金屬材料組織和性能之間的關系

虞少敏

摘 要 金屬材料通常是指純金屬或者表現出金屬特性的合金材料。相應包括了黑色與有色金屬兩種，黑色金屬是指鋼鐵類型的產品，在我國工業化發展過程中這一材料發揮了關鍵作用。與黑色金屬比較，我國擁有的有色金屬含量很少且加工操作比較困難，應用范圍十分有限，所以僅在生產加工零件中應用。金屬材料種類繁多，性能也各不相同，由此可知，需要結合實際需求采取合理的金屬材料工藝開展機械加工，故本文整體對金屬材料組織與性能關系進行簡要分析。

關鍵詞 金屬材料 組織和性能 關系

中圖分類號：TG14 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.01.011

Abstract Metal materials generally refer to pure metals or alloy materials that exhibit metallic properties. Correspondingly， black and non-ferrous metals are included. Black metal refers to steel-type products， which played a key role in the development of industrialization in China. Compared with ferrous metals， China has a small amount of non-ferrous metals and is difficult to process， and its application range is very limited， so it is only used in production and processing parts. There are many kinds of metal materials and their properties are different. It can be seen that it is necessary to carry out mechanical processing with reasonable metal materials in combination with actual needs. Therefore， the paper briefly analyzes the relationship between metal material structure and performance.

Keywords metal material； structure and property； relationship

1 金屬材料分類與應用

在機械加工生產操作中金屬材料發揮了保障作用，產成品質量情況也與材料密切關系。我國在對這一材料的研究過程中獲得了性能與組織方面的關鍵成果，并且在材料加工操作中這部分成果得到了有效應用，一定程度指導了我國加工金屬材料操作。[1]

1.1 黑金金屬成分構成與應用

黑色金屬是我們在日常生活中頻繁接觸的鋼材材料，這一材料也普遍應用在工業化生產操作中，具體是鐵、鉻以及它們的金屬合金。黑色金屬在全球范圍內的產量十分豐富，占據了金屬總產量的90%。同時，在對黑色金屬整體認知過程中可以劃分為三種：第一種是含鐵量達到90%的工業純鐵；第二種是2%-4%以下碳含量的鑄鐵；第三種是含碳量低于2%的碳鋼。另外不銹鋼與高溫合金鋼也包含黑色金屬，這是我們在日常生活中隨處可見的金屬物，基本在生產鋼鐵等產品中應用。

1.2 有色金屬成分構成與應用

有色金屬是除去鐵、錳與鉻的所有金屬集合。現代社會隨著持續深入的自然資源開發，有色金屬正在不斷凸顯其重要地位，是世界主要戰略物資與生產材料。我國黑色金屬儲藏量顯著超過有色金屬，主要在特殊范圍和特殊用品生產過程中運用。與黑色金屬對比，有色金屬的加工制作難度更高，是一種非常珍貴的物質。在制作特殊物品中可以大量應用有色金屬，比如計算、潛艇等。

1.3 特種金屬成本構成與應用

特種金屬是非常稀有的，在日常生活中一般我們很少能見到。這一結構與功能金屬材料擁有不同的用途，具體包括納米晶和準晶等金屬材料，特殊功能合金等。目前正處在研究特殊金屬的初級階段，我們了解到在軍事研究中大部分應用這種材料。

2 材料與使用性能的關系

金屬材料自身的硬度很強，同時導電導熱功能良好，人們正是科學借助這部分特性在日常生活中全面使用這一材料。其結構性能密切聯系了內部組織結構，在加工制造金屬材料中可以憑借對其組織結構的科學調整，達到對金屬性能積極改變的目標。[2]

