論述金屬材料組織和性能之間的關系

唐家泰

（湖南省長沙市第一中學，湖南長沙410000）

論述金屬材料組織和性能之間的關系

唐家泰

（湖南省長沙市第一中學，湖南長沙410000）

金屬材料在工業制造領域應用廣泛，不同的應用環境對金屬材料的性能也會有不同的要求。金屬材料根據組成元素和結構的不同，可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料。金屬材料的性能會隨著組織結構的變化而變化，在工業生產中要控制好金屬材料的組織結構，以得到具有特定性能的金屬材料。

金屬材料；組織結構；性能指標

在人類的生產生活當中，鋼材、鋁合金等金屬材料起到了基礎支撐性作用。當今時代的發展和進步離不開對新材料的開發和應用，人類通過不斷認識和制造出新的金屬材料，實現科技的進步和發展。然而，金屬材料的性能受到多種因素的影響，其中影響金屬材料性能的一個因素就是金屬材料的組織結構。在對金屬材料的生產制造中，要正確認識金屬材料內部組織結構與結構性能的關系。通過調控好金屬材料的組織結構，使金屬材料獲得特定的性能，滿足人們的生產生活需要。

1　金屬材料的分類與簡介

金屬材料是指以金屬元素為主要組分構成的具有金屬特性的一類材料的統稱。金屬材料是現代制造業的基礎，金屬材料的性能和質量直接關系到機械制造業的發展。根據金屬材料的組成和性能不同，金屬材料大致可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料三類材料。

1.1黑色金屬材料

黑色金屬材料是指以鐵、鉻和錳為主要元素組成的金屬類材料，包括碳鋼、鑄鐵及精密合金等。黑色金屬材料在人們的日常生產生活中應用最為廣泛，也是工業建設活動中所使用的基礎性材料。黑色金屬材料的產量占到了所有金屬材料總產量的95%以上，是最為常見的一類金屬材料。以鐵基材料來說，根據材料中的含碳量不同，可以分為三大類型。一是工業純鐵，這類材料的含鐵量達到99%以上，含碳量小于0.02%。工業純鐵又稱為熟鐵，具有銀白色金屬光澤，質地相對較軟，不能用于制造刀劍、鐵犁等常見工具。二是鋼材，其是含碳量在0.03%～2%的鐵碳合金。碳鋼是最常見的鋼鐵材料，冶煉方便，具有一定的結構強度，適用于大多數金屬制品的制造。三是鑄鐵，其是含碳量為2%～4.3%的鐵碳合金材料，鑄鐵的質地硬而脆，但耐壓耐磨[1]。由上述分析可以看到，同樣是鐵基金屬材料，含碳量的不同會造成金屬材料差異巨大。

1.2有色金屬材料

狹義的有色金屬材料是指除了鐵、鉻錳之外的金屬材料，廣義的有色金屬材料還包括各種有色金屬合金。在當代社會，新的科技設備對金屬材料的性質有著特殊的要求，有色金屬材料的產量和用量雖然很小，對各種新產品的性能卻起著至關重要的作用。在全球范圍來說，有色金屬的儲量要遠小于黑色金屬，因而只有在特殊的工業制品中才會用到有色金屬材料。有色金屬材料通常可以分為輕金屬、重金屬、半金屬、貴金屬、稀土金屬和稀有金屬。與傳統的黑金屬材料相比，有色金屬材料的加工制造難度較大，在生活中應用較少。有色金屬材料通常應用于特殊產品如導彈、衛星、潛艇和雷達的制造當中。

1.3特種金屬材料

特種金屬材料是近年來新開發的一類特殊的金屬材料，在生產生活中應用更為稀少，它們是具有特殊用途、結構和功能的金屬材料。根據內部結構的不同，特殊金屬材料可以分為準晶態、非晶態和納米晶態等金屬材料。特殊金屬材料現階段仍然處于研究開發階段，在日常生活中應用較少，目前主要應用于航天制造等尖端科技產品的制造當中。

2　金屬材料的內部組織對性能的影響

金屬材料往往具有一定的硬度，具有良好的導電導熱性能，正是基于這些特性，金屬材料在人們的生產生活中得到了廣泛的應用。金屬材料的結構性能與內部的組織結構關系巨大，在金屬材料的制備過程中可以通過調控金屬材料的內部組織結構，達到改變金屬性能的目的。

2.1晶粒對金屬材料力學性能的影響

金屬的力學性能又稱為金屬的機械性能，也是鋼筋等常規金屬制品最為關注的結構特性。金屬材料的力學性能包含多方面的指標，包括強度、韌性、塑性和彈性等。只有掌握了不同金屬所具有的特定性能，在金屬加工制造過程中才能合理地選擇恰當的金屬材料。純的金屬材料屬于晶體，不同類型的金屬材料其內部的晶粒大小、形狀和晶體內部缺陷不同，這些組織結構特性會影響金屬的力學性能。金屬內部的晶粒越小，晶體的韌性就越高，塑性越好[2]。

2.2金屬的同素異構轉變對金屬性能的影響

在現代化冶金技術的發展下，合金被大量的加工和使用。以鐵碳合金來說，其基本組織結構有多種形態，在不同的要求下要選擇不同的合金材料。鐵素體在常溫環境下性能接近純鐵，但是強度和硬度相對較差；奧氏體的結構強度和硬度較強，同時可塑性也較好；回火索氏體各項指標較為平均，綜合性能較好。由此可見，同種元素組成的金屬材料在不同的加工工藝的影響下，所得到的材料的性能差異很大。控制金屬的同素異構體的特性是控制金屬性能的有效途徑。

3　結語

金屬材料是人類生產生活的基礎性材料，在工業制造領域得到了廣泛的應用。金屬材料可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料。金屬材料的性能受到金屬的組織結構性能的影響，通過調控金屬材料的內部組織結構可以對材料的各項性能進行有效的調控。金屬材料內部的晶粒大小和結構、金屬材料的同素異構轉變都會對金屬材料的性能產生巨大的影響。

[1]張炯.闡述金屬材料組織和性能之間的關系[J].科技創新與應用,2016,6(3):81.

[2]李婷.論金屬材料組織和性能之間的關系[J].江西建材,2016,36(10):293,295.

The Relationship between Microstructure and Properties of Metallic Materials

Tang Jia-tai
(The First High School of Changsha City,Hunan Province,Hunan Changsha 410000)

Metal materials are widely used in the field of industrial manufacturing,different application environment on the performance of metal materials will have different requirements. Metal materials can be divided into ferrous materials,nonferrous metals and special metal materials according to the composition and structure of the material. The properties of metallic materials will change with the change of the organization structure. In the process of industrial production,the structure of metal materials should be controlled to get the metal materials with special properties.

Metal materials; Microstructure; Performance index

TG14

A

2096-0387（2016）05-0079-02

唐家泰（1999-），男，湖南吉首人，研究方向：數學類（數學與應用數學）、材料類（納米材料與技術）。