金属热处理论文

金属材料的发展与非金属材料的崛起

姓名：李皓楠

班级：0902

学号：20091230379

摘要：

我们的生活中材料是不可或缺的，小到一针一线，大到飞机轮船，简单到纸张铅笔，复杂到飞船神八等等，可以说没有材料就没有这个社会就没有这个世界，材料的重要性可见一斑。因而传统材料的新应用，新型材料的研发成为当前的重要任务。材料可以非为金属材料和非金属材料，金属材料属于传统材料，应用的早发展的成熟，使用面广，非金属材料特别是高分子材料是近年发展起来的新型材料，科技含量高，具有一些金属材料不可比拟的优点，发展十分迅猛。了解材料的发展和新型材料的应用能让我们在学习好本科课程的基础上拓宽眼界，更加全面的掌握材料知识。

关键词：

金属材料，铁，非金属材料，应用与发展，高科技。

人类使用材料的年代应当回归到类人猿时期，那时候人猿使用简单的木材和石器来捕猎和生活，到了新石器时代人类掌握了火的使用，于是有了简单陶器，接着迎来了铜器时代，然后是铁器的使用，一直到20世纪初，人类使用金属材料一直延续了上万年。最早使用并将金属材料应用各个方面的应当属中国的祖先了。从最早的青铜权杖、斧钺、兵器，到庄重的商代的司母戊鼎、四羊方尊；从简单的铁犁都精美的金翼善冠、金双龙钮。在中国古代，人们对金银的追求早已超出了它的本质，由于封建统治者对金银器皿的疯狂的喜爱推动了金银器以及冶金技术的发展，让它们成为一种艺术品在中国开出了金银闪烁的花朵。特别是唐宋明清年代中国的金属冶炼技术以及制作工艺达到了相当的高度，像金银错、掐丝、錾花、鎏金等工艺，期间不少惊世之品不断的震撼着现代人的心灵。像法门寺出土的金质佛龛，还有南宋的八卦纹银杯，明代凤凰金簪，清代的金嵌宝“金瓯永固”杯更是传世之品。就是现代人也不得不为古人的技术而赞叹，就是现代技术也不一定能制造出那些精美的金属艺术品。

到了近代，说到金属材料就不得不说一下铁了。如果说金银是中国让它们超越了自己的属性而成为一种艺术，那么铁就是在西方完成了超越与蜕变。金银在历史的舞台上渐渐的成了配角，铁开始登上了舞台，演绎着并将继续下去的主角戏。

铁在自然界分布极广，是地壳的重要组成元素之一。然而天然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，因而人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。这就是铁器是出现在铜器时代后面的原因，因而一个国家的冶铁技术成为衡量这个国家是否先进的一个重要的标志。首先介绍一下铁：铁是一种化学元素，它的化学符号是Fe，它的原子序数是26，是最常用的金属，它是过度金属的一种。铁的相对原子质量55.847。铁有多种同素异形体，如α铁、β铁、γ铁、б铁等。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。铁是一种光亮的银白色金属。密度7.86克/立方厘米。熔点1535℃，沸点2750℃。常见化合价+2和+3，有好的延展性和导热性。也能导电。铁最大用途是用于炼钢，也大量用来制造铸铁和煅铁因而它是工业部门不可缺少的一种金属。在我们的生活里，铁可以算得上是最有用、最价廉、最

丰富、最重要的金属了。铁是碳钢、铸铁的主要元素，工农业生产中，装备制造、铁路车辆、道路、桥梁、轮船、码头、房屋、土建均离不开钢铁构件，因此钢铁的年产量代表一个国家的现代化水平。当然铁除了构造出高楼大厦千姿百态的世界还是我们人体内的一种重要的元素。人体内铁的总量约4—5克，是血红蛋白的重要部分，人全身都需要它，这种矿物质而已存在于向肌肉供给氧气的红细胞中，还是许多酶和免疫系统化合物的成分，人体从食物中摄取所需的大部分铁，并小心控制着铁含量。成人体内铁的总量约为4-5g，其中72%以血红蛋白、3%以肌红蛋白、0.2%以其他化合物形式存在；其余则为储备铁，以铁蛋白的形式储存于肝脏、脾脏和骨髓的网状内皮系统中，约占总铁量的25%。人体缺铁的最大的影响就是贫血, 然后会降低人体的免疫能力。当然铁过多也会诱导脂质过氧化反应的增强，导致机体氧化和抗氧化系统失衡，直接损伤DNA，诱发突变，与肝、结肠、直肠、肺、食管、膀胱等多种器官的肿瘤有关。