2.1 與力學性能的關系

外界荷載在影響金屬材料的整體流程中體現出了力學性能。具體包括5種基本組織，其與鐵碳合金時常接觸。鐵素的強硬度普遍偏低，而韌性與塑性相對較強；奧氏體塑性良好，在壓力加工中普遍應用，可以產生較高的強度與硬度；滲碳體金屬化合物包含了鐵與碳，擁有較強的脆性，硬度較高；珠光體包含鐵素體與滲碳體，在二者之間形成了力學性能；萊氏體包含滲碳體與奧氏體，整體塑性不佳，擁有極高的硬度。可以發現，不同材料組織有各不相同的性能，含碳量偏低，其強硬度也會偏低，相反塑性與韌性很高。隨著含碳量的逐步增加，材料結構中相應增加了珠光體，引起強硬度的增強，相應減少了塑性與韌性。整體來講，不管是采取以上方法還是通過冷拉或熱處理等，對材料組織來講，都會令原材料表現出不一樣的性能。[3]

2.2 與物理性能的關系

金屬不同材料擁有具體的使用范圍，在既定條件中體現出的物理性能也不同，比如在1538℃時鋼從固態轉變為液態。材料的導熱性是重要的物理特性，顯著優于非金屬，其中有最好導熱性能的是金屬是銀，但我們在實際生產中一般使用更高性價比的銅或鋁作為原材料。金屬擁有較好的導熱性使其自然散熱性也良好，比如其在冰箱散熱片的制作中應用。一般情況下金屬材料制品都會在較大強度和較高溫度的場所中應用，但其也體現出熱脹冷縮的特點，有效擴大了受熱體積，遇冷立刻發生收縮，故精密設備在選擇材料時需要考慮小膨脹性條件。

比如奧氏體在碳合金中含碳量較低，與鎳混合開始進行固溶處理以及獲得單相組織，有效提升了耐熱性。[4]

2.3 與化學性能的關系

由于化學作用的影響進而產生一系列的化學性能，在選擇材料的過程中應對耐腐蝕性與抗氧化性綜合考慮。鋼鐵在生活中表現出的生銹即是腐蝕問題，為了對其抗氧化性有效提升，通常可以把鉻、鉛元素等加入鋼中并使其表面形成一層精密的氧化膜，從而可以較好地改進材料的抗腐蝕性，比如對基電極的電位積極提升，盡量在常溫狀態下使合金表現單相組織特點。

3 材料與工藝性能的關系

3.1 與切削性能的關系

金屬材料切削加工操作的難易過程便是切削性能。從表面上分析，這一性能一定程度影響材料硬度，事實上也密切聯系著組織狀態。通常情況下，材料擁有較高的硬度，也增加了切削加工難度，但是也會產生極高的光潔度；材料硬度相對不足，加工切削也更加容易，相應也導致光潔度較差。在工業生產實際操作中，要想對材料切削性能有效轉變，通常選擇熱加工處置。比如低碳鋼，要想提升材料硬度需要分別實施正火與冷拔處理，最大程度增加材料的硬度；采取退火方法處置中碳鋼，可以提高切削水平；而通過退火方法處置高碳鋼，則一定程度減少硬度。[5]

3.2 與焊接性能的關系

在金屬焊接操作的具體環境中，優質接頭獲得的難易程度。比如碳鋼材料，含有極少的碳元素，相應提升焊接性能，因此通常焊接構件不會使用高碳鋼。另外，在鐵碳合金的不同類型中，相應的含碳量也會產生不同的焊接功能，比如：含碳量相對不高的奧氏體，與之對應的焊接性能也十分優良；鐵素體晶粒在高熱環境中產生一系列粗化反應。

3.3 與鍛壓性能的關系

鍛壓處理具體是向金屬施加一個外部力量，進而得到需要的形狀和尺寸，一定程度改變了組織結構，最大程度提高了力學性能。其也可以對加工金屬難易程度全面反應，同時也表現出一定的外部塑性與抗變形特點。金屬由于具備較強的塑性，必將影響其自身的抗變形性能，從而產生良好的鍛壓性能。金屬材料通過碳化物和固溶體的可鍛性反應其鍛壓性能，其中前者性能不佳，后者性能較好，均勻的細晶粒性能一般。[6]

