论述金属材料组织和性能之间的关系

唐家泰

（湖南省长沙市第一中学，湖南长沙410000）

论述金属材料组织和性能之间的关系

唐家泰

（湖南省长沙市第一中学，湖南长沙410000）

金属材料在工业制造领域应用广泛，不同的应用环境对金属材料的性能也会有不同的要求。金属材料根据组成元素和结构的不同，可以分为黑色金属材料、有色金属材料和特种金属材料。金属材料的性能会随着组织结构的变化而变化，在工业生产中要控制好金属材料的组织结构，以得到具有特定性能的金属材料。

金属材料；组织结构；性能指标

在人类的生产生活当中，钢材、铝合金等金属材料起到了基础支撑性作用。当今时代的发展和进步离不开对新材料的开发和应用，人类通过不断认识和制造出新的金属材料，实现科技的进步和发展。然而，金属材料的性能受到多种因素的影响，其中影响金属材料性能的一个因素就是金属材料的组织结构。在对金属材料的生产制造中，要正确认识金属材料内部组织结构与结构性能的关系。通过调控好金属材料的组织结构，使金属材料获得特定的性能，满足人们的生产生活需要。

1　金属材料的分类与简介

金属材料是指以金属元素为主要组分构成的具有金属特性的一类材料的统称。金属材料是现代制造业的基础，金属材料的性能和质量直接关系到机械制造业的发展。根据金属材料的组成和性能不同，金属材料大致可以分为黑色金属材料、有色金属材料和特种金属材料三类材料。

1.1黑色金属材料

黑色金属材料是指以铁、铬和锰为主要元素组成的金属类材料，包括碳钢、铸铁及精密合金等。黑色金属材料在人们的日常生产生活中应用最为广泛，也是工业建设活动中所使用的基础性材料。黑色金属材料的产量占到了所有金属材料总产量的95%以上，是最为常见的一类金属材料。以铁基材料来说，根据材料中的含碳量不同，可以分为三大类型。一是工业纯铁，这类材料的含铁量达到99%以上，含碳量小于0.02%。工业纯铁又称为熟铁，具有银白色金属光泽，质地相对较软，不能用于制造刀剑、铁犁等常见工具。二是钢材，其是含碳量在0.03%～2%的铁碳合金。碳钢是最常见的钢铁材料，冶炼方便，具有一定的结构强度，适用于大多数金属制品的制造。三是铸铁，其是含碳量为2%～4.3%的铁碳合金材料，铸铁的质地硬而脆，但耐压耐磨[1]。由上述分析可以看到，同样是铁基金属材料，含碳量的不同会造成金属材料差异巨大。

1.2有色金属材料

狭义的有色金属材料是指除了铁、铬锰之外的金属材料，广义的有色金属材料还包括各种有色金属合金。在当代社会，新的科技设备对金属材料的性质有着特殊的要求，有色金属材料的产量和用量虽然很小，对各种新产品的性能却起着至关重要的作用。在全球范围来说，有色金属的储量要远小于黑色金属，因而只有在特殊的工业制品中才会用到有色金属材料。有色金属材料通常可以分为轻金属、重金属、半金属、贵金属、稀土金属和稀有金属。与传统的黑金属材料相比，有色金属材料的加工制造难度较大，在生活中应用较少。有色金属材料通常应用于特殊产品如导弹、卫星、潜艇和雷达的制造当中。

1.3特种金属材料

特种金属材料是近年来新开发的一类特殊的金属材料，在生产生活中应用更为稀少，它们是具有特殊用途、结构和功能的金属材料。根据内部结构的不同，特殊金属材料可以分为准晶态、非晶态和纳米晶态等金属材料。特殊金属材料现阶段仍然处于研究开发阶段，在日常生活中应用较少，目前主要应用于航天制造等尖端科技产品的制造当中。

2　金属材料的内部组织对性能的影响

金属材料往往具有一定的硬度，具有良好的导电导热性能，正是基于这些特性，金属材料在人们的生产生活中得到了广泛的应用。金属材料的结构性能与内部的组织结构关系巨大，在金属材料的制备过程中可以通过调控金属材料的内部组织结构，达到改变金属性能的目的。

2.1晶粒对金属材料力学性能的影响

金属的力学性能又称为金属的机械性能，也是钢筋等常规金属制品最为关注的结构特性。金属材料的力学性能包含多方面的指标，包括强度、韧性、塑性和弹性等。只有掌握了不同金属所具有的特定性能，在金属加工制造过程中才能合理地选择恰当的金属材料。纯的金属材料属于晶体，不同类型的金属材料其内部的晶粒大小、形状和晶体内部缺陷不同，这些组织结构特性会影响金属的力学性能。金属内部的晶粒越小，晶体的韧性就越高，塑性越好[2]。

2.2金属的同素异构转变对金属性能的影响

在现代化冶金技术的发展下，合金被大量的加工和使用。以铁碳合金来说，其基本组织结构有多种形态，在不同的要求下要选择不同的合金材料。铁素体在常温环境下性能接近纯铁，但是强度和硬度相对较差；奥氏体的结构强度和硬度较强，同时可塑性也较好；回火索氏体各项指标较为平均，综合性能较好。由此可见，同种元素组成的金属材料在不同的加工工艺的影响下，所得到的材料的性能差异很大。控制金属的同素异构体的特性是控制金属性能的有效途径。

3　结语

金属材料是人类生产生活的基础性材料，在工业制造领域得到了广泛的应用。金属材料可以分为黑色金属材料、有色金属材料和特种金属材料。金属材料的性能受到金属的组织结构性能的影响，通过调控金属材料的内部组织结构可以对材料的各项性能进行有效的调控。金属材料内部的晶粒大小和结构、金属材料的同素异构转变都会对金属材料的性能产生巨大的影响。

[1]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,2016,6(3):81.

[2]李婷.论金属材料组织和性能之间的关系[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：数学类（数学与应用数学）、材料类（纳米材料与技术）。