金屬材料的組織與性能的關系探討

秦國飛，韓 茜*

（商洛市商州區商洛學院，陜西 商洛 726000）

多數不同種類的金屬材料已經在人們的生活中不斷地被廣泛應用。常見的金屬主要是由金、銀、銅和其他不同類型的金屬元素組成。常見的金屬可以被分為黑色金屬和有色金屬，前者重點應用于不同的工業領域，而有色金屬加工的難度實際很大。但是因為不同種類金屬元素的種類較多，不同的技術實際也會表現出不同的性能，因此對金屬材料的組織和性能之間的關系進行探討顯得尤為重要。

1 金屬材料的具體分類和實際應用

1.1 金屬材料的概念

多數金屬材料具有一定的光澤和延展性，使用的過程中還容易直接材料，常規可以將金屬材料分成黑色金屬和有色金屬兩種不一樣的類型。多數黑色金屬可以更好地被融入鋼鐵內部，實際更可以被稱為“工業骨髓”。隨著科學技術的不斷發展，不同類型的化學材料正不斷地被應用，真正替代鋼鐵的產品變得越來越多，但是大家對鋼鐵的需求量卻會不斷地下降。但是發展到現在鋼鐵材料在金屬材料行業的位置依然是不可以被取代的。

人類文明和社會的發展實際和金屬材料的進步有著直接的關系。幾乎每一種不同的金屬材料的出現都有著非常顯著的標志，不同種類的金屬材料正不斷地推動人類社會向前進步。

1.2 黑色金屬材料的具體組成和應用

黑色金屬實際就是大家多熟悉的鋼鐵材料，在我國工業生產中的范圍也很廣。常見的黑色金屬材料重點包括如下幾個部分[1]。第一，純鐵的含鐵量超過百分之九十；第二，鑄鐵的含鐵量處于百分之四；第三，碳鋼的含碳量介于百分之二。這三種主要的黑色金屬是最為常見的黑色金屬。

1.3 特種金屬材料的組成和應用

特種金屬材料在世界范圍內都非常罕見，這種金屬材料實際也不會被廣泛應用于產品加工的過程中，現階段的特種技術材料主要是由兩種不同的類型組成。第一種是有著特殊結構的金屬材料。第二種就是常見的功能性的金屬材料，第二種金屬材料不僅顯得非常特殊，而且也可以被廣泛應用于科學研究的過程中。更多的特種金屬會被運用于軍事導彈使用的過程中。

1.4 有色金屬的組成和應用

雖然我國黑色金屬的儲量較多，但是有色金屬的數量也不少。一般只有在生產特殊零件時才會使用有色金屬。常見的輕金屬、重金屬、貴金屬和其他不同類型的金屬都可以被當作是有色金屬。相比于其他種類的金屬，有色金屬使用的范圍并不是很廣。

2 金屬材料組織結構和使用性能之間存在的關系

2.1 對物理性能產生的影響

在不同的條件下，不同類型的金屬材料會展現出不一樣的物理性能，所以其使用的范圍也會在較短的時間內受到限制。例如，鋼材如果處在溫度超過1000度的環境中則會直接轉化成液體，相關的物理性能也會不斷地改變。但是，雖然金屬確實有著較好的導熱性能，但是多數的價格較高。因此可以采用鋁或者銅來直接代替。這些不同的材料雖然都可以被當成散熱片，自身也有著很強的散熱性能[2]。此外，又因為其他不同類型的金屬有著熱脹冷縮的性能，如果在溫差過大的環境中則會表現出不同的使用效果。又因為鐵碳合金自身的耐熱性較差，所以在使用的過程中會遭受很大的阻礙。

2.2 對化學性能產生的影響

在一些特殊化學介質的作用下，更多的金屬材料會表現出不同的化學性能，其抗氧化性和耐腐蝕性能更是為人所稱道。例如，鋼鐵材料如果長期被暴露在空氣中自然會直接生銹，實際也會產生不一樣的化學反應。因此，目前一般都會通過在材料的表面涂抹鉛和鉻等不同的元素來形成合適的氧化膜，為的就是能夠在較短的時間內直接隔絕空氣。此外，更可以通過在鋼鐵內部加入鉻、鎳和其他不同的元素來金屬表面形成較為緊密的保護膜，從而避免其被化學物質腐蝕。