3.4 與鍛造性能的關系

鍛造金屬材料，是指在熔融狀態下形成金屬液體，并在鑄造型腔內部填充，采取冷卻與凝固處理，獲得符合尺寸要求的鑄件。通過制造加工金屬鑄件過程的難易程度全面展現操作性能，科學利用收縮量與流動性的整體標識。實際說明：共晶合金與純度較高的金屬材料流動性優良，縮孔更加容易產生。采取冷卻凝固處置以后，均勻的金屬組織對鑄造性的能好壞有著一定的影響。若缺乏均勻的組織，鑄件不會產生較大差異的局部性能，如此，不僅減輕了鑄件綜合質量，還產生使用的安全隱患。

4 保證金屬組織性能的手段與發展趨勢

4.1 相關手段

在生產操作中，持續有效的供應金屬材料有利于推動我國生產建設事業的發展。目前研究的國外先進金屬材料已經對金屬銷售材料市場造成較大的影響，但我國生產金屬材料廠家僅對用戶施工金屬材料要求提供針對性保障，就可以為我國用戶提供不間斷的服務，結合保障材料組織的性能，可以從切削、鍛造與焊接方面對金屬材料性能采取相應措施。

建設項目所需的機械材料應用范圍非常廣闊，因此大多數機械行業中的企業在經濟條件許可的前提下，都在積極儲備大量生產所需的材料，充分保證生產操作。在機械加工行業金屬材料發揮了非常關鍵的作用，并應用在眾多行業中。在實踐操作過程中加工與改良基礎是金屬材料。在機械具體加工中，應結合各類材料的實際性能合理應用，對加工材料功能高度關注，從而獲得金屬加工過程中的最大化收益。

4.2 發展趨勢

在使用金屬材料過程中一定程度體現出了人類文明的發展進步，其是人類工業文明的標志性產物，也是社會未來的關鍵資源。隨著工業現代化的可持續發展，對操作工工藝實現了不斷完善，在金屬材料的加工方面產生了各類方法，對傳統加工金屬模式科學轉變，對金屬性能實現科學應用，成功突破了傳統金屬與純合金自身存在的性能約束。

將大量金屬資源提供給各個行業，創造了最佳的社會經濟效益。但是在加工制作金屬材料的過程中始終出現一些問題。比如，大規模過渡開采嚴重破壞了環境；資源無法實現共享，直接影響了區域團結合作，地區之間無法高度集中制造技術；政府不能提供有效政策，地方管理制度無法貫徹執行；企業管理水平不高。要想推動金屬加工業的可持續發展，需要社會有關行業的共同努力。

5 結束語

綜合分析，在工業生產領域產生了大量的金屬材料，其也密切聯系著人們的實際生活。由于金屬材料種類繁多，并擁有各自不同的屬性，因此需要采取不同的處理技術。經過分析了解到，金屬材料結構一定程度影響其使用和工藝性能，迫切需要選擇科學的加工技術對其結構有效改變，同時改善材料性能，最大程度體現材料功能。

參考文獻

[1] 包陳，蔡力勛，石凱凱，等.金屬材料準靜態斷裂性能標準測試技術研究進展[J].機械工程學報，2016（8）：76-89.

[2] 羅新民，苑春智，張靜文，等.激光沖擊及其對金屬材料組織和性能的影響[J].熱處理，2016（1）：17-22.

[3] 石磊，楊合，郭良剛，等.ECHE 擠壓對 AZ31 鎂合金組織和性能的影響[J].稀有金屬材料與工程，2017（11）：1955-1959.

[4] 賈光霖，張國志，康進武，等.電磁離心鑄造液態金屬運動規律的數學模型[J].東北大學學報，2016（12）：43-44.

[5] 齊世祿.控制與減小熱處理變形的措施[J].模具工業，2016（13）：12-14.

[6] 商錄朋.談金屬材料組織對性能的影響[J].科技信息，2015（31）.