金屬材料組織和性能之間的關(guān)系

虞少敏

摘 要 金屬材料通常是指純金屬或者表現(xiàn)出金屬特性的合金材料。相應(yīng)包括了黑色與有色金屬兩種，黑色金屬是指鋼鐵類型的產(chǎn)品，在我國(guó)工業(yè)化發(fā)展過程中這一材料發(fā)揮了關(guān)鍵作用。與黑色金屬比較，我國(guó)擁有的有色金屬含量很少且加工操作比較困難，應(yīng)用范圍十分有限，所以僅在生產(chǎn)加工零件中應(yīng)用。金屬材料種類繁多，性能也各不相同，由此可知，需要結(jié)合實(shí)際需求采取合理的金屬材料工藝開展機(jī)械加工，故本文整體對(duì)金屬材料組織與性能關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞 金屬材料 組織和性能 關(guān)系

中圖分類號(hào)：TG14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yīng)用

在機(jī)械加工生產(chǎn)操作中金屬材料發(fā)揮了保障作用，產(chǎn)成品質(zhì)量情況也與材料密切關(guān)系。我國(guó)在對(duì)這一材料的研究過程中獲得了性能與組織方面的關(guān)鍵成果，并且在材料加工操作中這部分成果得到了有效應(yīng)用，一定程度指導(dǎo)了我國(guó)加工金屬材料操作。[1]

1.1 黑金金屬成分構(gòu)成與應(yīng)用

黑色金屬是我們?cè)谌粘Ｉ钪蓄l繁接觸的鋼材材料，這一材料也普遍應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)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(nèi)的產(chǎn)量十分豐富，占據(jù)了金屬總產(chǎn)量的90%。同時(shí)，在對(duì)黑色金屬整體認(rèn)知過程中可以劃分為三種：第一種是含鐵量達(dá)到90%的工業(yè)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?cè)谌粘Ｉ钪须S處可見的金屬物，基本在生產(chǎn)鋼鐵等產(chǎn)品中應(yīng)用。

1.2 有色金屬成分構(gòu)成與應(yīng)用

有色金屬是除去鐵、錳與鉻的所有金屬集合?，F(xiàn)代社會(huì)隨著持續(xù)深入的自然資源開發(fā)，有色金屬正在不斷凸顯其重要地位，是世界主要戰(zhàn)略物資與生產(chǎn)材料。我國(guó)黑色金屬儲(chǔ)藏量顯著超過有色金屬，主要在特殊范圍和特殊用品生產(chǎn)過程中運(yùn)用。與黑色金屬對(duì)比，有色金屬的加工制作難度更高，是一種非常珍貴的物質(zhì)。在制作特殊物品中可以大量應(yīng)用有色金屬，比如計(jì)算、潛艇等。

1.3 特種金屬成本構(gòu)成與應(yīng)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(jié)構(gòu)與功能金屬材料擁有不同的用途，具體包括納米晶和準(zhǔn)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(jí)階段，我們了解到在軍事研究中大部分應(yīng)用這種材料。

2 材料與使用性能的關(guān)系

金屬材料自身的硬度很強(qiáng)，同時(shí)導(dǎo)電導(dǎo)熱功能良好，人們正是科學(xué)借助這部分特性在日常生活中全面使用這一材料。其結(jié)構(gòu)性能密切聯(lián)系了內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，在加工制造金屬材料中可以憑借對(duì)其組織結(jié)構(gòu)的科學(xué)調(diào)整，達(dá)到對(duì)金屬性能積極改變的目標(biāo)。[2]

2.1 與力學(xué)性能的關(guān)系

外界荷載在影響金屬材料的整體流程中體現(xiàn)出了力學(xué)性能。具體包括5種基本組織，其與鐵碳合金時(shí)常接觸。鐵素的強(qiáng)硬度普遍偏低，而韌性與塑性相對(duì)較強(qiáng)；奧氏體塑性良好，在壓力加工中普遍應(yīng)用，可以產(chǎn)生較高的強(qiáng)度與硬度；滲碳體金屬化合物包含了鐵與碳，擁有較強(qiáng)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(xué)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?？梢园l(fā)現(xiàn)，不同材料組織有各不相同的性能，含碳量偏低，其強(qiáng)硬度也會(huì)偏低，相反塑性與韌性很高。隨著含碳量的逐步增加，材料結(jié)構(gòu)中相應(yīng)增加了珠光體，引起強(qiáng)硬度的增強(qiáng)，相應(yīng)減少了塑性與韌性。整體來(lái)講，不管是采取以上方法還是通過冷拉或熱處理等，對(duì)材料組織來(lái)講，都會(huì)令原材料表現(xiàn)出不一樣的性能。[3]

2.2 與物理性能的關(guān)系

金屬不同材料擁有具體的使用范圍，在既定條件中體現(xiàn)出的物理性能也不同，比如在1538℃時(shí)鋼從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。材料的導(dǎo)熱性是重要的物理特性，顯著優(yōu)于非金屬，其中有最好導(dǎo)熱性能的是金屬是銀，但我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中一般使用更高性價(jià)比的銅或鋁作為原材料。金屬擁有較好的導(dǎo)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(yīng)用。一般情況下金屬材料制品都會(huì)在較大強(qiáng)度和較高溫度的場(chǎng)所中應(yīng)用，但其也體現(xiàn)出熱脹冷縮的特點(diǎn)，有效擴(kuò)大了受熱體積，遇冷立刻發(fā)生收縮，故精密設(shè)備在選擇材料時(shí)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(jìn)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(xué)性能的關(guān)系

