材料学考试资料

金属材料

金属材料：纯金属和以纯金属为基体的合金材料的总称。

纯金属：由一种金属元素构成的单质；

合金：由两种或两种以上的金元素或金属与非金属元素构成

固溶体：合金组元间以不同比例相互混合形成的具有与某一组元相同晶体结构的合金. 置换固溶体、间隙固溶体

金属间化合物(Intermetallics)：合金组元相互作用形成的具有自己独特的晶体结构和性质的新相。正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物

金属材料的分类：有色金属：黑色金属：

黑色金属：铸铁2％

有色金属：重有色金属、轻有色金属、贵金属、半金属与稀有金属。

特殊金属：非晶态金属、形状记忆合金、减震合金、超塑金属、储氢合金、超导合金等

工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铅、镍、锌、钛、铜等金属及合金。

(2) 金属材料的性质

1、常温下为固体（Hg除外）

2、熔点较高也有较低的如：Sn、Pb、Zn、Al

3、密度较大（Mg、Al除外3g/cm3以下）

4、有光泽

5、延展性、韧性、可加工性好

6、导热性、导电性好，Ag、Cu、Al

7、易氧化

强度：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的最大能力。

屈服强度：表示材料发生明显塑性变形的抗力Ps或σ

抗拉强度：σb=Pb/F0 断裂前单位面积上所承受的最大应力

刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。

弹性模量：E＝σ/ε

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

塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。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

韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

断裂韧性：K

IC

疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。

硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。

金属强化：固溶强化、形变强化、弥散强化、细晶强化

固溶强化：加入合金元素形成固溶体而使强度增加的现象；固溶强化的效果：间隙元素大于置换式固溶元素

形变强化：材料屈服以后，随形变量的增加，所需应力不断增加的现象，也叫加工硬化。位错密度大幅度增加；晶体择优取向

弥散强化：通过向基体中引入其它一个或几个相而使金属强度提高的现象与第二相颗粒的性质、尺寸、形状、数量、分布有关

细晶强化：随着晶粒细化, 材料的强度和韧性均提高

金属材料的晶体缺陷：

晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷。

点缺陷：是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。他们对力学性能地影响：使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等

空位是指未被原子所占有的晶格结点。间隙原子是处在晶格间隙中的多余原子。点缺陷的出现，使周围的原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。使材料的强度、硬度和电阻率增加。所以金属中，点缺陷越多,它的强度、硬度越高。

线缺陷：是指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。什么是位错呢？线缺陷包括刃型位错、螺型位错位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。

面缺陷：是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。

缺陷对物理性能的影响很大，可以极大的影响材料的导热，电阻，光学，和机械性能，极大地影响材料的各种性能指标，比如强度，塑性等。

化学性能影响主要集中在材料表面性能上，比如杂质原子的缺陷会在大气环境下形成原电池模型，极大地加速材料的腐蚀，另外表面能量也会受到缺陷的极大影响，表面化学活性，化学能等等。

合理的利用缺陷，可以提高材料某一方面的性能，比如人工在半导体材料中进行掺杂，形成空穴，可以极大地提高半导体材料的性能。通常工业上应用的多晶体材料通过增加缺陷数目都可以提高材料的机械性能。比如加入合金元素形成固溶体可以产生固溶强化，提高强度，这主要是增加了点缺陷造成的；金属经过冷加工变形也可以提高强度，这是通过增加线缺陷--位错数目来实现的；金属通过细化晶粒提高强度的原因：增加了面缺陷：晶界的数目

晶须：是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小（微米数量级），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位错、空穴等），其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值。

铜合金的特点：

常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类

铜合金以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色﹐又

称紫铜。纯铜密度为8.96﹐熔点为1083℃﹐具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性。

导电、导热性能好、耐腐蚀、化学稳定性强、抗磁能力高。容易冷热成形，铸造性能好，易焊接、可塑性、延展性好。比如优良的减摩性和耐摩性，高的弹性极限和疲劳强度，抗张强度大。色泽美观。

高分子材料

聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、氟塑料、合成纤维

高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子的特点：高分子材料有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能,绝缘性能,隔热性能.由于高分子结构的不同,其特点也不尽相同.特定的高分子材料有的有良好的光学性能,如PMMA PC PS;有的有超高的力学性能等等.功能高分子材料更是涉及到了医药,生物工程等各各方面.

