金属材料组织和性能的控制
张天昊
[摘 要]金属材料在实际的生产生活中应用广泛，金属组织的不同其性能也千差万别，只有掌握金属组织和其性能之间的关系，才能在实际的生产生活中发挥更大的作用。本文通过对金属材料的介绍，进而分析金属材料组织的不同对性能的影响，得出金属组织对性能影响的重要意义。
[关键词]金属组织；性能；关系
中图分类号：TG14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0050-01
1 金属材料的简介
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
金屬材料一般是指工业应用中的纯金属或合金。自然界中大约有70多种纯金属，其中常见的有铁、铜、铝、锡、镍、金、银、铅、锌等等。而合金常指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成，且具有金属特性的材料。常见的合金如铁和碳所组成的钢合金；铜和锌所形成的合金为黄铜等。
2 金属材料的基本性能简介
金属材料的基本性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
3 金属材料组织与工艺性能的关系
金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。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。内部组织的均匀性对金属材料的铸造性能有很大影响，如果金属材料内部组织不均匀，则材料的铸造性能会变差，造成生产的工件不合格。对于金属材料组织对锻压性能的影响主要是通过对金属材料施加外力，进而改进金属组织，影响其力学性能。材料的塑形越好，抵抗变形能力越小，金属材料的可锻性就越好。总体来说，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。对于金属材料组织对焊接性能的影响主要体现在金属材料组织的不同，获得优质焊接接头的难易程度也不同。焊接时一般不会使用高碳钢作为焊接结构件，因为在对碳钢进行焊接时，高碳钢的焊接性能最差，中碳钢稍差，低碳钢的焊接性能最好。因此，含碳量的高低对焊接性能有着直接影响，在焊接时要选用含碳量低的材料。
其次，对于金属材料组织对切削性能的影响主要体现在金属材料组织的不同，切削金属的难易程度也不一样。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。一般认为材料具有适当硬度和一定脆性时，其切削加工性能较好。通常，金属材料最适合切削加工的硬度约在170～230HBW。因此，作为预备热处理，对进行切削加工的硬件，应尽量使其硬度处于这一硬度范围内。低碳钢和中碳钢多采用正火来接替退火。由于正火的冷却速度比退火快，故正火后可得到索氏体组织（细珠光体）。组织比较细，强度、硬度比退火钢高。
4 金属材料组织对使用性能的关系
金属材料组织对力学性能的关系主要体现在承受外来载荷时所表现出来的性能。以铁碳合金为例，含碳量不同，金属材料的强度和硬度也不同，含碳量越低，金属材料的强度和硬度也越低，塑形和韧性越大。并且，随着含碳量的增加，珠光体的量越来越多，钢的强度和硬度也越高。因此，含碳低的不同，金属材料的表现出的性能也不同。
金属材料组织对物理性能的关系体现在金属材料处于不同的环境或者条件下，金属材料具有不同的物理性能。例如：钢在高温时由固体状态向液体状态改变，由于钢在高温下状态发生了改变，其物理性能也不一样。
金属材料组织对化学性能的关系体现在金属材料在化学作用下表现出来的性能。金属的腐蚀大多数是由电化学腐蚀引起的，根据金属腐蚀原理，提高金属的耐蚀性可采取以下措施：如在钢中加入一定量的铬，使钢表面形成一层氧化膜，提高金属抗氧化的能力，再如提高基体的电极电位，并尽量使合金在室温下呈单相组织，从而提高抵抗电化学腐蚀的能力。奥氏体不锈钢的含碳量极地，由于镍的加入，采用固溶处理后，可以获得单相奥氏体组织，并有很高的腐蚀性和耐热性，同时，它具有高塑性，此外，它无磁性，故可用于制造抗磁零件。
5 总结
金属材料是人类生产生活的最基本材料，在工业制造领域发挥着巨大的作用。金属材料的性能受到金属的组织结构的影响，金属材料组织不同，金属材料所表现出来的性能也千差万别。通过分析金属材料不同组织对性能的影响，可以在实际的生产过程中，运用所掌握知识来改变金属材料的结构，进而改变材料的性能，使金属材料满足实际的生产需要。
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