120°）的金刚石圆锥体压头或一定直径D的淬硬钢球，在一定负荷P作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕。由洛氏硬度机自动测量压坑深度并以硬度值读数显示（显然，压坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越小）。根据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为HRA、HRB、HRC三种，其中以HRC为最常用。洛氏硬度HRC与布氏硬度HB之间有如下换算关系:HRC«0.1HBo除了最常用的洛氏硬度HRC与布氏硬度HB之外,还有维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）、显微硬度以及里氏硬度（HL）。这里特别要说明一下关于里氏硬度，这是目前最新颖的硬度表征方法，利用里氏硬度计进行测量，其检测原理是:里氏硬度计的冲击装置将冲头从固定位置释放，冲头快速冲击在试件表面上，通过线圈的电磁感应测量冲头距离试件表面1毫米处的冲击速度与反弹速度（感应为冲击电压和反弹电压），里氏硬度值即以冲头反弹速度和冲击速度之比来表示：HL=（Vr/Vi）?1000式中：HL-里氏硬度值；Vr-冲头反弹速度；Vi-冲头冲击速度（注：实际应用装置中是以冲击装置中的闭合线圈感应的冲击电压和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）。冲击装置的构造主要有内置弹簧（加载套管，不同型号的冲击装置有不同的冲击能量）、导管、释放按钮、内置线圈与骨架、支撑环以及冲头，冲头主要采用金刚石、碳化钨两种极高硬度的球形（不同型号的冲击装置其冲头直径有不同）。优点：里氏硬度计的主机接收到冲击装置获得的信号进行处理、计算，然后在屏幕上直接显示出里氏硬度值，便携式里氏硬度计用里氏（HL）测量后可以转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值,同时可折算出材料的抗拉强度b，还可以将测量结果储存、直接打印输出或传送给计算机作进一步的数据处理。应用范围：里氏硬度计是一种便携袖珍装置，可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。韧性金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。通常采用冲击试验，即用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性：ak=Ak/F单位J/cm2或Kg?m/cm2,1Kg?m/cm2=9.8J/cm2ak称作金属材料的冲击韧性，Ak为冲击功，F为断口的原始截面积。疲劳强度极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度s），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于s甚至大于b的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于b而产生断裂。在实际应用中，一般把试样在重复或交变应力（拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等）作用下，在规定的周期数内（一般对钢取106~107次，对有色金属取108次）不发生断裂所能承受的最大应力作为疲劳强度极限，用-1表示，单位MPa。除了上述五种最常用的力学性能指标外，对一些要求特别严格的材料，例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金属材料，还会要求下述一些力学性能指标：蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。通常采用高温拉伸蠕变试验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长或残余伸长）或者在蠕变伸长速度相对恒定的阶段，蠕变速度不超过某规定值时的最大应力，作为蠕变极限，以表示，单位MPa,式中为试验持续时间，t为温度，6为伸长率，z为应力；或者以表示，V为蠕变速度。高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力，以表示，单位MPa,式中为持续时间，t为温度，z为应力。金属缺口敏感性系数：以K表示在持续时间相同（咼温拉伸持久试验）时有缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比：式中为试验持续时间，为缺口试样的应力，为光滑试样的应力。或者用：表示，即在相同的应力z作用下，缺口试样持续时间与光滑试样持续时间之比。抗热性：在高温下材料对机械载荷的抗力。化学性能金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。物理性能金属的物理性能主要考虑：（1） 密度（比重）：p=P/V单位克/立方厘米或吨/立方米，式中P为重量，V为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度zb与密度p之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度p与声速C的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。（2） 熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。（3）热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1°C时，材料长度的增减量与其0°C时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。（4） 磁性能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。（5） 电学性能主要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：（1）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。