金属材料组织和性能之间的关系

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　　摘 要 金属材料通常是指纯金属或者表现出金属特性的合金材料。相应包括了黑色与有色金属两种，黑色金属是指钢铁类型的产品，在我国工业化发展过程中这一材料发挥了关键作用。与黑色金属比较，我国拥有的有色金属含量很少且加工操作比较困难，应用范围十分有限，所以仅在生产加工零件中应用。金属材料种类繁多，性能也各不相同，由此可知，需要结合实际需求采取合理的金属材料工艺开展机械加工，故本文整体对金属材料组织与性能关系进行简要分析。
　　关键词 金属材料 组织和性能 关系
　　中图分类号：TG14 文献标识码：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 金屬材料分类与应用
　　在机械加工生产操作中金属材料发挥了保障作用，产成品质量情况也与材料密切关系。我国在对这一材料的研究过程中获得了性能与组织方面的关键成果，并且在材料加工操作中这部分成果得到了有效应用，一定程度指导了我国加工金属材料操作。[1]
　　1.1 黑金金属成分构成与应用
　　黑色金属是我们在日常生活中频繁接触的钢材材料，这一材料也普遍应用在工业化生产操作中，具体是铁、铬以及它们的金属合金。黑色金属在全球范围内的产量十分丰富，占据了金属总产量的90%。同时，在对黑色金属整体认知过程中可以划分为三种：第一种是含铁量达到90%的工业纯铁；第二种是2%-4%以下碳含量的铸铁；第三种是含碳量低于2%的碳钢。另外不锈钢与高温合金钢也包含黑色金属，这是我们在日常生活中随处可见的金属物，基本在生产钢铁等产品中应用。
　　1.2 有色金属成分构成与应用
　　有色金属是除去铁、锰与铬的所有金属集合。现代社会随着持续深入的自然资源开发，有色金属正在不断凸显其重要地位，是世界主要战略物资与生产材料。我国黑色金属储藏量显著超过有色金属，主要在特殊范围和特殊用品生产过程中运用。与黑色金属对比，有色金属的加工制作难度更高，是一种非常珍贵的物质。在制作特殊物品中可以大量应用有色金属，比如计算、潜艇等。
　　1.3 特种金属成本构成与应用
　　特种金属是非常稀有的，在日常生活中一般我们很少能见到。这一结构与功能金属材料拥有不同的用途，具体包括纳米晶和准晶等金属材料，特殊功能合金等。目前正处在研究特殊金属的初级阶段，我们了解到在军事研究中大部分应用这种材料。
　　2 材料与使用性能的关系
　　金属材料自身的硬度很强，同时导电导热功能良好，人们正是科学借助这部分特性在日常生活中全面使用这一材料。其结构性能密切联系了内部组织结构，在加工制造金属材料中可以凭借对其组织结构的科学调整，达到对金属性能积极改变的目标。[2]
　　2.1 与力学性能的关系
　　外界荷载在影响金属材料的整体流程中体现出了力学性能。具体包括5种基本组织，其与铁碳合金时常接触。铁素的强硬度普遍偏低，而韧性与塑性相对较强；奥氏体塑性良好，在压力加工中普遍应用，可以产生较高的强度与硬度；渗碳体金属化合物包含了铁与碳，拥有较强的脆性，硬度较高；珠光体包含铁素体与渗碳体，在二者之间形成了力学性能；莱氏体包含渗碳体与奥氏体，整体塑性不佳，拥有极高的硬度。可以发现，不同材料组织有各不相同的性能，含碳量偏低，其强硬度也会偏低，相反塑性与韧性很高。随着含碳量的逐步增加，材料结构中相应增加了珠光体，引起强硬度的增强，相应减少了塑性与韧性。整体来讲，不管是采取以上方法还是通过冷拉或热处理等，对材料组织来讲，都会令原材料表现出不一样的性能。[3]
　　2.2 与物理性能的关系
　　金属不同材料拥有具体的使用范围，在既定条件中体现出的物理性能也不同，比如在1538℃时钢从固态转变为液态。材料的导热性是重要的物理特性，显著优于非金属，其中有最好导热性能的是金属是银，但我们在实际生产中一般使用更高性价比的铜或铝作为原材料。金属拥有较好的导热性使其自然散热性也良好，比如其在冰箱散热片的制作中应用。一般情况下金属材料制品都会在较大强度和较高温度的场所中应用，但其也体现出热胀冷缩的特点，有效扩大了受热体积，遇冷立刻发生收缩，故精密设备在选择材料时需要考虑小膨胀性条件。 　　比如奥氏体在碳合金中含碳量较低，与镍混合开始进行固溶处理以及获得单相组织，有效提升了耐热性。[4]
　　2.3 与化学性能的关系
　　由于化学作用的影响进而产生一系列的化学性能，在选择材料的过程中应对耐腐蚀性与抗氧化性综合考虑。钢铁在生活中表现出的生锈即是腐蚀问题，为了对其抗氧化性有效提升，通常可以把铬、铅元素等加入钢中并使其表面形成一层精密的氧化膜，从而可以较好地改进材料的抗腐蚀性，比如对基电极的电位积极提升，尽量在常温状态下使合金表现单相组织特点。
　　3 材料与工艺性能的关系
　　3.1 与切削性能的关系
