![機械工程材料[工藝材料種類]](/img/2/1ac/nBnauM3XzYDO0gjN1ADO0cjNzQTM4IDOwEzMzQTNwAzMwIzLwgzL1gzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg "機械工程材料[工藝材料種類]")
發展
機械工程材料概述
機械工程材料機械工程材料涉及面很廣，按屬性可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料包括黑色金屬和有色金屬。有色金屬用量雖只占金屬材料的5％,但因具有良好的導熱性、導電性，以及優異的化學穩定性和高的比強度等，而在機械工程中占有重要的地位。非金屬材料又可分為無機非金屬材料和有機高分子材料。前者除傳統的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料外,還包括氮化矽、碳化矽等新型材料以及碳素材料（見碳和石墨材料）等。後者除了天然有機材料如木材、橡膠等外，較重要的還有合成樹脂（見工程塑膠）。此外，還有由兩種或多種不同材料組合而成的複合材料。這種材料由於複合效應，具有比單一材料優越的綜合性能，成為一類新型的工程材料。《機械工程材料》是機械類專業的一門必修課。
分類
工程材料的分類按成分分類：金屬材料、非金屬材料、複合材料。金屬是工業中套用廣泛的材料，其中鋼鐵的用量最大。
機械工程材料實驗室機械工程材料也可按用途分類，如結構材料（結構鋼）。工模具材料（工具鋼）。耐蝕材料（不鏽鋼）、耐熱材料（耐熱鋼）、耐磨材料（耐磨鋼）和減摩材料等。由於材料與工藝緊密聯繫，也可結合工藝特點來進行分類，如鑄造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以製取用普通熔煉方法難以製取的特殊材料，也可直接製造各種精密機械零件，已發展成一類粉末冶金材料。結構材料（如機械零件、工程構件）、工具材料（如量具、刃具、模具）、功能材料（如磁性材料、超導材料等）
按領域分類：機械工程材料、建築工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料。
物理性能
區別在於含碳量碳素鋼：a.低碳鋼（C≤0.25%）；b.中碳鋼（C≤0.25~0.60%）；c.高碳鋼（C》0.60%）。
生鐵%c=（2~4.3%） 工業純鐵 其化學成分主要是鐵，含量在99.50%－99.90%，含碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。
Q235A 屈服值，在235左右的優質碳素結構鋼。45鋼含碳量%0.45的優質碳素結構鋼。T10A 含碳量%1的工具鋼 ，ZG200-400指的是他的屈服強度為200,抗拉強度為400,單位為(MP）的鑄鋼 。灰鑄鐵HT200表ø30試樣的最低抗拉強度200MPa。
機械性能
複合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。複合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化矽纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等 。
退火是將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸採用不同的保溫時間，然後進行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。正火是將工件加熱到適宜的溫度後在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用於改善材料的切削性能，也有時用於對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火是將工件加熱保溫後，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火後鋼件變硬，但同時變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火後的鋼件在高於室溫而低於710℃的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關係密切，常常配合使用，缺一不可。
發展
機械工程材料機械工程
機械工程材料發展簡史
石器時代人類製造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是後來出現的機械的先驅。幾千年前，人類已創製了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用於提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械 。鼓風器對人類社會發展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。17世紀以後，資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展，許多人致力於改進各產業所需要的工作機械和研製新的動力機械——蒸汽機。18世紀後期，蒸汽機的套用從採礦業推廣到紡織、麵粉和冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械製造工業開始形成，並逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力機械的發展
17世紀後期，隨著機械的改進，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應生產提高的要求，於是在18世紀初出現了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創製出提供迴轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的套用範圍。蒸汽機的發明和發展，促進礦業和工業生產、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統等體積龐大、笨重，套用不便。19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。發電站初期套用蒸汽機為原動機；20世紀初，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱並可隨時啟動的原動機。內燃機最初用於驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，20世紀中期開始用於鐵路機車。內燃機和以後發明的燃氣輪機和噴氣發動機，還是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。
