論金屬材料組織和性能之間的關(guān)系

摘 要：“組織決定性能，性能決定用途”，用這句話來(lái)形容金屬材料再貼切不過(guò)了，由此也可以得出研究金屬材料組織、性能及兩者之間關(guān)系對(duì)我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)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(gè)方面，無(wú)論是使用性能所包括的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)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(lián)系，為此文章重點(diǎn)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(guān)系，論述不同金屬材料組織及改變金屬材料組織對(duì)其相關(guān)性能的影響。

關(guān)鍵詞：金屬材料組織；使用性能；工藝性能；關(guān)系

金屬材料一般是指純金屬和具有金屬特征的合金材料。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(chǎn)品，眾所周知這也是目前我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)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(guó)因其含量較少且加工難度相對(duì)而言比較大，使用范圍就有所局限，所以它只會(huì)用于特殊零件的生產(chǎn)。金屬材料種類(lèi)眾多，性能各異，由此看來(lái)，在機(jī)械加工的過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的金屬材料和加工工藝，就需要我們盡可能多地掌握金屬材料的組織和性能及兩者之間的關(guān)系。

1 金屬材料組織與使用性能之間的關(guān)系

使用性能，顧名思義就是金屬材料在應(yīng)用過(guò)程中所展現(xiàn)出來(lái)的性能，主要包含力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，使用性能直接決定了金屬材料的應(yīng)用環(huán)境和使用壽命。

1.1 金屬材料組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系

力學(xué)性能是金屬材料在承受外來(lái)載荷時(shí)所體現(xiàn)出來(lái)的性能。就拿最常接觸的鐵碳合金來(lái)說(shuō)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(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性好；奧氏體塑性好，適合壓力加工，強(qiáng)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(xué)性能介于兩者之間；萊氏體是奧氏體和滲碳體組成的，其硬度高、塑性差?？梢?jiàn)不同的材料組織在性能上會(huì)有明顯差異，碳含量低，它的強(qiáng)度和硬度就低，可是其塑性和韌性卻相反。隨著碳含量的增加，材料組織中珠光體的量變多，也就使得鋼的強(qiáng)度和硬度增加，當(dāng)然塑性和韌性就會(huì)有所降低?？偟膩?lái)說(shuō)，不論是通過(guò)上述方法還是采用冷拉拔或熱處理等方法改變金屬材料的組織，都會(huì)使得原材料展現(xiàn)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(guān)系

不同的金屬材料是有其使用范圍的，它會(huì)在不同的條件下表現(xiàn)出不同的物理性能，比如鋼在1538。C時(shí)會(huì)由固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變。導(dǎo)熱性是金屬材料重要的物理性能，金屬材料導(dǎo)熱性比非金屬好，金屬中導(dǎo)熱性最好的莫過(guò)于銀，但在實(shí)際生產(chǎn)中我們會(huì)選擇性?xún)r(jià)比更高的銅或鋁來(lái)做原材料。導(dǎo)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(huì)選擇用這類(lèi)金屬材料制造。金屬材料制品很多時(shí)候會(huì)使用于強(qiáng)度比較大、溫度比較高的場(chǎng)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(duì)于精密儀器，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，但是加入鎳后再進(jìn)行固溶處理從而得到單相組織，其耐熱性就會(huì)大幅度提高。

1.3 金屬材料組織與化學(xué)性能之間的關(guān)系

金屬材料的化學(xué)性能就是其在化學(xué)作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能，耐腐蝕性和抗氧化性是在選擇金屬材料時(shí)常常需要考慮的問(wèn)題。常說(shuō)的鋼鐵生銹，其實(shí)質(zhì)就是腐蝕現(xiàn)象，為了提高金屬材料的抗氧化性，一般會(huì)在鋼中加入適量的鉻、鉛等元素在金屬材料表面生成一層致密的氧化膜來(lái)阻止其被氧化。對(duì)于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，盡可能使合金在常溫下呈現(xiàn)單相組織狀態(tài)。

2 金屬材料組織與工藝性能之間的關(guān)系

所謂金屬材料的工藝性能就是金屬原料在加工過(guò)程中對(duì)不同加工溫度或環(huán)境所表現(xiàn)出來(lái)的性能，文章針對(duì)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(guān)系進(jìn)行介紹。

2.1 金屬材料組織與鑄造性能之間的關(guān)系

金屬鑄造就是把熔融金屬填充到鑄型中冷卻并凝固，從而得到所需尺寸的鑄件的過(guò)程。合金的鑄造性能就表示的是合金鑄造成型獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的難易程度，這一性能常用流動(dòng)性和收縮量來(lái)衡量，純金屬材料和共晶合金的流動(dòng)性比較好，易形成縮孔。一般來(lái)說(shuō)金屬材料冷卻并凝固后組織是否均勻?qū)饘俨牧翔T造性能的影響很大，如果內(nèi)部組織不均勻就會(huì)導(dǎo)致鑄件的性能存在較大差異，不僅導(dǎo)致鑄件質(zhì)量差，甚至還會(huì)存在安全隱患。

2.2 金屬材料組織與鍛壓性能之間的關(guān)系

鍛壓就是通過(guò)對(duì)原材料施加外力，改善金屬組織，進(jìn)而提高其力學(xué)性能的過(guò)程。金屬材料的鍛造性能主要用來(lái)衡量加工工藝的好壞，一般用塑性和變形抗力來(lái)權(quán)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(duì)這一性能也有一定影響，總的來(lái)說(shuō)，固溶體的可鍛性好，晶粒細(xì)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(duì)于鐵碳合金，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(guān)系

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(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對(duì)于碳鋼的焊接，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(huì)避免使用高碳鋼作為焊接結(jié)構(gòu)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(qū)的鐵素體晶粒易過(guò)熱粗化；馬氏體焊后淬硬傾向大，易出現(xiàn)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(guān)系

切削加工性能用來(lái)表征切削加工金屬材料的難易程度。從表象來(lái)看，切削性能與材料硬度有關(guān)，但實(shí)際上金屬材料的切削加工性能與組織狀態(tài)聯(lián)系更為密切。如果硬度較高，加工困難，但光潔度好；如果硬度過(guò)低，粘刀嚴(yán)重，光潔度就差，其實(shí)這就是鋼的組織產(chǎn)生的影響。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用熱處理的方法改變金屬材料的組織和力學(xué)性能進(jìn)而改善金屬材料的切削加工性能，比如低碳鋼先進(jìn)行正火處理或冷拔處理可以提高硬度；中碳鋼先進(jìn)性退火處理可提升切削加工性能；高碳鋼先進(jìn)行球化退火可降低硬度。

3 結(jié)束語(yǔ)

金屬材料與人類(lèi)生產(chǎn)和日常生活息息相關(guān)，金屬材料種類(lèi)眾多，根據(jù)其性能應(yīng)用場(chǎng)合也不盡相同，不同的金屬原材料也有與之相對(duì)應(yīng)和匹配的加工工藝，以次來(lái)得到優(yōu)質(zhì)的金屬材料產(chǎn)品。金屬材料應(yīng)用廣泛，應(yīng)用環(huán)境不同，對(duì)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范圍和利用相關(guān)工藝改變金屬材料組織進(jìn)而提高性能的手段。文章所介紹的內(nèi)容雖然對(duì)于研究金屬材料組織和性能的關(guān)系進(jìn)行了闡述，但是要想更加完善，還需要相關(guān)人員不斷深入研究。

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