精選金屬材料組織和性能的關係

摘要：“組織決定性能，性能決定用途”，用這句話來形容金屬材料再貼切不過了，由此也可以得出研究金屬材料組織、性能及兩者之間關係對我國工業化生產過程中選擇合適的原材料和加工工藝的重要性。金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能兩個方面，無論是使用性能所包括的力學性能、物理性能和化學性能還是工藝性能所包括的鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削加工性能都與金屬原料組織有密切的聯繫，為此文章重點以鐵碳合金和一些代表金屬為例研究金屬原料組織和性能之間的關係，論述不同金屬材料組織及改變金屬材料組織對其相關性能的影響。

關鍵詞：金屬材料組織;使用性能;工藝性能;關係

金屬材料一般是指純金屬和具有金屬特徵的合金材料。金屬材料大致可以分為黑色金屬和有色金屬，黑色金屬主要就是指鋼鐵產品，眾所周知這也是目前我國工業化生產過程中最普遍和重要的金屬材料。相比黑色金屬，有色金屬在我國因其含量較少且加工難度相對而言比較大，使用範圍就有所侷限，所以它只會用於特殊零件的生產。金屬材料種類眾多，性能各異，由此看來，在機械加工的過程中要根據實際需要選擇合適的金屬材料和加工工藝，就需要我們儘可能多地掌握金屬材料的組織和性能及兩者之間的關係。

1金屬材料組織與使用性能之間的關係

使用性能，顧名思義就是金屬材料在應用過程中所展現出來的性能，主要包含力學性能、物理性能和化學性能，使用性能直接決定了金屬材料的應用環境和使用壽命。

1.1金屬材料組織與力學性能之間的關係

力學性能是金屬材料在承受外來載荷時所體現出來的性能。就拿最常接觸的鐵碳合金來説它有5種基本組織，分別為鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。鐵素體強度和硬度低，塑性和韌性好;奧氏體塑性好，適合壓力加工，強度和硬度比較高;滲碳體是鐵和碳所組成的金屬化合物，硬度高、脆性大;珠光體是鐵素體和滲碳體組成的其力學性能介於兩者之間;萊氏體是奧氏體和滲碳體組成的，其硬度高、塑性差。可見不同的材料組織在性能上會有明顯差異，碳含量低，它的強度和硬度就低，可是其塑性和韌性卻相反。隨着碳含量的增加，材料組織中珠光體的量變多，也就使得鋼的強度和硬度增加，當然塑性和韌性就會有所降低。總的來説，不論是通過上述方法還是採用冷拉拔或熱處理等方法改變金屬材料的組織，都會使得原材料展現出與之前完全不同的性能。

1.2金屬材料組織與物理性能之間的關係

不同的金屬材料是有其使用範圍的，它會在不同的條件下表現出不同的物理性能，比如鋼在1538。c時會由固體狀態向液體狀態轉變。導熱性是金屬材料重要的物理性能，金屬材料導熱性比非金屬好，金屬中導熱性最好的莫過於銀，但在實際生產中我們會選擇性價比更高的銅或鋁來做原材料。導熱性好的金屬其散熱性能自然也好，比如冰箱的散熱片就會選擇用這類金屬材料製造。金屬材料製品很多時候會使用於強度比較大、温度比較高的場所，但是大家都知道金屬材料具有熱脹冷縮特性，即其受熱體積變大，遇冷收縮，對於精密儀器，選擇熱膨脹性比較小的金屬材料很有必要。例如鐵碳合金中的奧氏體組織含碳量低，但是加入鎳後再進行固溶處理從而得到單相組織，其耐熱性就會大幅度提高。

1.3金屬材料組織與化學性能之間的關係

金屬材料的化學性能就是其在化學作用下表現出來的性能，耐腐蝕性和抗氧化性是在選擇金屬材料時常常需要考慮的問題。常説的鋼鐵生鏽，其實質就是腐蝕現象，為了提高金屬材料的抗氧化性，一般會在鋼中加入適量的鉻、鉛等元素在金屬材料表面生成一層緻密的氧化膜來阻止其被氧化。對於改善金屬材料的耐腐蝕性也有一定的措施，比如提高基電極的電位，儘可能使合金在常温下呈現單相組織狀態。

