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第一单元 金属

金属的使用一直是人类社会系统发展中的重要因素。在组成所有物质的大约100个基本元素中，大约一半可归类为金属。金属与非金属间区别并不总是很清楚能作出的。最基本的区别集中在元素中原子间连结的类型以及与这些原子相关联的某些电子的特点。但是以比较实用方式来解释，金属可定义为有一系列有特有性质的元素

金属处于固体状态时是晶体状的 ，只有不多例外比如汞。金属是热、电的良好导体并且对光不透明，它们通常有比较高的致密度，许多金属有延展性，即它们形状可通过力的施加永久变形而不断裂。虽然金属发生断裂所需的力远远没有像所预期的撕开其原子所需的力那么大，但是引起金属永久变形所需的力和最终使其断裂的力还是相当大的 。

从我们观点来看金属最有意义的特征是晶体状特征。晶体状固体是这样一种固体，其中组成的原子坐落在规则的三维排列中，仿佛位于三维棋盘方格的角上。原子位于这种排列中的秩序与原子大小的秩序是相同的。原子实际的排列就是某金属的固有特征。排列中轴线的方向就确定了空间中晶体定位。工程实践中一般使用的金属就是由大量这样晶体或称晶粒所组成的。在大多数一般情况下各种不同晶粒的晶体是随意排列在空间中。这些晶粒到处互相紧密地接触并组合在一起形成原子规模，这些晶粒接触的面就称为晶界。

绝对纯粹的金属即只有一种原子所组成从来没有生产过。即使准备生产，工程师不会对这样的金属特别感兴趣，，因为它很软、强度不够。商业上不可避免使用的金属都包含少量的一个或一个以上外来元素，包括金属，或者是非金属。这些外来元素可能是有害的，也可能是有益的，或者它们对金属特有性质根本没有影响。如是不利的则外来元素被称为杂质；如是有利的则会称为合金元素。人们一般都有意识地把合金元素加在工程材料中，甚至相当数量。加好后的金属就称为合金。

金属与合金并不是能很清楚区分的。金属这个术语可用来包含商业上纯粹金属和它的合金。或许可以这样说越是故意地增加合金或增加量越大，那么这种产品就越有可能被特殊地称为合金。无论哪种情况，人们都必须知道金属或其合金的化学成分，假如在金属或其合金的使用中要得到它们性能一致性能则必须把化学成分控制在一定限度内。因此当人们要扩大理解决定金属及合金性能时不得不考虑它们的化学成分

在50个左右的金属元素中，只有少量金属被生产并大量使用在工程实践中。目前为止最重要的金属是铁，到处都存在的钢及铸铁（基本上就是铁和碳的合金）就是建立在铁的基础上。它们在重量上占了所生产所有金属的大约98%，铝、铜、镍、钛。铝是在结构用途中处于第二位重要，结构用途指准备承受载荷的那些结构。铝在重量上占了所有生产金属的0.8%，铜大约0.7%，只留下0.5%给所有其它金属，正如人们可预料的，其余金属都用于相当特殊使用场合。例如，镍合金主要用于抗腐蚀抗高温使用场合下，而钛广泛用于航空工业中，因为镍合金是高强度和低密度的良好组合体。镍和钛都用于高成本和高质量的使用场合中，确实就是它的高成本阻止它们的应用。

我们这里不可能讨论更深奥的金属性能。在合金材料被采用并用于工程实践前，除了要掌握其结构强度外，只要求掌握它的综合性质就足够了。比如说，合金材料可能必须是强度高但也要有合理的抗腐蚀性，也可能必须能够通过特殊加工工艺如深拉削、机加工或焊接来制造，也可能必须能够很容易回收，它的成本和可获得性也可能特别重要。

第二单元 工程材料的选择

这种钢材与那种钢材之间是没有很大区别的，所有的钢材在机械性能方面都是非常相似的。我们应该对材料的可硬性、可得性和价格这样因素进行选择，而不要有这样想法；这种钢材能发挥作用，而其它钢材不行，因为这种钢材含有2%而不是1%合金元素，或者因为这种钢材有一个神秘的名字。热处理后任何一种钢材都能获得一系列不同性能；这对合金钢特别如此。

从工程材料的制造性能来考虑其选择

工程材料最后性能如硬度、强度和可加工性决定了工程材料的选择，而不是锻造性能。锻造性能对材料的最后性能一点都没有关系，因此不可能下大力气来改善其可锻性。高碳钢是很难锻造的。但其大晶粒能被以后的热处理细化，这就是最佳了。

低碳镍铬钢在高温下并在做功值只有520英尺磅以下（一英尺磅等于1.35582焦尔）与相似含碳量的普通钢材具有差不多可塑性。镍会减少中碳钢的可锻性，但是对低碳钢没有一点影响。铬似乎在锻造温度