为什么金属材料在科学材料中最重要

【专家解说】：能源、信息、材料是社会发展的三大支柱。其中材料是人类生存和发展的物质基础，它是社会发展和进步的标志，是人类文明的重要支柱。而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，这其中，金属材料是人类历史上系统的应用研究时间最长，在目前应用也较为广泛的一种重要材料。
　　　　　　　　　　　　　　一、金属材料对人类社会的意义
　　金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。金属材料可以说是人类社会发展的见证者，因为它在人类社会各个转型期起到了举足轻重的作用。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现在，种类繁多的金属材料已经成为人类社会发展的重要物质基础，尤其是钢铁，对人类文明发挥着重要的作用。一方面是由于它本身具有比其他材料更加优越的综合性能，能够更适应科技和生活方面提出的各种不同的要求；另一方面，是由于它始终蕴藏着的在性能、数量、质量方面的巨大潜力，能够随着日益增长的要求不断发展和更新。作为人类最早发现并开始加以利用的一种材料，金属可以说从方方面面影响着人类的历史发展进程。
　　　　　　　　　　　　　　 　二、金属材料的应用
　　金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。
　　农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开金属的支持，小到农具、机械零件、日常用品，大到飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由金属制成。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展金属、有色金属工业，增加金属的战略储备。所以说金属材料是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。
　　　　　　　　　　　　　　　三、影响金属材料性能的因素
　　金属材料，尤其是钢铁，因其本身具有优越的综合性能和在数量、质量方面的无限潜力，能够适应社会不断发展和需要，所以金属材料对人类文明发挥着重要的作用。对其成分、组织结构、性能三者之间的关系及变化规律的研究也显得至关重要。
　　金属材料中往往会含有不同种类的金属元素，不同金属元素成份对金属材料影响不同。例如，钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。一些元素是为改善钢材质量有意加入的，而另一些是由矿石及冶炼过程中带入的，称为杂质元素。这些杂质对钢的性能是有一定影响，从而降低钢材使用性能，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都有严格的规定。决定金属材料性能的基本因素是化学成分和组织结构。同一化学成分，或是同一结构的金属材料，其某些性能可以在一个大的范围内变化，从而影响其性能（最主要是工艺性能和使用性能）。

　　金属材料的工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能。金属材料从冶炼到制造成器件使用，需要经过铸造、压力加工、机械加工、热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，其所具有的那种能够适应实际生产要求的能力统称为工艺性能，如铸造性、锻造性、深冲性、弯曲性、切削性、焊接性、淬透性等。而金属的使用性能是说金属材料制作成工件后，在使用过程中，要求其能适应或是抵抗作用到它上面的各种外界作用（诸如力学、化学、辐射、电磁场以及冷热作用等，这些作用有强有弱，有大有小，有单一有复合）。金属材料的这两种性能及相辅相成又互相制约，平衡两者之间的关系会促进金属材料发展，更有效利用资源。
　　　　　　　　　　　　　　　　四、新型金属材料的应用
　　由于金属材料具有其他材料体系不能完全取代的独特性质和使用性能，例如它具有很高的模量，较高的韧性，并且具有磁性和导电性等优异的性能。而且，在其他材料发展的过程中，金属材料也在不断地推陈出新。现在，许多新兴的金属材料应运而生，传统的钢铁材料正在不断提高质量、降低成本、扩大品种规格，在其加工和处理等工艺上不断革新。近些年，中国制造业迅速崛起，作为制造业的基础行业之一的金属加工、成形行业，发展更为明显：在过去几年，整个行业以年均增长20-30％的速度发展，产品品质也在以惊人的速度提升，逐渐获得整个世界制造业的认可。新型金属材料在整个发展浪潮中更是炙手可热。

　　现如今，节能减排已深入人心，而汽车工业更是改革重点。汽车工业节能减排的首选便是轻量化材料。据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，而镁、铝作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中发挥出重要作用。铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。镁合金具有密度小，比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等有点。如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO的年排放量就能减少30%以上。世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。现在世界各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志。
　　　　　　　　　　　　　　　　五、合理利用金属材料
　　如今金属材料工业中，钢铁工业已经具有了一套相当完整的生产技术并拥有相应的生产能力，且具有质量稳定，供应方便，性价比高等优势。金属是可以回收循环使用的，其本身对环境并没有污染，但是在提炼过程中却会对环境产生污染。如有色金属，在生产过程中通常产生大量废气、废水和废渣，其中含有多种有用组分，有时含有有毒物质。因此，在生产过程中,必须注意综合利用与环境保护。金属矿石中常是多种金属共生，因此必须合理提取和回收有用组分，做好综合利用，以便合理利用自然资源。
　　自从人类发现了金属，金属就与我们的生活息息相关，密不可分。人类在不断的求知探索中，对金属材料的运用逐渐成熟，成熟的技术和先进的工艺方法使得金属材料为人类社会不断提供更便捷、更高效的服务。