淺談金屬材料的組織與性能的關系

張義武 尚彥光

摘 要：金屬材料在人類生活與生產中具有極廣泛的應用，金屬可大致分為黑色、有色和特種金屬材料三種，這三種金屬材料因其相關性能的差異性用途也各有不同。在不同的領域，對金屬的應用需求也不同，這就要金屬冶煉行業在進行金屬制造時根據客戶的需求進行金屬組織結構的控制與轉變。本文對金屬材料的組織結構及相關性能之間的關系進行了論述和一定的分析。

關鍵詞：金屬材料；組織與性能；關系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.070

金屬材料是人類的財富，在當今社會中具有極其重要的地位。諸如鋼材之類性價比較高的材料普遍應用于建筑工程等行業。隨著現代化的不斷推進，新型的金屬材料更是層出不窮，不同性能的金屬材料的應用極大地便利了人們的生產與生活，為我國經濟發展奠定了物質基礎。不同的金屬材料應用領域都不同，這主要取決于金屬的相關性能，而影響金屬材料性能的關鍵因素之一就是其組織結構。在進行金屬材料的生產和技術開發的過程中，應重視金屬組織結構與相關性能之間的聯系，并從人類需求出發，確定出想得到的金屬性能，以此來控制金屬的組織結構。

1 金屬材料的分類與簡介

金屬材料是以金屬單質為基礎成分具有金屬的相關性能的一類材料。現代制造業離不開金屬材料的應用，金屬材料的相關性能直接影響到相關行業的發展進程。以金屬材料的組成結構及其特定的性能為分類依據，可大致將金屬材料分為以下三種：有色金屬材料、黑色金屬材料以及特種金屬材料。

1.1 黑色金屬材料

黑色金屬材料通常是指包含錳、鉻、鐵三種金屬元素金屬材料，諸如碳鋼、精密合金之類。黑色金屬材料是應用領域最廣的金屬材料，主要作為建筑工程行業的支撐及奠基材料，黑色金屬材料的不斷創新和開發可有效推動建筑行業的發展進程，其的整體產量幾乎占到金屬材料生產的95%左右。我們以以鐵元素為基礎元素的材料為例，根據其含碳的多少可將含鐵的金屬材料分為三種，第一種是純鐵，這種金屬材料并不是含100%鐵元素的材料，其含鐵量可達99%以上，含碳量不超過0.02%，在工業上，人們又把純鐵稱為熟鐵，這類金屬材料普遍呈現銀白色光澤，且因其屬于軟質金屬，故純鐵不能用于制造一些硬度較大金屬類工具諸如刀具之類。第二種是鋼材，是一種含碳0.03%～2%的合金材料。與純鐵相比，鋼材因其含碳量的增加，強度也在一定程度上有所增強，這種鋼鐵材料冶煉操作容易進行，是多數金屬制品的首選材料。第三種是鑄鐵，這種金屬材料的含碳量為2%～4.3%，因含碳量較高，其質地又硬又脆，但其抗壓能力和耐磨性都相對以上兩種金屬材料較高。綜上可知，含碳量是影響金屬材料組織結構的重要因素之一。

1.2 有色金屬材料

有色金屬可簡單概括為不含錳、鉻、鐵三種金屬元素的含其他金屬元素的金屬材料，又指所有有色金屬的合金。隨著現代化的不斷推進，相關行業對金屬性能的要求逐漸提高，這就促進了有色金屬的發展。有色金屬的產量和應用量遠遠小于黑色金屬材料，但其卻在新型設備等方面具有極其重要的應用。有色金屬有可大致分為幾類：輕金屬和重金屬、半金屬、半金屬、貴金屬、稀土金屬和稀有金屬。有色金屬不僅產量不及黑色金屬，其操作復雜程度也大大超過黑色金屬，其在日常生活的應用還比較少，通常應用于諸如導彈等軍工行業及科技工程中。

1.3 特種金屬材料

與以上提到兩大類金屬材料相比，特種金屬材料的應用更少，一般指具有特殊結構和性能的金屬材料，其中包括準晶態、非晶態及納米級晶態等金屬材料，這類金屬主要應用于一些前沿科技產品中。特種金屬材料投入使用的時間不長，還處在科研開發的階段。

2 金屬材料內部組織結構對相關性能的影響

金屬材料通常硬度較強，還具有優良的導電和導熱性能，正是因為金屬具有這些獨特的性質，才決定了金屬在各個領域的廣泛應用。進一步分析我們可以發現，金屬的特有性能多是由于其獨特的內部結構決定的。因此，在金屬材料的制造過程中，通過轉變金屬原有的組織結構可有效改變金屬的相關特性，從而是金屬材料表現出人們所需要的性能。

2.1 晶粒對金屬材料力學性能的影響

使用在建筑工程中的金屬材料往往有極高的力學性能的要求，諸如鋼筋等用作支撐的建材之類，可以說，力學性能是選擇金屬材料時需要著重考慮的因素之一，在判斷金屬力學性能是否符合使用標準時可從強度、彈性、韌度等多個方面進行，以確定應用金屬的合適程度。純金屬屬于晶體，金屬內結構的晶粒大小及形狀等直接影響了金屬材料的力學性能，晶粒越小的金屬材料韌性和塑性都要相對較高。

2.2 同素異構對金屬性能的影響

隨著冶金技術的不斷創新和開發，合金的性能逐漸得到優化，其在各領域中的應用也越來越廣泛。以鐵碳合金為例，可根據不同客戶的要求選擇鐵碳合金與之相對應的組織結構并進行生產。在常溫條件下，鐵素體與熟鐵的相關性能比較相近，但其整體的硬度和強度要比純鐵的差一些；與鐵素體相比，奧氏體的整體性能尤其是可塑性都相對較高。因此，經過不同的工藝流程與反應條件，含同種金屬元素金屬材料及同素異構體可冶煉出不同性能的材料。

3 結語

金屬材料是人類生活和生產中不可或缺的一部分，尤其是在建筑工程中具有極其廣泛的應用。隨著金屬冶煉行業的不斷發展，冶煉的金屬材料可通過內部結構的轉變來獲得特定的性能，以滿足客戶的相關要求。金屬材料可大致分為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料等三大類。另外，不同金屬的組織結構在一定程度上確定了金屬的性能，本文以晶粒對力學性能及同素異構體對金屬性能的影響為例進行相關論述，兩種金屬結構特點都會對金屬性能產生極大的影響。

參考文獻：

[1]李德恒.淺談金屬材料的組織與性能的關系[J].中國科技財富，

2010（24）.

[2]商錄朋.談金屬材料組織對性能的影響[J].科技信息，2009（31）.

[3]張炯.闡述金屬材料組織和性能之間的關系[J].科技創新與應用，

2016（03）.