由于化學(xué)作用的影響進(jìn)而產(chǎn)生一系列的化學(xué)性能，在選擇材料的過程中應(yīng)對(duì)耐腐蝕性與抗氧化性綜合考慮。鋼鐵在生活中表現(xiàn)出的生銹即是腐蝕問題，為了對(duì)其抗氧化性有效提升，通?？梢园雁t、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(jìn)材料的抗腐蝕性，比如對(duì)基電極的電位積極提升，盡量在常溫狀態(tài)下使合金表現(xiàn)單相組織特點(diǎn)。

3 材料與工藝性能的關(guān)系

3.1 與切削性能的關(guān)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(shí)上也密切聯(lián)系著組織狀態(tài)。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(huì)產(chǎn)生極高的光潔度；材料硬度相對(duì)不足，加工切削也更加容易，相應(yīng)也導(dǎo)致光潔度較差。在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際操作中，要想對(duì)材料切削性能有效轉(zhuǎn)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(shí)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(guān)系

在金屬焊接操作的具體環(huán)境中，優(yōu)質(zhì)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(yīng)提升焊接性能，因此通常焊接構(gòu)件不會(huì)使用高碳鋼。另外，在鐵碳合金的不同類型中，相應(yīng)的含碳量也會(huì)產(chǎn)生不同的焊接功能，比如：含碳量相對(duì)不高的奧氏體，與之對(duì)應(yīng)的焊接性能也十分優(yōu)良；鐵素體晶粒在高熱環(huán)境中產(chǎn)生一系列粗化反應(yīng)。

3.3 與鍛壓性能的關(guān)系

鍛壓處理具體是向金屬施加一個(gè)外部力量，進(jìn)而得到需要的形狀和尺寸，一定程度改變了組織結(jié)構(gòu)，最大程度提高了力學(xué)性能。其也可以對(duì)加工金屬難易程度全面反應(yīng)，同時(shí)也表現(xiàn)出一定的外部塑性與抗變形特點(diǎn)。金屬由于具備較強(qiáng)的塑性，必將影響其自身的抗變形性能，從而產(chǎn)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(yīng)其鍛壓性能，其中前者性能不佳，后者性能較好，均勻的細(xì)晶粒性能一般。[6]

3.4 與鍛造性能的關(guān)系

鍛造金屬材料，是指在熔融狀態(tài)下形成金屬液體，并在鑄造型腔內(nèi)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(xiàn)操作性能，科學(xué)利用收縮量與流動(dòng)性的整體標(biāo)識(shí)。實(shí)際說(shuō)明：共晶合金與純度較高的金屬材料流動(dòng)性優(yōu)良，縮孔更加容易產(chǎn)生。采取冷卻凝固處置以后，均勻的金屬組織對(duì)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(huì)產(chǎn)生較大差異的局部性能，如此，不僅減輕了鑄件綜合質(zhì)量，還產(chǎn)生使用的安全隱患。

4 保證金屬組織性能的手段與發(fā)展趨勢(shì)

4.1 相關(guān)手段

在生產(chǎn)操作中，持續(xù)有效的供應(yīng)金屬材料有利于推動(dòng)我國(guó)生產(chǎn)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。目前研究的國(guó)外先進(jìn)金屬材料已經(jīng)對(duì)金屬銷售材料市場(chǎng)造成較大的影響，但我國(guó)生產(chǎn)金屬材料廠家僅對(duì)用戶施工金屬材料要求提供針對(duì)性保障，就可以為我國(guó)用戶提供不間斷的服務(wù)，結(jié)合保障材料組織的性能，可以從切削、鍛造與焊接方面對(duì)金屬材料性能采取相應(yīng)措施。

建設(shè)項(xiàng)目所需的機(jī)械材料應(yīng)用范圍非常廣闊，因此大多數(shù)機(jī)械行業(yè)中的企業(yè)在經(jīng)濟(jì)條件許可的前提下，都在積極儲(chǔ)備大量生產(chǎn)所需的材料，充分保證生產(chǎn)操作。在機(jī)械加工行業(yè)金屬材料發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用，并應(yīng)用在眾多行業(yè)中。在實(shí)踐操作過程中加工與改良基礎(chǔ)是金屬材料。在機(jī)械具體加工中，應(yīng)結(jié)合各類材料的實(shí)際性能合理應(yīng)用，對(duì)加工材料功能高度關(guān)注，從而獲得金屬加工過程中的最大化收益。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

在使用金屬材料過程中一定程度體現(xiàn)出了人類文明的發(fā)展進(jìn)步，其是人類工業(yè)文明的標(biāo)志性產(chǎn)物，也是社會(huì)未來(lái)的關(guān)鍵資源。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)操作工工藝實(shí)現(xiàn)了不斷完善，在金屬材料的加工方面產(chǎn)生了各類方法，對(duì)傳統(tǒng)加工金屬模式科學(xué)轉(zhuǎn)變，對(duì)金屬性能實(shí)現(xiàn)科學(xué)應(yīng)用，成功突破了傳統(tǒng)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(gè)行業(yè)，創(chuàng)造了最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是在加工制作金屬材料的過程中始終出現(xiàn)一些問題。比如，大規(guī)模過渡開采嚴(yán)重破壞了環(huán)境；資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，直接影響了區(qū)域團(tuán)結(jié)合作，地區(qū)之間無(wú)法高度集中制造技術(shù)；政府不能提供有效政策，地方管理制度無(wú)法貫徹執(zhí)行；企業(yè)管理水平不高。要想推動(dòng)金屬加工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要社會(huì)有關(guān)行業(yè)的共同努力。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生了大量的金屬材料，其也密切聯(lián)系著人們的實(shí)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(shù)。經(jīng)過分析了解到，金屬材料結(jié)構(gòu)一定程度影響其使用和工藝性能，迫切需要選擇科學(xué)的加工技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)有效改變，同時(shí)改善材料性能，最大程度體現(xiàn)材料功能。

參考文獻(xiàn)

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