機械工程材料應用及前景展望

初亞菲

(中鐵三局西南公司，四川 成都 610000)

機械工程材料應用及前景展望

初亞菲

(中鐵三局西南公司，四川 成都 610000)

介紹了機械工程材料的性能、分類、生產工藝、主要優勢等，分析了鋼鐵材料，鎂、鎂合金，鋁、鋁合金，稀有金屬材料的應用，并對其發展前景進行展望。今后在實際工作中，機械工程材料的應用領域將會擴大，經濟效益良好，應該采取措施應對市場缺陷，推動機械工程材料的創新與發展。

機械工程材料 生產工藝 鋼鐵材料 稀有金屬

1.機械工程材料概述

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

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，以及各種用途的結構鋼、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構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復合材料等。

1.3生產工藝。通常先提取和冶煉金屬，有些金屬需進一步精煉并調整到合適的成分，然后加工成各種規格和性能的產品。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域熔煉、真空熔煉和粉末冶金工藝。金屬材料通過冶煉并調整成分后，經過鑄造成型，或經鑄造、粉末冶金成型工藝制成錠、坯，再經塑性加工制成各種形態和規格的產品。對有些金屬制品，要求其有特定的內部組織和力學性能，還常采用熱處理工藝，以提高其強度和硬度，滿足工業生產需要。

1.4主要優勢。金屬材料的力學性能全面，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；并儲量豐富，適合大規模應用。

2.機械工程材料的應用

2.1鋼鐵材料及其應用。自工業革命以來，鋼鐵一直是人類使用的最重要的材料，目前世界鋼鐵產量仍然在逐年增長。鋼鐵工業發展呈現產品結構在變化、增長，產業集中度進一步提高等趨勢。主要應用領域：為電力系統、汽車工業、鐵路與橋梁、船舶與海上鉆井平臺、兵器工業、石油開采機械及輸油管道、化工壓力容器、建筑鋼筋和構架等

2.2鎂、鎂合金及其應用。鎂由于其優良的物理性能和機械加工性能，豐富的蘊藏量，已經被業內公認為最有前途的輕量化材料及21世紀的綠色金屬材料。汽車、摩托車等交通類產品用鎂合金，鎂作為實際應用中最輕的金屬結構材料，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將鎂合金制造零件作為重要發展方向。另外，鎂合金應用發展最快的是電子信息和儀器儀表行業，在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇，鎂合金外殼可使產品更豪華、美觀。近幾年電子信息行業鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動全球鎂消耗量增加的另一重要因素。

2.3鋁、鋁合金及其應用。鋁合金具有密度小、導熱性好、易于成形、價格低廉等優點，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、輕工建材等部門。例如，在航空航天領域，鋁鋰合金具有低密度、高比強度、高比剛度、優良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，被認為是航空航天工業中的理想結構材料。在航天領域，鋁鋰合金己在許多航天構件上取代了常規高強鋁合金。鋁鋰合金作為儲箱、儀器艙等結構材料具有較大優勢。國外預測，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的重要結構材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作結構材料外，還可以用作超塑性成型的預成型材料，并用于制作近凈成型航空、航天發動機的零部件及超高速飛行器的翼、殼體等。又如，在汽車領域，汽車用鋁合金材料的3/4為鑄造鋁合金，主要是發動機部件，傳動系部件，底盤行走系零部件。變形鋁合金主要用于熱交換器系統，車身系部件。鋁基復合材料在某些范圍內替代鋁合金、鋼和陶瓷等傳統的汽車材料，用于汽車關鍵零件，特別是高速運動零件，對減少質量、減少運動慣性、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，在汽車領域有著良好的應用前景。

2.4稀有金屬材料及其應用。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，在現代工業中有廣泛的用途。例如，在電子工業領域，高純度稀有金屬鍺是最主要的半導體材料之一，此外鈮、鎢、鋁、鈦、鋯等也都是電子工業的重要材料；稀有金屬鉭用以制造比容大、性能穩定的優質電容器，成為航空及航天設備中的重要電子元件。又如，在鋼鐵工業領域，稀土金屬及稀有高熔點金屬都是冶煉優質鋼的重要添加劑，少量稀土或釩加入到鋼中，能大大提高強度和耐沖擊性能，大量用于煉制各種低合金鋼。鎢用于煉制高速切削用鋼。稀有高熔點金屬的碳化物都具有很高的熔點、硬度和耐磨性能，因此廣泛用于制作硬質合金。

2.5其它材料及其應用。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，國防建設也有廣泛用途。有些已經用于宇宙飛船制造及軍事應用，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，其奇特的物理化學性能至今科學家還在研究，鉭合金的特殊用途目前仍在研究、開發。

3.機械工程材料前景展望

3.1應用領域擴大，經濟效益良好。隨著材料設計、工藝技術及使用性能試驗的進步，傳統的金屬材料得到迅速發展，新的高性能金屬材料不斷開發出來。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機械合金化合金、氧化物彌散強化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結構材料、金屬基復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、機電等各個領域獲得了應用，并產生巨大經濟效益。

3.2應對市場缺陷，推動創新發展。目前，我國金屬材料行業呈現出起穩回升、發展逐漸向好的良好局面。雖然金屬材料行業發展很快，但是市場存在的一些問題不容忽視，如市場無序競爭、產品質量下降、創新乏力等。今后應該對金屬加工行業進行調研分析，推動技術整合，建立長期合作的固定客戶，秉承顧客至上 銳意進取的精神旗幟，獲得廣大消費者好評。在不斷的進取創新中為金屬加工行業的消費者服務，金屬材料行業前景將不斷上升。

4.結束語

機械工程材料具有自身顯著特點，其應用前景十分廣泛。今后應該加大科研和技術創新力度，提高服務質量，促進機械工程材料得到更好應用，滿足實際工作需要。

[1]黎加強.機械工程材料浪費現狀及節約對策分析[J].科技創新與應用,2013(11),59

[2]呼吉迎.機械工程材料應用現狀探討[J].科技創新導報,2013(20),26

G322

B

1007-6344（2015）02-0318-01