2.3 對力學性能的影響

眾多金屬材料自身的力學性能都會受到外界荷載的影響。例如最常見的鐵碳合金內部主要是由五種最基本的結構組成的，內部所呈現的力學性質各不相同。第一，常見的鐵塑體具有很強的韌性和可塑性，但是整體的硬度和強度卻顯得非常低；第二，奧氏體合金自身的強度和硬度都顯得非常高，其內部的可塑性較高，經常會采用壓力加工法來直接進行加工。第三，萊氏體主要是由奧氏體和滲碳體組成的，雖然內部的硬度較大，但是其可塑性實際卻很差。從上述的分析可以看出，即便是同一個組織結構內部的元素相同，其內部的力學性能也會有所不同，而如果能夠采用加熱法和冷卻法來直接進行處理，其金屬內部的力學性能也會發生變化。

3 金屬材料組織和工藝性能之間存在的關系

實踐中，金屬材料的組織結構和工藝性能之間確實存在著一定的關系，這種關系將會決定著其在切削、焊接和其他不同方面都會發揮不同的作用。

3.1 對切削性能的影響

從表面上看材料的切削性能和其硬度有著直接的關系，但是實際也和組織狀態有著直接的關系。通常材料自身的硬度越高，其切削的過程會變得更加困難，但是實際使用時卻顯得非常光潔。在實際工業生產時一定要借助熱處理工藝才能夠改變切削的性質。例如，在實際處理低碳鋼時，專業人員需要結合正火處理和其他不同的處理措施才能夠在較短的時間內提升材料的硬度，中碳鋼在接受退火工藝之后其切削性能會在較短的時間內有所提升，但是高碳鋼卻會在接受加工之后使得其硬度不斷地降低。

3.2 對鍛壓性能產生的影響

鍛壓處理就是通過對金屬施加外力來獲得合適的尺寸以及形狀，最終金屬的形態更會被改變，鍛壓處理實際也最能夠反映出金屬加工的特性，重點可以采用塑性和抗變形力等不同的兩大指標來有效地進行表示。金屬的可塑性越高，其抗壓性也就越低，其鍛壓性也就越強。一般而言純金屬材料的鍛壓性較強，而鐵碳合金的鍛壓性能則相對較差。

3.3 對焊接性能的影響

常規的焊接性能就是在特定條件下所能夠得到的質量最佳的焊接頭。例如，如果碳鋼內部的含碳量在短時間內變少，其焊接的性能就會發生變化。因此實際是不會直接借助高碳鋼來直接焊接不同的構件的[3]。此外，不同鐵碳合金中，其焊接的性能也會隨著含碳量的不同而表現出很大的不同。例如，多數鐵元素在高溫高熱的條件些會產生不良反應，從而使得其他金屬的焊接性能變得更差。

3.4 對鑄造性能的影響

如果能夠將融化了的金屬液體直接填充到鑄造的造型中，實際指的就是金屬鑄造過程，只有在加工的過程中直接進行冷卻和凝固才能夠更好地滿足尺寸的需求。不同金屬鑄造的性能反應的就是鑄件自身的額質量。本次實踐至少證明了兩點內容：第一，多數共晶合金和純度較高的金屬組織都有著很高的流動性，所以容易形成縮孔；第二，有效地判斷冷卻過后金屬組織的指廊將會直接影響鑄造的性能。如果鑄件內部的性能較差不僅會直接降低鑄件本身的質量，更會為后續的使用埋下很深的隱患。

4 金屬材料的性能和組織之間存在的關系

通過上文的分析可以得知多數金屬材料內部的組織結構顯得非常復雜。從研究的過程可以看出，純度越高的金屬會呈現出更高的晶體結構。即便是不同種類的金屬材料，其內部的組織結構也有一定的不同，最終會使得自身金屬材料的性能也會有所不同。但是，實踐中多數金屬材料屬于一種多晶體組織，其材料的形狀和組織結構之間確實存在著一定的關系。