组成：主要由C、H、O组成(无机高分子，如玻璃)

分子量多分散性，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大（104-107，甚至更大）；没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；没有沸点和固定的熔点，分子间力很大，加热到200oC-300oC以上，材料破坏（降解或交联）；链式结构；柔性分子链，大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度。

高分子材料分类：按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料和黏合剂。按化学组成分类，碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子

塑料塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。

塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料，主要的热塑性塑料有聚乙烯（PE[1]）、聚丙烯（PP [2]）、聚苯乙烯（PS [3]）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃 [4]）、聚氯乙烯（PVC [5]）、尼龙（Nylon [6])、. 加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料：常见的有环氧树脂[11], 酚醛塑料, 聚酰亚胺,三聚氰氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。

橡胶橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种

天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。纤维合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维，芳纶纤维等等。

涂料涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料、常用的工业涂料有环氧树脂，聚氨酯等。

黏合剂黏和剂是另外一类重要的高分子材料。人类在很久以前就开始使用淀粉，树胶等天然高分子材料做黏合剂。现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氧树脂；热融型，如尼龙，聚乙烯；加压型，如天然橡胶；水溶型，如淀粉。

陶瓷材料

陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高，纯度不大，颗粒的粒度也不均一，成型压强不高。这时得到陶瓷称为传统陶瓷。后来发展到纯度高，粒度小且均一，成型压强高，进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。

普通材料

采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

特种材料

采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。

陶瓷材料的特点

高熔点、高硬度、高耐磨性.

陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类。结构陶瓷

这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。

电子陶瓷

指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。

力学性能

陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。

热性能

陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

电性能

大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。

化学性能

陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。

光学性能

陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。

复合材料

复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。composite由两个或多个不同物理相组成的一种固体材料。

复合材料的特点

比强度与比模量高、化学稳定性优良（管道）、减摩、耐磨、自润滑性好（掺入纤维）、耐热性高、高韧性、高抗冲击性

复合的目的:

获得新组成的材料；

获得新形态的材料；

获得单一组分不具备的性质和功能，获得复合效应；

获得某种特定的性能或效益。

复合材料三个必要条件：

1、必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料

2、必须由两种以上化学、物理性质不同的材料组合而成

3、通过各组分性能的互补可获得单一材料不能达到的综合性能

性能不足：

横向拉伸强度和层间剪切强度低。断裂伸长率低，冲击韧性有时不好。制造是产品性能不稳定，分散性大，质检困难。老化性能不好。机械连接困难。成本太高。复合材料的制备方法：层叠法混合法浸渍法

界面复合材料中基体与增强材料之间的结合面。这种结合面是基体和增强材

之间发生相互作用和相互扩散而形成的。

理论上可分为三个阶段：

第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。

i) 界面设计与控制的重要手段

ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分

第二阶段：两相的接触与浸润过程

接触－吸附与浸润－交互扩散－化学结合或物理结合(化学结合可看作是一种特殊的浸润过程，是界面形成与发展的关键阶段)

第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应。

i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态）

ii) 界面的稳定（稳态、平衡态）

无机类晶须：

晶须：截面积小于5.2×10-4㎝2，长径比在10～1000单晶体。

晶体结构完整、内部缺陷较少，其强度和模量均接近完整晶体材料的理论值，是目前发现的

固体的最强形式。

是长在银、铜等金属上的象霉菌一样的东西，可以从溶液、熔液、固体中生成并生长，也可以通过气相反应来制取。

金属基复合材料：铝基复合材料、镁基复合材料

金属基复合材料（MMC）是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工合成的复合材料。其增强材料主要为无机非金属，如：陶瓷、碳、石墨及硼等。

金属基复合材料制备过程是在高温下进行的，有的还在高温下工作较长时间，因此界面的结合强度起到重要作用。

金属基复合材料的性能特点：

热膨胀系数小、尺寸稳定性好、良好的高温性能、高韧性、耐冲击性能、高比强度、比模量。

陶瓷基复合材料（CMC）：

陶瓷复合材料以其具有的高强度、高模量、低密度、耐高温和良好的韧性等，已在高速切削工具和内燃机部件上得到应用。

陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。纤维增强陶瓷基复合材料，是改善陶瓷材料韧性的重要手段。

碳/碳复合材料：

以碳为基体，利用碳纤维进行增强得到的碳复合材料，叫做C/C复合材料（Carbon/Carbon Composite）

它具有良好的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、摩擦减振特性及热、电传导特性等特点。

质轻、比强度、比弹性模量都很高。可用来制作火箭发动机的喷管、航天飞机的襟翼、飞机的制动盘等。

纤维增强：

纤维增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性纤维作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料。

目标：提高基体在室温下和高温下的强度和弹性模量。

机理：

1、增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低。

2、纤维的表面受到基体的保护，不易在承载中产生裂纹，增大承载力。

3、基体能阻止纤维的裂纹扩展。

4、基体对纤维的粘结作用、基体与纤维之间的摩擦力，使得材料的强度提高。增强纤维起到强化基体作用必要条件：

1、增强纤维的强度和弹性模量高。

2、纤维与基体之间有良好的相容性。

3、纤维应有一定的含量、尺寸和分布。

4、纤维与基体之间的线膨胀系数相匹配。

颗粒增强

指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料。纳米硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。