（2） 可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。（3） 可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。（4）可焊性：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。非金属材料简介以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的｛TodayHot｝超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000〜前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初〜约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初〜约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000〜1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000〜前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要｛HotTag｝成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。18世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起，无机非金属材料有了较快的发展，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时，发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30〜40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50〜60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、0—氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等。至今，又出现了变色玻璃、光导纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。分类无机非金属材料的名目繁多，用途各异，因此，还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的（传统的）和特种的（新型的）无机非金属材料两大类。前者指以硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料；例如：碳化硅,氧化铝陶瓷,硼酸盐、硫化物玻璃，镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。通常这一类材料生产历史较长、产量较大，用途也较广。后者主要指20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料。例如：压电、铁电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料及无机复合材料等。但这种划分也并非绝对，因为新型材料是从传统材料逐渐发展起来的，有些材料的归属很难确定。习惯上，无机非金属材料沿用传统生产工艺分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、碳素材料等类，同时新型材料按其生产工艺、用途和发展状况，又逐步形成一些新的材料类别，例如无机复合材料、无机多孔材料等。有些品种按习惯并入传统分类中，例如：铁电、压电陶瓷并入陶瓷；微晶玻璃、光导纤维等并入玻璃等。有的还可按照材料中的主要成分分类，有硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐、磷酸盐、氧化物、氮化物、碳化物材料等；根据材料的用途分，有日用、建筑、化工、电子、航天、通信、生物、医学材料等根据材料的性质分，有胶凝、耐火、隔热、耐磨、导电、绝缘、耐腐蚀、半导体材料等；根据材料的物质状态分，有晶体（单晶体、多晶体、微晶体）、非晶体及复合材料等,还可以从材料的外观形态分,有块状、多孔、纤维、晶须、薄膜材料等。生产工艺普通无机非金属材料的生产是采用天然矿石作原料。经过粉碎、配料、混合等工序，成型（陶瓷、耐火材料等）或不成型（水泥、玻璃等），在高温下煅烧成多晶态（水泥陶瓷等）或非晶态（玻璃、铸石等），再经过进一步的加工如粉磨（水泥）、上釉彩饰（陶瓷）、成型后退火（玻璃、铸石等），得到粉状或块状的制品。特种无机非金属材料的原料多采用高纯、微细的人工粉料。单晶体材料用焰融、提拉、水溶液、气相及高压合成等方法制造。多晶体材料用热压铸、等静压、轧膜、流延、喷射或蒸镀等方法成型后再煅烧，或用热压、高温等静压等烧结工艺，或用水热合成、超高压合成或熔体晶化等方法制造粉状、块状或薄膜状的制品。非晶态材料用高温熔融、熔体凝固、喷涂、拉丝或喷吹等方法制成块状、薄膜或纤维状的制品。展望未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处理和涂层的使用，将使材料的效能得到更大发挥。由于对材料科学基础研究的日益深入，各种精密测试分析技术的发展，将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及结构形态的早日实现。金属材料金属材料metalmaterial由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%〜4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。参考资料：百度百科金属金属[metal（s）]jinshu定义：具特有光泽而不透明（对可见光强烈反射的结果），富有展性、延性及导热性、导电性的这一类物质。