從實驗室給出的數據可以得知，多數晶體類型的金屬材料會在強度上處于領先的地位。但是實際在進行冷熱加工時，內部多數金屬材料的性能會發生改變。在不同的條件下，金屬材料內部的晶體會存在扭曲的現象，最終使得金屬材料內部的結構也會出現不同的變化。

目前我國使用的金屬材料多數是由合金鋼材料組成的，此種材料內部的結構顯得非常復雜。不同類型的合金材料不僅會影響合金材料自身的性能，更可以影響合金材料的壽命。常規合金材料主要是由單相的組織結構和多相的組織結構組成的。如果單相合金外部的條件發生了變化，其組織內部的原子順序也會發生變化，從而使得合金材料自身的性質也會產生不同。如果多相合金內部的結構發生變化，則合金材料自身的性質也會產生不同，第二相體呢不的結構實際也會對合金材料的性質產生不良的影響。但是專業人員只有采用顯微鏡才能夠清晰地看到里面的結構。實踐中只有認真地分析不同合金內部的性能才能夠更好地判斷合金材料自身的質量。

5 金屬材料組織和性能的實際應用

從上文的分析可以看出，不同金屬的材料組織對于其機械性能、工藝性能和其他不同的性能都有著較強的影響，只有有效地改變材料內部的組織才能夠在第一實踐改變材料自身的性能。因此，專業人員只有采用合適的加工工藝才能夠在第一時間改善金屬自身的性能，并通過發揮金屬的潛力來提升產品的質量。本文接下來重點介紹冷處理、熱處理和其他不同的金屬加工工藝。

冷處理的本質就是冷塑的變形，最終可以使得金屬組織內部的纖維、材料強度和材料硬度得以提升。在實際生產的領域，可以采用冷塑變形的方式來直接加工銅材料。此外，熱處理加工工藝也可以發揮非常重要的作用。常見的正火、退火、回火和其他不同類型的工藝都是熱處理工藝，實際更被廣泛應用于不同類型合金材料的處理中[4]。整個加工的過程如下：第一，在采用正火進行處理之后不僅能夠在第一時間細化金屬組織，更可以有效地提升其硬度以及強度；第二，在采用合適的退火處理工藝之后，多數金屬組織也會朝著更加細化的方向發展，如果直接采用退火措施進行處理則會使得鋼材的結構變得更加均勻。第三，如果采用特殊的球化處理措施其滲碳體會成為新的顆粒，不僅整個構件的切削性能會有所變化，內部也不會出現開裂的現象。如果能夠在實踐中采用合適的處理措施自然可以使得金屬恢復良好的塑性。第四，如果采用合適的淬火處理不僅能夠改變金屬材料分布的情況，更可以將第二相能直接留在晶體內部，最終才能夠更好地實現硬化目標；第五，如果采用化學熱處理的方式自然可以直接在金屬表面滲透入新的化學物質，并在改變材料表層化學成分的基礎上更好地提升金屬的性能。此外，在實際加工時通常會將不同種類的工藝相互結合在一起來讓其發揮更大的作用。

只有在生產的過程中持續供應金屬材料才能夠為我國后續的生產貢獻更多的力量。目前國外先進的金屬材料已經沖擊了我國的金屬材料市場，但是只有在生產過程中采用針對性的金屬材料施工要求自然可以更好地為不同的用戶服務[5]。未來實踐時可以從切削、鍛造和切削三個方面來更高效地維持金屬組織材料的性能。

6 結語

綜上所述，金屬材料不僅會在實踐中廣泛地被運用于工業生產領域，更和人們的生活有著直接的關系。但是正因為不同類型金屬材料的種類很多，各自又有著不同的性能，所以其處理的工藝也會有不一樣的差異。從上述的分析可以看出，金屬材料內部的組織結構會對物理性能、化學性能和力學性能有不一樣的影響。因此，只有根據實際情況選擇合適的加工工藝才能夠更好地改變內部的組織結構，并在改善材料性能的基礎上更好地發揮金屬材料的作用。