機(jī)械工程材料應(yīng)用及前景展望

初亞菲

(中鐵三局西南公司，四川 成都 610000)

機(jī)械工程材料應(yīng)用及前景展望

初亞菲

(中鐵三局西南公司，四川 成都 610000)

介紹了機(jī)械工程材料的性能、分類、生產(chǎn)工藝、主要優(yōu)勢(shì)等，分析了鋼鐵材料，鎂、鎂合金，鋁、鋁合金，稀有金屬材料的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。今后在實(shí)際工作中，機(jī)械工程材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益良好，應(yīng)該采取措施應(yīng)對(duì)市場(chǎng)缺陷，推動(dòng)機(jī)械工程材料的創(chuàng)新與發(fā)展。

機(jī)械工程材料 生產(chǎn)工藝 鋼鐵材料 稀有金屬

1.機(jī)械工程材料概述

1.1性能。金屬材料金屬材料是指以金屬健結(jié)合并具有金屬特性的一類物質(zhì)。它具有良好的性能，在比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性、耐用腐蝕性、抗氧化性具有自身顯著特點(diǎn)。

1.2分類。金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。其中，黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，包括輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過(guò)快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復(fù)合材料等。

1.3生產(chǎn)工藝。通常先提取和冶煉金屬，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)格和性能的產(chǎn)品。提煉金屬，鋼鐵通常采用火法冶金工藝，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(guò)冶煉并調(diào)整成分后，經(jīng)過(guò)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(duì)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，以提高其強(qiáng)度和硬度，滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。

1.4主要優(yōu)勢(shì)。金屬材料的力學(xué)性能全面，可靠性高，使用安全；具有良好的溫度使用范圍；良好的工藝性能；并儲(chǔ)量豐富，適合大規(guī)模應(yīng)用。

2.機(jī)械工程材料的應(yīng)用

2.1鋼鐵材料及其應(yīng)用。自工業(yè)革命以來(lái)，鋼鐵一直是人類使用的最重要的材料，目前世界鋼鐵產(chǎn)量仍然在逐年增長(zhǎng)。鋼鐵工業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在變化、增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高等趨勢(shì)。主要應(yīng)用領(lǐng)域：為電力系統(tǒng)、汽車工業(yè)、鐵路與橋梁、船舶與海上鉆井平臺(tái)、兵器工業(yè)、石油開(kāi)采機(jī)械及輸油管道、化工壓力容器、建筑鋼筋和構(gòu)架等

2.2鎂、鎂合金及其應(yīng)用。鎂由于其優(yōu)良的物理性能和機(jī)械加工性能，豐富的蘊(yùn)藏量，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為最有前途的輕量化材料及21世紀(jì)的綠色金屬材料。汽車、摩托車等交通類產(chǎn)品用鎂合金，鎂作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視，世界各大汽車公司已經(jīng)將鎂合金制造零件作為重要發(fā)展方向。另外，鎂合金應(yīng)用發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)，在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇，鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀。近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動(dòng)全球鎂消耗量增加的另一重要因素。

2.3鋁、鋁合金及其應(yīng)用。鋁合金具有密度小、導(dǎo)熱性好、易于成形、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等部門。例如，在航空航天領(lǐng)域，鋁鋰合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中的理想結(jié)構(gòu)材料。在航天領(lǐng)域，鋁鋰合金己在許多航天構(gòu)件上取代了常規(guī)高強(qiáng)鋁合金。鋁鋰合金作為儲(chǔ)箱、儀器艙等結(jié)構(gòu)材料具有較大優(yōu)勢(shì)。國(guó)外預(yù)測(cè)，含鈧鋁-鎂合金及其它系列的鋁合金有可能成為下一代飛機(jī)的重要結(jié)構(gòu)材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作結(jié)構(gòu)材料外，還可以用作超塑性成型的預(yù)成型材料，并用于制作近凈成型航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件及超高速飛行器的翼、殼體等。又如，在汽車領(lǐng)域，汽車用鋁合金材料的3/4為鑄造鋁合金，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)部件，傳動(dòng)系部件，底盤行走系零部件。變形鋁合金主要用于熱交換器系統(tǒng)，車身系部件。鋁基復(fù)合材料在某些范圍內(nèi)替代鋁合金、鋼和陶瓷等傳統(tǒng)的汽車材料，用于汽車關(guān)鍵零件，特別是高速運(yùn)動(dòng)零件，對(duì)減少質(zhì)量、減少運(yùn)動(dòng)慣性、降低油耗、改善排放和提高汽車綜合性能等具有非常積極的作用，在汽車領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