扩展：1、金属中延展性最好的是Au，导电好的依次是Ag、Cu、Au、Al；金属钕2、 金属有几种分类方法：冶金工业分类法：黑色金属：铁、铬、锰三种有色金属：铁、铬、锰以外的全部金属。根据密度分类法：轻金属：（密度小于4.5g/cm3）:钾、钠、钙、镁、铝等重金属：（密度大于4.5g/cm3）:锌、铁、锡、铅、铜等还可以把金属分为：常见金属：如铁、铝、铜、锌等稀有金属：如锆、铪、铌、钽等；金属颜料的特性及其应用常用的金属粉有铝粉、锌粉、铅粉，合金形式的金属粉有铜锌粉（俗称金粉）、锌铝粉、不锈钢粉等。与其他颜料相比较，金属颜料有它的特殊性。由于粉末状的金属颜料以金属或合金组成，故有明亮的金属光泽和颜色。困此，许多金属颜料用做装饰性颜料，如铜锌粉，它的色相从淡金直至赤金，使被涂装的物品绚丽多彩；铝粉色相银白，也用于装饰。近年来铝粉的新品种闪光铝粉与透明颜料配合使用，涂装面不仅有金属亮点，而且五彩缤纷，装饰效果非常好；鳞片状的锌粉略呈淡色的金属光，能使涂装物与周围景物混为一体，有伪装效果。大多数金属颜料都是鳞片状粉末，它调入成膜物而且涂装成膜时，像落叶铺地一样与被涂物平行，互相连结，互相遮掩，多层排列，形成屏障，金属鳞片阻断了成膜物的微细孔，阻止外界有害气体或液体在涂膜中的渗透，保护了涂膜及被涂装物品，这是它物理屏蔽的防腐能力，而锌粉除了有屏蔽能力之外，还有阴极保护作用，大量的锌粉在涂膜内互相连成导电层，当涂层遇到电化学腐蚀时，由于锌比铁具有负的电极电位差，首先被腐蚀，从而保护了钢铁底材。不锈钢粉具有良好的化学稳定性，能阻止化学腐蚀。色浅、高光泽的金属粉还有保温能力，这类金属粉几乎不吸收光线，能反射可见光、紫外光，对于热辐射也是如此，因此，可用于需要保温、防止光和热辐射的物品上，如贮存油品、气体的罐、塔上，金属粉能反射日光中紫外线的60%以上，故又能防止涂膜因紫外光照射老化，有利于延长涂膜的寿命。金属颜料是极微细的粉末，且多属鳞片状，但也有球形、水滴形、树枝形的，都与其制造方法有关。金属粉末须经过表面处理才具有颜料特性，如分散性、遮盖力等，不同的表面处理可使金属亲油或亲水，以适应不同涂料的要求。大多数金属颜料通过物理加式方式进行生产，使纯金属或合金成为特定的粉，如从固态、液态及气态金属转化为粉末。一、由金属的气相状态转化为粉末如升华法制取锌粉、超细铝粉粉。二、由金属的液相状态转化为粉末如气动雾化法制取铝粉、锌粉及铜金粉。三、由金属的固相状态转化为粉末的如切削法、球磨法制造镁粉、铝粉、不锈钢粉及钛粉。通常用于粉末涂料的金属颜料主要是铝粉和铜粉、珠光粉。由于粉末涂料所选用的树脂或固化剂不是含有碱性就是有一定的酸性，对于这些金属及金属氧化物都会产生一定程度的影响，因此对金属颜料的表面处理就显得尤为重要。虽然大多数金属颜料在出厂前都已尼过表面处理，但是能否经受粉末涂料施工条件（200度10分钟）的考验是很成问题的。铜粉可采用苯并三氮唑等进行表面保护，对耐化学不稳定的铝粉就无计可施了，所以银色的美术型粉末涂层往往在使用一个阶段后会出现发黑现象。镍粉在无色透明的树脂中呈黄色，如果将它和其他颜色透明树脂配合，可制成金色、橙色、黄绿色的涂层。在含有金属颜料的粉末涂料中如果要制造彩色涂层，其遮盖力应依靠金属颜料而不应依靠着色颜料。最好选用遮盖力较低的着色颜料或透明颜料，尤其要少用或不用钛白炭黑等。因为高遮盖力颜料的存在将使金属颜料黯然失色。金属材料性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。（一）、机械性能机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。2、 屈服点（6s）:称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。3、 抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。4、 延伸率（6：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。5、 断面收缩率（屮）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。6、 硬度:指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）。7、 冲击韧性（Ak）:材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）。对低碳钢拉伸的应力——应变曲线分析1.弹性：ze=ze/E,指标ze,E2•刚性：△]=»?]/£?/抵抗弹性变形的能力强度强度：zs---屈服强度，zb---抗拉强度韧性：冲击吸收功Ak疲劳强度：交变负荷z-1Vzs硬度HR、HV、HBI阶段线弹性阶段拉伸初期应力一应变曲线为一直线，此阶段应力最高限称为材料的比例极限ze.II阶段屈服阶段当应力增加至一定值时，应力一应变曲线出现水平线段（有微小波动），在此阶段内，应力几乎不变，而变形却急剧增长，材料失去抵抗变形的能力，这种现象称屈服，相应的应力称为屈服应力或屈服极限，并用zs表示。III阶段为强化阶段，经过屈服后，材料又增强了抵抗变形的能力。强化阶段的最高点所对应的应力，称材料的强度极限。用zb表示，强度极限是材料所能承受的最大应力。W阶段为颈缩阶段。当应力增至最大值zb后，试件的某一局部显著收缩，最后在缩颈处断裂。对低碳钢zs与zb为衡量其强度的主要指标。刚性：△]=»?]/£?/，抵抗弹性变形的能力。P---拉力，l---材料原长，E---弹性模量，F---截面面积塑性变形：外力去处后，不能恢复的变形，即残余变形称塑性变形。材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力，称为材料的塑性或延伸性。衡量材料塑性的两个指标是延伸率和断面收缩率。延伸率B=（A0/l）x100%断面收缩率屮=（（A-A1）/A）x100%韧性（冲击韧性）：常用冲击吸收功Ak表示，指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的力。疲劳强度：材料抵抗无限次应力（107）循环也不疲劳断裂的强度指标，交变负荷z-1Vzs为设计标准。硬度：材料软硬程度。测定硬度试验的方法很多，大体上可以分为弹性回条法（肖氏硬度）压入法（布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（莫氏硬度）等