18世纪的中叶，伴随着瓦特对蒸汽机的改进，工业革命在欧洲如火如荼的进行着。随着社会的发展和技术的进步铁在国民生活中的比重越来越大。记得初中的生物里有一节是讲生物进化的，工业革命时期的德国的一个镇，由于大量的炼钢厂的污染，好多白色的蛾子只好向黑色的进化，虽然说的是生物，但也可以让我们了解到那时候冶铁的火红的场面。高炉在欧洲如雨后春笋般拔地而起，钢铁的日产量也日益增多。说到这就不得不说一下铁和钢的区别了：钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。 含碳量2%～4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中钢铁碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁

中碳以Fe3C形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。所以含碳量是钢和铁的最重要的区别。钢铁的产量成为衡量一个国家综合实力的重要因素，因为钢铁充斥在生活中的每一个方面，没有好钢就建不了百层的高楼，没有特种钢就造不出导弹航母，没有精制钢就是连一把瑞士军刀都造不出来。伴随着钢铁行业的迅猛发展西方国家在近代将中国远远的甩到了后面。在世界前10的钢铁企业中中国只有一家，中国钢铁行业落后西方国家不仅有技术方面的原因，中国虽然地大但绝不是物博，中国每年进口的铁矿石达到2、3百万吨，多达上千亿美元。因此也有一些国家从铁矿石上来抑制中国的钢铁发展。作为大学生的我们必须好好掌握材料的知识与技术，为祖国的钢铁事业贡献出自己的力量。

近年来的非金属材料特别是高分子材料的快速发展结束了金属材料在舞台上的独角戏。

非金属材料包括高分子材料，陶瓷材料，复合材料三大类。

高分子材料是以高分子化合物为主要组成部分的材料。高分子化合物是指一种或多种简单低分子化合物聚合而成的，相对分子质量很大的化合物，所以又称聚合物或高聚物。高分子化合物由单体通过化合键连接成分子链，其结构一般为···CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2···，可以简写为-[-CH2-CH2-]n-。高分子材料的主要缺点是容易老化，在长期的使用或存放过程中由于受各种因素的在作用，其性能随时间的延长而不断恶化，而逐渐丧失使用价值。但是高分子有许多金属和陶瓷不具有的优点：如原料丰富，成本低廉，它们大多可以从石油，天然气或媒

中提取，密度较小，这对减轻质量、节约能源有重要意义。化学稳定，对酸碱和有机溶剂有良好的耐腐蚀性；有良好的电绝缘性；有良好的耐磨、减磨和自润滑性能，并能吸震和减少噪音；另外还有良好的光学性能。由于这些优点这几年高分子发展迅速，据统计，其产量以每年10%的速度增加。

近十几年来,特别是一些陶瓷材料用来制作柴油发动机及燃气轮机上的一些结构零件和刀具，代替了金属材料，使陶瓷材料备受人们的关注。陶瓷具有熔点高、硬度高、化学稳定行高，耐高温、耐磨损、耐氧化、和耐腐蚀，以及重量轻、弹性模量大、强度高等优良性质。因此，陶瓷材料能够在各种苛刻的环境（如高温、腐蚀、辐射环境）下工作，成为非常具有前景的工程材料。常用的工程陶瓷有1、普通陶瓷，大量用于建筑工业，电器绝缘材料；2、氧化铝陶瓷，由于其硬度高、耐磨性好，因而很早就用于制作刀具、磨具、轴承等；3、氮化硅陶瓷，热压氮化硅刀具可以切淬火钢、铸铁、钢结硬质合金、镍基合金等，此外，还可以制造新型陶瓷发动机，这种发动机的燃料可以充分燃烧，减少环境污染，而且具有较长的寿命；4、碳化硅陶瓷，由于具有高温高强度的特点，可用于火箭尾喷管的喷嘴、炉管、以及燃气轮机的叶片、轴承等零件，也可用于制作各种泵的密封圈；除此之外还有氮化硼陶瓷、氧化皮陶瓷、赛龙陶瓷等。由于这些材料具有的性质，因此它们常用在耐高温、耐腐蚀、耐磨的场所和环境中。

然后就是复合材料，复合材料是由两种或者两种以上化学性质或组织结构不同的材料组成而成。复合材料的比强度和比模量高，抗疲劳性能、减震性能良好。其中的碳纤维材料在这几年被广泛的应用。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的

是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

不论是金属材料还非金属材料，在现代社会中上还都要继续它们的舞台剧，金属继续在国民生产中占有很大的比重，而非金属的发展势头正是迅猛，相信在一段时间里两种材料会平分天下，但我觉得非金属最终会占领整个历史舞台。而作为大学生的我们只有好好学习它们的特点和性能才能更好的、充分的利用它们来为社会做出贡献。

参考文献：百度文库；百度知道；《机械工程材料应用基础》张代东主编，机械工业出版社。