機械加工技術的發展
機械工程材料機械工程基礎理論的發展
18世紀以前，機械匠師全憑個人經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎無關。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合，如蒸汽機的發明人T.薩弗里和瓦特套用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初，研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。從19世紀後半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨後斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數理統計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。
服務領域
機械工程的服務領域很廣，凡使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，無不需要機械工程的服務。現代機械工程有5大服務領域 ：
①、研製和提供能量轉換機械，包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合於套用的機械能的各種動力機械，以及將機械能轉換為所需要的其他能量的能量變換機械。
②、研製和提供用以生產各種產品的機械，包括農、林、牧、漁業機械和礦山機械以及各種重工業機械和輕工業機械等。
③、研製和提供從事各種服務的機械，如物料搬運機械，交通運輸機械，醫療機械，辦公機械，通風、採暖和空調設備以及除塵、淨化、消聲等環境保護設備等。
④、研製和提供家庭和個人生活用的機械，如洗衣機、電冰櫃、鐘錶、照相機、運動器械和娛樂器械等。
⑤、研製和提供各種機械武器。
學科內容
機械工程的學科內容，按工作性質可分為以下方面：
①、建立和發展可實際和直接套用於機械工程的工程理論基礎。如工程力學、流體力學、工程材料學、材料力學、燃燒學、傳熱學、熱力學、摩擦學、機構學、機械原理、機械零件、金屬工藝學和非金屬工藝學等。
②、研究、設計和發展新機械產品，改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和未來的需要。
③、機械產品的生產，如生產設施的規劃和實現、生產計畫的制訂和生產調度、編制和貫徹製造工藝、設計和製造工藝裝備、確定勞動定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗等。
④、機械製造企業的經營和管理，如確定生產方式、產品銷售以及生產運行管理等。
⑤、機械產品的套用，如選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維修和改造各產業所使用的機械產品和成套機械設備。
⑥、研究機械產品在製造和使用過程中所產生的環境污染和自然資源過度耗費問題及處理措施。
學科分支
機械按功能可分為動力機械、粉碎機械、交通運輸機械和物料搬運機械等；按服務的產業可分為農業機械、化工機械、礦山機械和紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、透平機械、仿生機械和流體機械等。相同的工作原理，相同的功能或服務於同一產業的機械有相同的問題和特點，因此機械工程就有幾種不同的分支學科體系。另外，全部機械在研究、開發、設計、製造、運用過程中，要經過若干工作性質不同的階段，依此，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統，如機械科研、機械設計、機械製造、機械運用和維修等。這些分支學科系統互相交叉、互相重疊，使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如按功能分的動力機械，與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力裝置、核動力裝置，內燃機、燃氣輪機，以及按行業分的中心電站設備、工業動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等有複雜的交叉和重疊關係。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，屬於船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，也可能屬於核動力裝置。而驅動時鐘用的發條和重錘裝置也是動力機械，但不是熱力機械、流體機械、透平機械或往復機械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關係。分析這種複雜關係，研究機械工程最合理的分支系統，有一定的知識意義，但實用價值不大。
展望
機械工業是為國民經濟提供裝備的基礎工業，將隨著科學技術的發展而產生變化。機電一體化，機電一體化技術和機電一體化產品的統稱，是在機電產品中引入微電子元器件和技術之後形成的。機電一體化技術又稱機械微電子技術，是機械工程、微電子技術、信息處理技術等多種技術融合成的一種系統技術。機電一體化產品是運用機電一體化技術設計、生產的一種帶有軟、硬體系統的多功能的單機或成套裝置，通常由機械本體、微電子裝置、感測器和執行機構等組成。機電一體化技術涉及的學科有機械工程（如機構學、機械加工和精密技術等）、電工與電子技術（如電磁學、計算機技術和電子電路等）、共性技術（如系統技術、控制技術和感測器技術等）。機電一體化產品主要有商品生產用（如機器人、自動生產線和工廠等）、商品流通用（如數控包裝機械及系統、微機控制交通運輸機具和數控工程機械設備等）、商品貯存銷售用（如自動倉庫、自動稱量和銷售及現金處理系統等）、社會服務性（如自動化辦公機械和醫療及環保等自動化設施等）和家庭、科研、農林牧漁、航空航天及國防等用的機電一體化產品。機電一體化使機械工業的技術結構、產品結構、功能和構成、生產方式和管理體系等發生巨大變化。機械工程與人類生存環境 工程技術的發展在提高人類物質文明和生活水平的同時，也對自然環境起破壞作用。20世紀中期以來，最突出的問題是資源，尤其是能源的大量消耗和對環境的污染。未來，機械新產品的研製將以降低資源耗費，發展純淨的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為重要任務。
機械工程專業化和綜合化
機械工程