材料科学：掌握金属材料特性与加工技巧

现代材料种类繁多，据统计，目前世界上的材料总和已达40万种，而工程材料是机械产品制造所必需的物质基础，是工业的“粮食”。工程材料的使用与人类文明进步密切相关，人类文明的历史就是材料发展的历史，其众多成果标志着人类文明的发展水平。至此，历史学家们将人类的历史按材料的使用情况划分成了石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代、新材料时代和纳米时代等。早在公元前2000年左右的青铜器时代，人类就开始对材料进行冶炼和加工制造。在夏代，我国就掌握了青铜冶炼术，到距今3000多年的殷商、西周时期，该技术达到了当时的世界高峰，用青铜制造的生产工具、生活用具、兵器和马饰得到普遍应用。河南安阳武官村挖掘出来的重达875 kg的后母戊鼎，不仅体积庞大，而且花纹精巧、造型美观。湖北江陵楚墓中发现的埋藏2000多年的越王勾践的宝剑仍金光闪闪，说明当时人们已掌握了锻造和热处理技术。春秋战国时期，我国开始大量使用铁器，白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁等相继出现。公元1637年，明代科学家宋应星编著了闻名世界的《天工开物》，该书详细记载了冶铁、铸造、锻铁、淬火等各种金属加工制造方法，是最早涉及工程材料及成型技术的著作之一。对于陶瓷及天然高分子材料（如丝绸），我国也曾远销欧亚诸国，踏出了举世闻名的丝绸之路，为世界文明史添上了光辉的一页。19世纪以来，工程材料获得了高速发展，到20世纪中期，金属材料的使用达到鼎盛时期，在机械制造业（如电工设备、农用机械、化工和纺织机械等）中，钢铁材料使用占比约90%，有色金属占比约5%；而汽车制造业中，有色金属与塑料的比例稍稍提高。工程材料的发展趋势将是传统材料不断扩大品种规模，降低成本提高性能质量；新材料应用推广特别是人工合成材料等的快速发展，形成金属、高分子、陶瓷及复合材料三分天下的时代。另外，功能材料、纳米材料等高科技材料的加速研究，逐渐成熟并获得应用。显然，工程材料已成为所有科技进步的核心关键。

实践证明，生产制造中往往由于选材不当或热处理不妥，致使机械零件使用性能达不到规定技术要求，从而导致零件在使用服役过程中诱发过量变形、过早磨损或诱发裂纹等而早期失效。所以，在生产实践中合理选定材料和热处理方法、正确制定工艺路线，对充分发挥材料本身的性能潜力，保证材料具有良好的加工性能，获得理想可靠的使用性能，对提高产品质量、节约材料、降低成本等都起着至关重要的作用。(www.xing528.com)

目前，金属材料仍是机械产品应用中最主要的材料，它包括铁和以铁为基的合金（俗称黑色金属），如钢、铸铁和铁合金等；非铁金属材料（俗称有色金属），如铜及铜合金、铝及铝合金等。金属材料的性能与其化学成分、显微组织及加工工艺之间有着密切的联系，了解它们之间的关系，掌握它们之间的一些变化规律，是有效使用材料的必备之需。本书在概括阐述材料及合金的一般规律的基础上，以最常用的金属材料钢为实例，较详细地介绍了钢的性能与化学成分、显微组织和热处理工艺之间的关系。