唐家泰

（湖南省長沙市第一中學(xué)，湖南長沙410000）

論述金屬材料組織和性能之間的關(guān)系

唐家泰

（湖南省長沙市第一中學(xué)，湖南長沙410000）

金屬材料在工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，不同的應(yīng)用環(huán)境對金屬材料的性能也會有不同的要求。金屬材料根據(jù)組成元素和結(jié)構(gòu)的不同，可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料。金屬材料的性能會隨著組織結(jié)構(gòu)的變化而變化，在工業(yè)生產(chǎn)中要控制好金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，以得到具有特定性能的金屬材料。

金屬材料；組織結(jié)構(gòu)；性能指標(biāo)

在人類的生產(chǎn)生活當(dāng)中，鋼材、鋁合金等金屬材料起到了基礎(chǔ)支撐性作用。當(dāng)今時代的發(fā)展和進(jìn)步離不開對新材料的開發(fā)和應(yīng)用，人類通過不斷認(rèn)識和制造出新的金屬材料，實(shí)現(xiàn)科技的進(jìn)步和發(fā)展。然而，金屬材料的性能受到多種因素的影響，其中影響金屬材料性能的一個因素就是金屬材料的組織結(jié)構(gòu)。在對金屬材料的生產(chǎn)制造中，要正確認(rèn)識金屬材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系。通過調(diào)控好金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料獲得特定的性能，滿足人們的生產(chǎn)生活需要。

1　金屬材料的分類與簡介

金屬材料是指以金屬元素為主要組分構(gòu)成的具有金屬特性的一類材料的統(tǒng)稱。金屬材料是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，金屬材料的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。根據(jù)金屬材料的組成和性能不同，金屬材料大致可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料三類材料。

1.1黑色金屬材料

黑色金屬材料是指以鐵、鉻和錳為主要元素組成的金屬類材料，包括碳鋼、鑄鐵及精密合金等。黑色金屬材料在人們的日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用最為廣泛，也是工業(yè)建設(shè)活動中所使用的基礎(chǔ)性材料。黑色金屬材料的產(chǎn)量占到了所有金屬材料總產(chǎn)量的95%以上，是最為常見的一類金屬材料。以鐵基材料來說，根據(jù)材料中的含碳量不同，可以分為三大類型。一是工業(yè)純鐵，這類材料的含鐵量達(dá)到99%以上，含碳量小于0.02%。工業(yè)純鐵又稱為熟鐵，具有銀白色金屬光澤，質(zhì)地相對較軟，不能用于制造刀劍、鐵犁等常見工具。二是鋼材，其是含碳量在0.03%～2%的鐵碳合金。碳鋼是最常見的鋼鐵材料，冶煉方便，具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，適用于大多數(shù)金屬制品的制造。三是鑄鐵，其是含碳量為2%～4.3%的鐵碳合金材料，鑄鐵的質(zhì)地硬而脆，但耐壓耐磨[1]。由上述分析可以看到，同樣是鐵基金屬材料，含碳量的不同會造成金屬材料差異巨大。

1.2有色金屬材料

狹義的有色金屬材料是指除了鐵、鉻錳之外的金屬材料，廣義的有色金屬材料還包括各種有色金屬合金。在當(dāng)代社會，新的科技設(shè)備對金屬材料的性質(zhì)有著特殊的要求，有色金屬材料的產(chǎn)量和用量雖然很小，對各種新產(chǎn)品的性能卻起著至關(guān)重要的作用。在全球范圍來說，有色金屬的儲量要遠(yuǎn)小于黑色金屬，因而只有在特殊的工業(yè)制品中才會用到有色金屬材料。有色金屬材料通?？梢苑譃檩p金屬、重金屬、半金屬、貴金屬、稀土金屬和稀有金屬。與傳統(tǒng)的黑金屬材料相比，有色金屬材料的加工制造難度較大，在生活中應(yīng)用較少。有色金屬材料通常應(yīng)用于特殊產(chǎn)品如導(dǎo)彈、衛(wèi)星、潛艇和雷達(dá)的制造當(dāng)中。

