淺談金屬材料的組織與性能的關系

吳杰釗

（大連民族大學，遼寧 大連 116602）

金屬的組織結構性能能夠影響到金屬的性能，它是通過對金屬材料進行內部結構的調節，從而調控材料的各項性能。

1 金屬材料的分類與簡介

1.1 黑色金屬材料

含有錳、鉻、鐵三種金屬元素的金屬材料都被稱為黑色金屬材料，例如碳鋼、精密合金等，黑色金屬材料在金屬材料中是應用最為廣泛的一種，主要用于建筑工程行業的支撐和奠基材料，這個過程的應用是不可缺少的。進行對黑色金屬材料的創新和開發能夠迅速推動建筑行業的發展，它的整體產量在所有金屬材料中大約占95%。在這通過對鐵元素為基礎材料進行舉例，按照含碳量把金屬材料分為三類，第一類是純鐵，并不是100%的鐵元素材料，可能會達到99%以上的含鐵量，不會超過0.02%的含碳量，在工業上，純鐵又被稱為熟鐵，純鐵一般情況下會呈現銀白色光澤，而且純鐵屬于軟質金屬，所以純鐵不能用于制造刀具等這一類硬度較大的金屬工具。第二類是鋼材，它的含碳量在0.03%～2%之間，它是合金材料。鋼材和純鐵的差別就是鋼材中的含碳量較多，但它的強度也會更高，這類鋼鐵材料冶煉和操作比較簡單，大多數金屬制品的材料主要就是鋼鐵。第三種是鑄鐵，這是一種含碳量在2%～4.3%的金屬材料，由于它的含碳量比較高，品質又硬又脆，但是對比之前兩種金屬材料鑄鐵的抗壓能力和耐磨性都比較高。結合以上說法，含碳量能夠在金屬材料組織結構中發揮著重要的作用[1]。

1.2 特種金屬材料

日常生活中，除了之前提到的兩大類金屬材料，另外還有一種特種金屬材料，它是具有較為特殊的結構和特殊的性能，但極少應用到它，其中，準晶體、非晶態和納米級晶態等都是特種金屬的材料，它的應用主要出現在前沿科技產品里。如今，這種特種金屬材料應用范圍還是較小，還正在研究開發中。

1.3 有色金屬材料

有色金屬材料包括狹義的有色金屬和廣義的有色金屬，鐵、鉻錳除外的其他金屬都是狹義的有色金屬，各種有色金屬合金被稱為廣義的有色金屬。在當今時代中，對于新科技設備來說，它們對于金屬的性能要求比較特別，雖然有色金屬材料的生產量和使用量都較少，但是許多新產品的功都離不開有色金屬的使用。在全球范圍內，有色金屬與黑色金屬相比儲量差距巨大，所以有色金屬材料只會被應用在特殊的工業制品當中。其中有色金屬材料主要分為輕金屬、重金屬、半金屬、貴金屬、稀土金屬和稀有金屬。有色金屬材料比黑色金屬材料加工制造難度更大，所以在平時的生活當中的用途比較少。一般只有在導彈、衛星、潛艇和雷達等特殊產品的制造中才會用到有色金屬材料。

2 金屬材料組織結構和使用性能之間的關系

在使用金屬材料的時候，它表現出來的一種性能是對于金屬材料使用性能，其中它包含了力學性能，物理性能以及化學性能，實用性能決定了金屬材料的應用環境和使用時間[2]。

2.1 對物理性能的影響

由于不同的外界條件，金屬材料就會展現出不同的物理性能，所以就限制了使用范圍。這里以鋼材來舉例說明，在1538℃的溫度下，就會從固態轉化為液態，物理性能也會隨著狀態的變化而改變。眾人周知，金屬的導熱性良好，其中銀的導熱性是最強的，但是價格相對高，所以通常會采用銅、鋁等材料來代替。而且，由于這些材料具有良好的散熱性，因此可以用作散熱片使用。此外，金屬材料具有熱脹冷縮的功能，由于經常在溫度高、強度大的環境中進行使用，可能使用效果就會被影響，比如在精密儀器中使用，就要選擇脹縮性小的材料。鐵碳合金由于本身的耐熱性能低下，如果混合鎳元素使用，耐熱性能就會有一定程度的提升。

2.2 對力學性能的影響

金屬材料在承受外界荷載時就會體現出相應的力學性能。以鐵碳合金為舉例說明，其中包含五中基本組織，不同組織它的力學性能也會各不相同：①鐵素體，鐵元素韌性和塑性比較強，但是強度和硬度卻比較低；②奧氏體，不僅強度和硬度比較高，而且有良好的塑性，經常用于壓力加工法；③滲碳體，鐵和碳的化合物，不僅有比較高的硬度，而且也有很大的塑性；④珠光體，鐵元素和滲碳體結合而成，所以力學性能也處于兩種元素之間；⑤萊氏體，由奧氏體和滲碳體組成，雖然萊式體硬度比較大，但是塑性比較差?？梢钥闯觯嗤脑刂g如果組織結構不相同，那么力學性能也會有所差別。鐵碳合金中，碳元素的含量大，就會提高強度和硬度，韌性和塑性就會隨之降低；碳元素的含量小，就會降低強度和硬度，從而就會增加韌性和塑性。在加工工藝上看，通常會使用加熱法、冷拉法對其進行處理，使得改變金屬材料的組織結構，從而相應的力學性能也會隨著組織結構的改變而變化。