复合材料的发展趋势：

1、由宏观复合向微观复合方向发展

2、向双元混杂、多元、超混杂方向发展

3、复合材料加工设备向高效、高精度、自动化方向发展

4、复合材料的设计由常规设计向仿生设计和计算机辅助设计方向发展

5、复合材料的应用由航空、航天领域向民用领域扩展

航空材料的发展状况：

1、航空产品特殊的工作环境对航空航天材料的性能要求集中表现在“轻质高强、高温耐蚀”。

所谓“轻质高强”是指，要求材料的比强度高，即要求材料不但强度（静强度高、能承受大过载、疲劳强度高）高而且密度小。航空航天工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”，反映了减重对于航空产品的重大经济意义（见表1.1）。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大，所以轻质高强是航空航天材料必须满足的首要性能要求。

“高温耐蚀”的“高温”是指航空航天材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。“耐蚀”是指航空材料要有优良的抗腐蚀，特别是抗应力腐蚀、腐蚀疲劳的能力。

2、航空航天产品的高可靠性、多样性对航空航天材料提出了更高的质量要求。航空航天器是技术密集、高集成度的复杂产品，只有采用质地优良的航空航天材料才能制造出安全可靠、性能优良的飞机、发动机，飞行器。

航空航天产品的多样性和小批量生产，导致了航空航天材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。

3、航空航天产品降低成本的需求导致要发展低成本航空材料。

新型号的先进飞机价格不断攀升，各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额，所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。航空材料的发展方向：

(1) 高性能。要求质轻、高强、高模、高韧、抗疲劳、抗振动、耐高温、耐低温、抗氧化、耐腐蚀。

(2) 高功能、多功能。用于雷达火控和隐身结构的材料要求有高功能的光、电、热、磁特性;承载和功能一体化以及多功能化。

(3) 复合化。采用树脂基、金属基（以铝、钛及金属间化合物）、陶瓷基(SiC 或

C 纤维增强的SiC 和Si3N4 基)、C/ C 复合材料。

(4) 智能化。采用智能材料和结构,能实现自诊断、自适应、自修复和寿命预测。

(5) 低成本。包括原材料、制备和加工、检验、评价以及维修方面的低成本。

(6) 环境相容性。要求低/无污染,有良好的可回收性。

航空材料的演变：5个阶段

第一阶段：1903-1919，木、布结构.

第二阶段：1920-1949，铝、钢结构.

第三阶段：1950 ～1969年,铝、钛、钢结构.

第四阶段：1970 ～21世纪初, 铝、钛、钢、复合材料结构（以铝为主）

第五阶段：21世纪初～, 复合材料、铝、钛、钢结构（以复合材料为主）在现代材料科学与技术的发展历程中，航空航天材料一直扮演着先导和基础作用，机体材料的进步不仅推动飞行器本身的发展，而且带动了地面交通工具及空间飞行器的进步，发动机材料的发展则推动着动力产业和能源行业的推陈出新。“一代材料，一代飞行器”是航空工业发展的生动写照，也是航空材料带动相关领域发展的真实描述。可以说，航空航天材料反映结构材料发展的前沿，航空航天材料代表了一个国家结构材料技术的最高水平。

钢铁材料的分类：

钢铁材料 - 分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：

1、按品质分类 (1) 普通钢 (2) 优质钢 (3) 高级优质钢

2.、按化学成份分类 (1) 碳素钢：a.低碳钢；b.中碳钢；c.高碳钢。

(2) 合金钢：a.低合金钢；b.中合金钢；c.高合金钢。

3、按成形方法分类 (1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。

4、按金相组织分类 (1)退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 (2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的

5、按用途分类 (1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 (2) 结构钢 a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 b.弹簧钢 c.轴承钢 (3) 工具钢：a.碳素工具钢；

b.合金工具钢；

c.高速工具钢。 (4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；

d.耐磨钢；

e.低温用钢；

f.电工用钢。 (5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

6、综合分类 (1)普通钢 a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、

B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金结构钢 c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢） a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。 b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。

7、按冶炼方法分类 (1) 按炉种分 a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。

b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。

c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；

(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分 a.沸腾钢（F）；

b.半镇静钢(b)；

c.镇静钢(Z)；

d.特殊镇静钢(TZ)。

钢的热处理总体而言是为了改善钢的力学性能或加工性能。具体如下：

1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。

3.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。

铁是体心立方晶格和面心立方晶格。铝和铜是面心立方晶格。镁是密排六方晶格。其他的还有金刚石立方型晶格，如锗硅碳。复杂立方晶格，如钨。正交立方晶格，如磷碘。六方晶格，如碳碲。正方晶格，如锡铟。菱形晶格，如砷铋。单斜晶格，如硫。

纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。

自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段：第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

基本分类：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

制备方法：（1）惰性气体下蒸发凝聚法。通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm 的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。（2）化学方法：1水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法，适宜制备纳米氧化物；2水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。（3）综合方法。结合物理气相法和化学沉积法所形成的制备方法。其他一般还有球磨粉加工、喷射加工等方法。

功能材料

功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。

功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

超导材料

超导材料（superconductor），又称为超导体，指可以在在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性，使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料的基本物理参量为临界温度（Tc），临界磁场(Hc)和临界电流(Ic)。

特性：零电阻性、完全抗磁性、约瑟夫森效应、同位素效应

超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。

到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。