精選金屬材料組織和性能的關(guān)系

　　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(guān)系對我國工業(yè)化生產(chǎn)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(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工業(yè)化生產(chǎn)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，使用范圍就有所局限，所以它只會用于特殊零件的生產(chǎn)。金屬材料種類眾多，性能各異，由此看來，在機(jī)械加工的過程中要根據(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)用過程中所展現(xiàn)出來的性能，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載荷時所體現(xiàn)出來的性能。就拿最常接觸的鐵碳合金來說它有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。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(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)然塑性和韌性就會有所降低。總的來說，不論是通過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時會由固體狀態(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)熱性最好的莫過于銀，但在實(shí)際生產(chǎn)中我們會選擇性價比更高的銅或鋁來做原材料。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選擇用這類金屬材料制造。金屬材料制品很多時候會使用于強(qiáng)度比較大、溫度比較高的場所，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。常說的鋼鐵生銹，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阻止其被氧化。對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程中對不同加工溫度或環(huán)境所表現(xiàn)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(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。一般來說金屬材料冷卻并凝固后組織是否均勻?qū)�金屬材料鑄造性能的影響很大，如果內(nèi)部組織不均勻就會導(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

　　鍛壓就是通過對原材料施加外力，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(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。金屬材料組織對這一性能也有一定影響，總的來說，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

　　切削加工性能用來表征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(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

　　金屬材料與人類生產(chǎn)和日常生活息息相關(guān)，金屬材料種類眾多，根據(jù)其性能應(yīng)用場合也不盡相同，不同的金屬原材料也有與之相對應(yīng)和匹配的加工工藝，以次來得到優(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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