金属材料组织和性能的关系范文

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摘要：

“组织决定性能，性能决定用途”，用这句话来形容金属材料再贴切不过了，由此也可以得出研究金属材料组织、性能及两者之间关系对我国工业化生产过程中选择合适的原材料和加工工艺的重要性。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两个方面，无论是使用性能所包括的力学性能、物理性能和化学性能还是工艺性能所包括的铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工性能都与金属原料组织有密切的联系，为此文章重点以铁碳合金和一些代表金属为例研究金属原料组织和性能之间的关系，论述不同金属材料组织及改变金属材料组织对其相关性能的影响。

关键词：

金属材料组织；使用性能；工艺性能；关系

金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择合适的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。

1金属材料组织与使用性能之间的关系

使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。

1.1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能。就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种基本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好；奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高；渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大；珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间；莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。总的来说，不论是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。

1.2金属材料组织与物理性能之间的关系不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比如钢在1538。C时会由固体状态向液体状态转变。导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。导热性好的金属其散热性能自然也好，比如冰箱的散热片就会选择用这类金属材料制造。金属材料制品很多时候会使用于强度比较大、温度比较高的场所，但是大家都知道金属材料具有热胀冷缩特性，即其受热体积变大，遇冷收缩，对于精密仪器，选择热膨胀性比较小的金属材料很有必要。例如铁碳合金中的奥氏体组织含碳量低，但是加入镍后再进行固溶处理从而得到单相组织，其耐热性就会大幅度提高。

1.3金属材料组织与化学性能之间的关系金属材料的化学性能就是其在化学作用下表现出来的性能，耐腐蚀性和抗氧化性是在选择金属材料时常常需要考虑的问题。常说的钢铁生锈，其实质就是腐蚀现象，为了提高金属材料的抗氧化性，一般会在钢中加入适量的铬、铅等元素在金属材料表面生成一层致密的氧化膜来阻止其被氧化。对于改善金属材料的耐腐蚀性也有一定的措施，比如提高基电极的电位，尽可能使合金在常温下呈现单相组织状态。

2金属材料组织与工艺性能之间的关系

所谓金属材料的工艺性能就是金属原料在加工过程中对不同加工温度或环境所表现出来的性能，文章针对其铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工性能与金属材料组织之间的关系进行介绍。

2.1金属材料组织与铸造性能之间的关系金属铸造就是把熔融金属填充到铸型中冷却并凝固，从而得到所需尺寸的铸件的过程。合金的铸造性能就表示的是合金铸造成型获得优质铸件的难易程度，这一性能常用流动性和收缩量来衡量，纯金属材料和共晶合金的流动性比较好，易形成缩孔。一般来说金属材料冷却并凝固后组织是否均匀对金属材料铸造性能的影响很大，如果内部组织不均匀就会导致铸件的性能存在较大差异，不仅导致铸件质量差，甚至还会存在安全隐患。

2.2金属材料组织与锻压性能之间的关系锻压就是通过对原材料施加外力，改善金属组织，进而提高其力学性能的过程。金属材料的锻造性能主要用来衡量加工工艺的好坏，一般用塑性和变形抗力来权衡这一性能，即塑性越好，变形抗力越小，金属材料可锻性越好。金属材料组织对这一性能也有一定影响，总的来说，固溶体的可锻性好，晶粒细小且均匀的组织可锻性好，碳化物的可锻性差。因此，纯金属比合金锻压性能好，对于铁碳合金，含碳量越低，锻压性能也就越好。

2.3金属材料组织与焊接性能之间的关系金属材料的焊接性能就是被焊金属在特定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度。对于碳钢的焊接，低碳钢焊接性能好，中碳钢焊接性能有所下降，高碳钢焊接性能差，为此一般都会避免使用高碳钢作为焊接结构件。不同组织的铁碳合金因其含碳量有所差异，其焊接性也不尽相同：奥氏体碳含量低，焊接性能好；而热影响区的铁素体晶粒易过热粗化；马氏体焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹；珠光体焊接性较差。

2.4金属材料组织与切削加工性能之间的关系切削加工性能用来表征切削加工金属材料的难易程度。从表象来看，切削性能与材料硬度有关，但实际上金属材料的切削加工性能与组织状态联系更为密切。如果硬度较高，加工困难，但光洁度好；如果硬度过低，粘刀严重，光洁度就差，其实这就是钢的组织产生的影响。在实际工业生产过程中常用热处理的方法改变金属材料的组织和力学性能进而改善金属材料的切削加工性能，比如低碳钢先进行正火处理或冷拔处理可以提高硬度；中碳钢先进性退火处理可提升切削加工性能；高碳钢先进行球化退火可降低硬度。

3结束语

金属材料与人类生产和日常生活息息相关，金属材料种类众多，根据其性能应用场合也不尽相同，不同的金属原材料也有与之相对应和匹配的加工工艺，以次来得到优质的金属材料产品。金属材料应用广泛，应用环境不同，对金属材料的性能也就提出了不同的要求，这就需要充分考虑金属材料的使用范围和利用相关工艺改变金属材料组织进而提高性能的手段。文章所介绍的内容虽然对于研究金属材料组织和性能的关系进行了阐述，但是要想更加完善，还需要相关人员不断深入研究。

参考文献

[1]李德恒.浅谈金属材料的组织与性能的关系[J].中国科技财富，2010（24）.

[2]商录朋.谈金属材料组织对性能的影响[J].科技信息，2009（31）.

[3]张炯.阐述金属材料组织和性能之间的关系[J].科技创新与应用，2016（3）.

作者：尹红 冯强 单位：哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司