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论材料科学对机械行业的影响
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XXX,学号: XXXXXXXXXX
摘要 :无论是对于传统还是现代新的机械行业,机械实现其功能的主题必然是特定的材料。
因此,材料学科的发达与否对于机械行业的发展有着至关重要的作用。 往往一个对材料选择
的合理与否直接影响机械性能的优劣; 有时材料学科上面的重大突破会给机械行业带来新的
血液甚至革命性的进步。
关键词 :材料科学机械行业发展促进
。
对比如今生活中的机械和前几十年的状况可以明显的感受到, 在机械的选材
方面,总是趋近于更高的硬度,更大的强度,更大的韧性,更轻的重量。这一点
在军工产品中体现得十分明显,比如坦克的发展 [1] 。早期的坦克是用普通的钢板
作为防弹的装甲, 在要求高的安全系数时必须增加其厚度, 这就意味着能耗的增
加和行驶速度的下降。而在 1882 年第一次获得奥氏体组织的高锰钢之后,坦克
则采用了高锰钢和匀扎制钢代替普通钢。高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、
挤压条件下, 表层迅速发生加工硬化现象, 使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性
和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能 [2] ,这种性能恰恰是必须受到冲击的装
甲所必须的。此外,其表面硬度为 500--550 布氏硬度,大于普通钢,意味着相
同的硬度条件下有着更轻的质量, 那么坦克的机动性能必然得到了提升。 而现在
的坦克装甲有的采用陶瓷复合材料。 正如多数人所知, 复合材料在当今社会扮演
着重要的角色,在许多的领域已经取代传统的材料。而陶瓷基复合材料 [3] 是以陶
瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。 这些复合陶瓷材料有耐高温、 高强度
和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能。但其也有致命弱点就是具有脆性,
为了弥补这个不足, 常采用高强度、 高弹性的纤维与基体复合, 这样就得到优良
韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 这样使得装甲的重量进一步减轻, 但是其性能
没有下降反而得到了提升。这样的材
料对于机械性能不断提升的例子数不
胜数,尤其是有时候一种优良性能的
材料可以应用于多个种类的机械。比
如上面提到的高锰钢的发现也可用于
采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造
和钢铁行业等。
再如航空发动机选材 [4] 的变化。
从右表中可以看出,随着新材料的发
展,传统的材料如钢在发动机中所占
的比例在迅速下降。随着新材料性能的不断提升(耐高温,高强度,抗氧化,抗
腐蚀,抗蠕变等),新的发动机材料可以在更恶劣的的条件下工作,意味着发动
机会有更大的推进力。
。
可以说, 人类的文明史也是材料科学的发展史。 自从原始社会开始, 人类已
经开始使用天然的材料为己所用 [5] 。利用动物的皮毛保暖,利用石块和动物的骨
磨制工具。 陶瓷的发现极大地促进了人类文明的发展, 人们可以按照自己的意愿
烧制不同形状, 不同功能的陶制品。 这一时期出现的工具都十分简陋, 只能称之
为原始的机械雏形, 比如石斧, 石刀等。 而后来青铜和铁的冶炼技术的成熟可谓
真正意义上开创了一个新的纪元, 古代机械得到了发展。 当时出现了车轮, 滑轮,
火炮,蒸汽机等机械。 这些机械的出现极大的影响了人类文明的