3 金屬材料組織與工藝性能之間的關系

3.1 與切削性能的關系

金屬材料的切削性能指的是切削加工操作的難易過程。從字面意思上來看，這一性能在對材料硬度上有著一定程度的影響，其實與組織狀態也有著密切的關系。一般情況下，材料的硬度越高，切削加工難度就越大，但是光潔度就會越高；相反如果材料硬度低，切削加工也會更容易，相對的光潔度就會越差。工業生產的過程中，想要改變材料的切削性能，經常會使用的是熱加工的方法。例如低碳鋼來說，要想使材料的硬度提高要采取正火和冷波的處理方式，從而使材料的硬度有一定程度上的提高；如果對碳鋼使用退火的方式，就可以使切削水平提升；但是通過退火的方式處理高碳鋼，硬度就會在一定程度上有所降低。

3.2 金屬材料組織與鑄造性能之間的關系

把熔融金屬加添到鑄型當中，從而使其充分冷卻并凝固所得到的需要尺寸的鑄件的過程就是金屬鑄造。什么是合金的鑄造性能，指的是合金鑄造成型而得到的優質鑄件的難易程度，通常用流動性和收縮性來權衡這一性能，其中純金屬材料和共晶合金的流動性相對較好，則容易使縮孔形成。通常來說能對金屬材料鑄造性能產生影響的在于金屬材料冷卻凝固后組織的均勻與否，內部組織不均勻致使鑄件存在的性能差異就會比較大，從而不僅使得鑄件的質量差，而且會存在一定的安全隱患[3-6]。

3.3 金屬材料組織與焊接性能之間的關系

被焊金屬在固定的焊接條件下所得到的優質焊接接頭的難易程度就是金屬材料的焊接性能。對于碳鋼焊接性能的好壞，一般來說低碳鋼的焊接性能較好，中碳鋼的焊接性能則會比低碳鋼低，高碳鋼的焊接性能最差，所以通常情況下不會使用高碳鋼來用作焊接結構件。鐵碳合金由于組織的不同含碳量也會不同，當然焊接性也會有差異：奧氏體含碳量比較低，從而焊接性能較好；然而熱影響區的鐵素體晶粒則容易過熱而引起粗化；馬氏體焊接后淬硬度會比較大，容易使冷紋產生；珠光體的焊接性能則會比較低下。

4 金屬材料的組織與性能的相關手段與發展趨勢

4.1 相關手段

在進行生產的過程中，進行對金屬材料的持續性的供應，能夠促進我國的生產建設的發展。國外的一些先進的金屬材料對我國的金屬銷售市場造成了很大的影響，但金屬材料廠的生產只對用戶施工運輸材料要求提供指向性保證，與此同時，要保證材料組織的性能，要采取相關的措施，在進行切削、鍛造和焊接的過程中，為了保證金屬材料的性能，要采取一些相關的措施。因為建設降溫的這些材料具有廣泛性，所以若是經濟足夠，許多的機械行業要對生產需要的材料進行補充，從而保障了生產的操作。金屬材料是時間操作的過程中加工和改良的較為基礎的材料。在進行機械實際加工時，要對各類材料的性能進行合理應用，要重視對加工材料功能的研究分析，這樣能夠使得金屬在加工時能夠獲得最大收益。

4.2 金屬材料的發展趨勢

在一定程度上對金屬材料的使用充分反映了人類文明的進步發展，它在人類工業文明中具有代表性作用，同時對未來社會來說也是非常重要的資源?，F代工業發展越來越快，加工技能越來越完善，金屬材料的加工方法也越來越進步，通過對傳統金屬加工制造的改變，使得金屬性能得到了充分利用，從而使原有純金屬、純合金的局限被打破，為各個行業都提供了豐富的金屬資源，也使經濟效益得到了提升。但是在金屬材料加工制作中依然有一些不足之處的存在。比如，由于對金屬材料的過渡開采從而對環境造成了嚴重的破壞；不能共享資源，區域合作不團結，地區之間制造技術分散；政府不能給出具體政策，地方不能給出具體制度；企業不能提高管理效率，使得加工成本不斷提高。金屬加工行業要想發展的優良，則需要社會相關業，甚至政府國家齊心合力共同溝通發展。

5 結束語

結合上述所知，金屬材料的應用較為廣泛，應用環境的不同是的使得對金屬材料的性能的要求也不同，充分的結合金屬材料的使用范圍以及它的相關工藝對金屬材料組織的進行性能的提升。本章主要介紹研究金屬材料組織和性能的關系，要想做到完善，就需要相關的研究工作人員進行深度的研究調查。