2.4稀有金屬材料及其應(yīng)用。稀有金屬分為稀有輕金屬、稀有難熔金、稀有分散金屬、稀有稀土金屬、稀有放射性金屬，在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途。例如，在電子工業(yè)領(lǐng)域，高純度稀有金屬鍺是最主要的半導(dǎo)體材料之一，此外鈮、鎢、鋁、鈦、鋯等也都是電子工業(yè)的重要材料；稀有金屬鉭用以制造比容大、性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電容器，成為航空及航天設(shè)備中的重要電子元件。又如，在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域，稀土金屬及稀有高熔點(diǎn)金屬都是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼的重要添加劑，少量稀土或釩加入到鋼中，能大大提高強(qiáng)度和耐沖擊性能，大量用于煉制各種低合金鋼。鎢用于煉制高速切削用鋼。稀有高熔點(diǎn)金屬的碳化物都具有很高的熔點(diǎn)、硬度和耐磨性能，因此廣泛用于制作硬質(zhì)合金。

2.5其它材料及其應(yīng)用。鉭、鍶、 銻、鎘、銥、鉍、銠、鈦、鎳、鋯、鉻、鈷、鎳鉻、鎳鉻硅、鎳鋁、鈦鋁、鐵鎳等在，國(guó)防建設(shè)也有廣泛用途。有些已經(jīng)用于宇宙飛船制造及軍事應(yīng)用，如金屬鉭不僅在火炮上有大用處，而且是以后宇宙空間探索必要的材料，其奇特的物理化學(xué)性能至今科學(xué)家還在研究，鉭合金的特殊用途目前仍在研究、開(kāi)發(fā)。

3.機(jī)械工程材料前景展望

3.1應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益良好。隨著材料設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)及使用性能試驗(yàn)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的金屬材料得到迅速發(fā)展，新的高性能金屬材料不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強(qiáng)和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機(jī)械合金化合金、氧化物彌散強(qiáng)化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機(jī)電等各個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，并產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。

3.2應(yīng)對(duì)市場(chǎng)缺陷，推動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展。目前，我國(guó)金屬材料行業(yè)呈現(xiàn)出起穩(wěn)回升、發(fā)展逐漸向好的良好局面。雖然金屬材料行業(yè)發(fā)展很快，但是市場(chǎng)存在的一些問(wèn)題不容忽視，如市場(chǎng)無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、創(chuàng)新乏力等。今后應(yīng)該對(duì)金屬加工行業(yè)進(jìn)行調(diào)研分析，推動(dòng)技術(shù)整合，建立長(zhǎng)期合作的固定客戶，秉承顧客至上 銳意進(jìn)取的精神旗幟，獲得廣大消費(fèi)者好評(píng)。在不斷的進(jìn)取創(chuàng)新中為金屬加工行業(yè)的消費(fèi)者服務(wù)，金屬材料行業(yè)前景將不斷上升。

4.結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械工程材料具有自身顯著特點(diǎn)，其應(yīng)用前景十分廣泛。今后應(yīng)該加大科研和技術(shù)創(chuàng)新力度，提高服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)機(jī)械工程材料得到更好應(yīng)用，滿足實(shí)際工作需要。

[1]黎加強(qiáng).機(jī)械工程材料浪費(fèi)現(xiàn)狀及節(jié)約對(duì)策分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(11),59

[2]呼吉迎.機(jī)械工程材料應(yīng)用現(xiàn)狀探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(20),26

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1007-6344（2015）02-0318-01