1.3特種金屬材料

特種金屬材料是近年來新開發(fā)的一類特殊的金屬材料，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用更為稀少，它們是具有特殊用途、結(jié)構(gòu)和功能的金屬材料。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，特殊金屬材料可以分為準(zhǔn)晶態(tài)、非晶態(tài)和納米晶態(tài)等金屬材料。特殊金屬材料現(xiàn)階段仍然處于研究開發(fā)階段，在日常生活中應(yīng)用較少，目前主要應(yīng)用于航天制造等尖端科技產(chǎn)品的制造當(dāng)中。

2　金屬材料的內(nèi)部組織對性能的影響

金屬材料往往具有一定的硬度，具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，正是基于這些特性，金屬材料在人們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。金屬材料的結(jié)構(gòu)性能與內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系巨大，在金屬材料的制備過程中可以通過調(diào)控金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變金屬性能的目的。

2.1晶粒對金屬材料力學(xué)性能的影響

金屬的力學(xué)性能又稱為金屬的機(jī)械性能，也是鋼筋等常規(guī)金屬制品最為關(guān)注的結(jié)構(gòu)特性。金屬材料的力學(xué)性能包含多方面的指標(biāo)，包括強(qiáng)度、韌性、塑性和彈性等。只有掌握了不同金屬所具有的特定性能，在金屬加工制造過程中才能合理地選擇恰當(dāng)?shù)慕饘俨牧?。純的金屬材料屬于晶體，不同類型的金屬材料其內(nèi)部的晶粒大小、形狀和晶體內(nèi)部缺陷不同，這些組織結(jié)構(gòu)特性會影響金屬的力學(xué)性能。金屬內(nèi)部的晶粒越小，晶體的韌性就越高，塑性越好[2]。

2.2金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對金屬性能的影響

在現(xiàn)代化冶金技術(shù)的發(fā)展下，合金被大量的加工和使用。以鐵碳合金來說，其基本組織結(jié)構(gòu)有多種形態(tài)，在不同的要求下要選擇不同的合金材料。鐵素體在常溫環(huán)境下性能接近純鐵，但是強(qiáng)度和硬度相對較差；奧氏體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度較強(qiáng)，同時可塑性也較好；回火索氏體各項指標(biāo)較為平均，綜合性能較好。由此可見，同種元素組成的金屬材料在不同的加工工藝的影響下，所得到的材料的性能差異很大?？刂平饘俚耐禺悩?gòu)體的特性是控制金屬性能的有效途徑。

3　結(jié)語

金屬材料是人類生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)性材料，在工業(yè)制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。金屬材料可以分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料。金屬材料的性能受到金屬的組織結(jié)構(gòu)性能的影響，通過調(diào)控金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可以對材料的各項性能進(jìn)行有效的調(diào)控。金屬材料內(nèi)部的晶粒大小和結(jié)構(gòu)、金屬材料的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變都會對金屬材料的性能產(chǎn)生巨大的影響。

[1]張炯.闡述金屬材料組織和性能之間的關(guān)系[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,6(3):81.

[2]李婷.論金屬材料組織和性能之間的關(guān)系[J].江西建材,2016,36(10):293,295.

The Relationship between Microstructure and Properties of Metallic Materials

Tang Jia-tai
(The First High School of Changsha City,Hunan Province,Hunan Changsha 410000)

Metal materials are widely used in the field of industrial manufacturing,different application environment on the performance of metal materials will have different requirements. Metal materials can be divided into ferrous materials,nonferrous metals and special metal materials according to the composition and structure of the material. The properties of metallic materials will change with the change of the organization structure. In the process of industrial production,the structure of metal materials should be controlled to get the metal materials with special properties.

Metal materials; Microstructure; Performance index

TG14

A

2096-0387（2016）05-0079-02

唐家泰（1999-），男，湖南吉首人，研究方向：數(shù)學(xué)類（數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)）、材料類（納米材料與技術(shù)）。