　　金属材料切削加工操作的难易过程便是切削性能。从表面上分析，这一性能一定程度影响材料硬度，事实上也密切联系着组织状态。通常情况下，材料拥有较高的硬度，也增加了切削加工难度，但是也会产生极高的光洁度；材料硬度相对不足，加工切削也更加容易，相应也导致光洁度较差。在工业生产实际操作中，要想对材料切削性能有效转变，通常选择热加工处置。比如低碳钢，要想提升材料硬度需要分别实施正火与冷拔处理，最大程度增加材料的硬度；采取退火方法处置中碳钢，可以提高切削水平；而通过退火方法处置高碳钢，则一定程度减少硬度。[5]
　　3.2 与焊接性能的关系
　　在金属焊接操作的具体环境中，优质接头获得的难易程度。比如碳钢材料，含有极少的碳元素，相应提升焊接性能，因此通常焊接构件不会使用高碳钢。另外，在铁碳合金的不同类型中，相应的含碳量也会产生不同的焊接功能，比如：含碳量相对不高的奥氏体，与之对应的焊接性能也十分优良；铁素体晶粒在高热环境中产生一系列粗化反应。
　　3.3 与锻压性能的关系
　　锻压处理具体是向金属施加一个外部力量，进而得到需要的形状和尺寸，一定程度改变了组织结构，最大程度提高了力学性能。其也可以对加工金属难易程度全面反应，同时也表现出一定的外部塑性与抗变形特点。金属由于具备较强的塑性，必将影响其自身的抗变形性能，从而产生良好的锻压性能。金属材料通过碳化物和固溶体的可锻性反应其锻压性能，其中前者性能不佳，后者性能较好，均匀的细晶粒性能一般。[6]
　　3.4 与锻造性能的关系
　　锻造金属材料，是指在熔融状态下形成金属液体，并在铸造型腔内部填充，采取冷却与凝固处理，获得符合尺寸要求的铸件。通过制造加工金属铸件过程的难易程度全面展现操作性能，科学利用收缩量与流动性的整体标识。实际说明：共晶合金与纯度较高的金属材料流动性优良，缩孔更加容易产生。采取冷却凝固处置以后，均匀的金属组织对铸造性的能好坏有着一定的影响。若缺乏均匀的组织，铸件不会产生较大差异的局部性能，如此，不仅减轻了铸件综合质量，还产生使用的安全隐患。
　　4 保证金属组织性能的手段与发展趋势
　　4.1 相关手段
　　在生产操作中，持续有效的供应金属材料有利于推动我国生产建设事业的发展。目前研究的国外先进金属材料已经对金属销售材料市场造成较大的影响，但我国生产金属材料厂家仅对用户施工金属材料要求提供针对性保障，就可以为我国用户提供不间断的服务，结合保障材料组织的性能，可以从切削、锻造与焊接方面对金属材料性能采取相应措施。
　　建设项目所需的机械材料应用范围非常广阔，因此大多数机械行业中的企业在经济条件许可的前提下，都在积极储备大量生产所需的材料，充分保证生产操作。在机械加工行业金属材料发挥了非常关键的作用，并应用在众多行业中。在实践操作过程中加工与改良基础是金属材料。在机械具体加工中，应结合各类材料的实际性能合理应用，对加工材料功能高度关注，从而获得金属加工过程中的最大化收益。
　　4.2 发展趋势
　　在使用金属材料过程中一定程度体现出了人类文明的发展进步，其是人类工业文明的标志性产物，也是社会未来的关键资源。随着工业现代化的可持续发展，对操作工工艺实现了不断完善，在金属材料的加工方面产生了各类方法，对传统加工金属模式科学转变，对金属性能实现科学应用，成功突破了传统金属与纯合金自身存在的性能约束。
　　将大量金属资源提供给各个行业，创造了最佳的社会经济效益。但是在加工制作金属材料的过程中始终出现一些问题。比如，大规模过渡开采严重破坏了环境；资源无法实现共享，直接影响了区域团结合作，地区之间无法高度集中制造技术；政府不能提供有效政策，地方管理制度无法贯彻执行；企业管理水平不高。要想推动金属加工业的可持续发展，需要社会有关行业的共同努力。
　　5 结束语
　　综合分析，在工业生产领域产生了大量的金属材料，其也密切联系着人们的实际生活。由于金属材料种类繁多，并拥有各自不同的属性，因此需要采取不同的处理技术。经过分析了解到，金属材料结构一定程度影响其使用和工艺性能，迫切需要选择科学的加工技术对其结构有效改变，同时改善材料性能，最大程度体现材料功能。
　　参考文献
　　[1] 包陈，蔡力勋，石凯凯，等.金属材料准静态断裂性能标准测试技术研究进展[J].机械工程学报，2016（8）：76-89.
　　[2] 罗新民，苑春智，张静文，等.激光冲击及其对金属材料组织和性能的影响[J].热处理，2016（1）：17-22.
　　[3] 石磊，杨合，郭良刚，等.ECHE 挤压对 AZ31 镁合金组织和性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2017（11）：1955-1959.
　　[4] 贾光霖，张国志，康进武，等.电磁离心铸造液态金属运动规律的数学模型[J].东北大学学报，2016（12）：43-44.
　　[5] 齐世禄.控制与减小热处理变形的措施[J].模具工业，2016（13）：12-14.
　　[6] 商录朋.谈金属材料组织对性能的影響[J].科技信息，2015（31）.
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