2金屬材料組織與工藝性能之間的關係

所謂金屬材料的工藝性能就是金屬原料在加工過程中對不同加工温度或環境所表現出來的性能，文章針對其鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削加工性能與金屬材料組織之間的關係進行介紹。

2.1金屬材料組織與鑄造性能之間的關係

金屬鑄造就是把熔融金屬填充到鑄型中冷卻並凝固，從而得到所需尺寸的鑄件的過程。合金的鑄造性能就表示的是合金鑄造成型獲得優質鑄件的難易程度，這一性能常用流動性和收縮量來衡量，純金屬材料和共晶合金的流動性比較好，易形成縮孔。一般來説金屬材料冷卻並凝固後組織是否均勻對金屬材料鑄造性能的影響很大，如果內部組織不均勻就會導致鑄件的性能存在較大差異，不僅導致鑄件質量差，甚至還會存在安全隱患。

2.2金屬材料組織與鍛壓性能之間的關係

鍛壓就是通過對原材料施加外力，改善金屬組織，進而提高其力學性能的過程。金屬材料的鍛造性能主要用來衡量加工工藝的好壞，一般用塑性和變形抗力來權衡這一性能，即塑性越好，變形抗力越小，金屬材料可鍛性越好。金屬材料組織對這一性能也有一定影響，總的來説，固溶體的可鍛性好，晶粒細小且均勻的組織可鍛性好，碳化物的可鍛性差。因此，純金屬比合金鍛壓性能好，對於鐵碳合金，含碳量越低，鍛壓性能也就越好。

2.3金屬材料組織與焊接性能之間的關係

金屬材料的焊接性能就是被焊金屬在特定的焊接條件下獲得優質焊接接頭的難易程度。對於碳鋼的焊接，低碳鋼焊接性能好，中碳鋼焊接性能有所下降，高碳鋼焊接性能差，為此一般都會避免使用高碳鋼作為焊接結構件。不同組織的鐵碳合金因其含碳量有所差異，其焊接性也不盡相同：奧氏體碳含量低，焊接性能好;而熱影響區的鐵素體晶粒易過熱粗化;馬氏體焊後淬硬傾向大，易出現冷裂紋;珠光體焊接性較差。

2.4金屬材料組織與切削加工性能之間的關係

切削加工性能用來表徵切削加工金屬材料的難易程度。從表象來看，切削性能與材料硬度有關，但實際上金屬材料的切削加工性能與組織狀態聯繫更為密切。如果硬度較高，加工困難，但光潔度好;如果硬度過低，粘刀嚴重，光潔度就差，其實這就是鋼的組織產生的影響。在實際工業生產過程中常用熱處理的方法改變金屬材料的組織和力學性能進而改善金屬材料的切削加工性能，比如低碳鋼先進行正火處理或冷拔處理可以提高硬度;中碳鋼先進性退火處理可提升切削加工性能;高碳鋼先進行球化退火可降低硬度。

3結束語

金屬材料與人類生產和日常生活息息相關，金屬材料種類眾多，根據其性能應用場合也不盡相同，不同的金屬原材料也有與之相對應和匹配的加工工藝，以次來得到優質的金屬材料產品。金屬材料應用廣泛，應用環境不同，對金屬材料的性能也就提出了不同的要求，這就需要充分考慮金屬材料的使用範圍和利用相關工藝改變金屬材料組織進而提高性能的手段。文章所介紹的內容雖然對於研究金屬材料組織和性能的關係進行了闡述，但是要想更加完善，還需要相關人員不斷深入研究。

參考文獻

[1]李德恆.淺談金屬材料的組織與性能的關係[j].中國科技財富，2017(24).

[2]商錄朋.談金屬材料組織對性能的影響[j].科技信息，2017(31).

[3]張炯.闡述金屬材料組織和性能之間的關係[j].科技創新與應用，2017(3).