材料的組織結(jié)構(gòu)及性能

1、內(nèi)容提要： 本章介紹金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織，包括純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)、金屬材料的組織。介紹金屬材料的工藝性能、機(jī)械性能和理化性能。還介紹高分子材料和陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與性能。學(xué)習(xí)目標(biāo)： 本章重點(diǎn)掌握金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)，了解金屬材料的組織及性能。了解高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能。學(xué)習(xí)建議： 1晶體結(jié)構(gòu)部分應(yīng)弄清三種常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，應(yīng)充分發(fā)揮空間想象力。 2晶面指數(shù)及晶向指數(shù)的確定在學(xué)習(xí)時會感到困難。應(yīng)掌握常見的晶面和晶向的表示方法，需要多練多畫。 3了解高分子材料的大分子鏈結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)，結(jié)合工程、生活實際歸納高分子材料的性能特點(diǎn)。 4對陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與性能

2、只作一般了解。1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶體中原子(離子或分子)規(guī)則排列的方式稱為晶體結(jié)構(gòu)（也稱材料結(jié)構(gòu)）。 通過金屬原子(離子)的中心劃出許多空間直線，這些直線將形成空間格架。這種格架稱為晶格，晶格的結(jié)點(diǎn)為金屬原子(或離子)平衡中心的位置。 晶體與非晶體晶體與非晶體 晶體：材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則的晶體：材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則的 周期性排列。如金剛石、水晶、氯化鈉等。周期性排列。如金剛石、水晶、氯化鈉等。非晶體：材料的原子（離子、分子）無規(guī)則排列，和液非晶體：材料的原子（離子、分子）無規(guī)則排列，和液 體相似，亦稱為體相似，亦稱為“過冷液體過冷液體”或或“

3、無定形體無定形體”。 如玻如玻 璃、松香、石臘等。璃、松香、石臘等。(a)(a)、是否具有周期性、對稱性、是否具有周期性、對稱性(b)(b)、是否長程有序、是否長程有序(c)(c)、是否有確定的熔點(diǎn)、是否有確定的熔點(diǎn)(d)(d)、是否各向異性、是否各向異性區(qū)區(qū) 別別晶體的特點(diǎn)是： （1）結(jié)構(gòu)有序； （2）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性； （3）有固定的熔點(diǎn)。What? “What? “組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)”右手螺旋直角坐標(biāo)系：晶胞： 能反映該晶格特征的最小組成單元稱為晶胞。晶胞在三維空間的重復(fù)排列構(gòu)成晶格。晶胞的基本特性即反映該晶體結(jié)構(gòu)(晶格)的特點(diǎn)。 晶格常數(shù)： 晶胞的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長a、

4、b、c和三條棱邊之間的夾角、等六個參數(shù)來描述。其中a、b、c 為晶格常數(shù)。金屬的晶格常數(shù)一般為: 110-10 m-710-10 m。 不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常數(shù)的不同,表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。金屬的晶體結(jié)構(gòu)可用X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進(jìn)行測定。 由于原子排列緊密程度不一樣,當(dāng)金屬從面心立方晶格向體心立方晶格轉(zhuǎn)變時, 體積會發(fā)生變化。這就是鋼在淬火時因相變而發(fā)生體積變化的原因。不同晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的方式不同, 將會使它們的形變能力不同。 1 金屬三種常見的晶體結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)有： 布拉維晶格在三維平面上有七大晶系，14種晶格分別為三斜晶系、單斜晶系、正交晶系、四方晶系、立方

5、晶系、三方晶系、六角晶系。BCC(Body Center Club）晶格（晶胞)八個原子處于立方體的角,一個原子處于立方體的中心,角上八個原子與中心原子緊靠。 晶格常數(shù)： 晶胞原子數(shù)： 原子半徑：致密度： 晶胞中原子體積和/晶胞體積間隙半徑： 12個四面體間隙 6個八面體間隙配位數(shù)： 任一原子相鄰最近且距離相同的原子數(shù) 配位數(shù)大，原子排列緊密度大。 BCC 晶胞配位數(shù)為：8FCC晶胞(Face Center Club） 金屬原子分布在立方體的八個角上和六個面的中心。面中心的原子與該面四個角上的原子緊靠。具有這種晶格的金屬有鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、- 鐵( -

6、Fe, 912-1394)等。四面體間隙8個八面體間隙4個配位數(shù)：12 由于原子排列緊密程度不一樣,當(dāng)金屬從面心立方晶格向體心立方晶格轉(zhuǎn)變時, 體積會發(fā)生變化。這就是鋼在淬火時因相變而發(fā)生體積變化的原因。不同晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的方式不同, 將會使它們的形變能力不同。 十二個金屬原子分布在六方體的十二個角上, 在上下底面的中心各分布一個原子, 上下底面之間均勻分布三個原子。具有這種晶格的金屬有鎂(Mg)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鈹(Be)等。 NoImage晶體學(xué)抽象：晶體學(xué)抽象： 空間規(guī)則排列的空間規(guī)則排列的原子原子剛球剛球模型模型晶格晶格（剛球抽象（剛球抽象為為晶格晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空

7、間格架空間格架）晶胞晶胞（具有周期性最小（具有周期性最小組成單元）組成單元）3 3三種典型的純金屬晶體晶胞三種典型的純金屬晶體晶胞 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金有：堿金屬、難溶金屬（屬（V、Nb、Cr、Mo、W）、）、a-Fe等等屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬的屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬的有：有：Al、Cu、Au、Ag、-Fe、Ni、Pb以及奧以及奧氏體不銹鋼等。氏體不銹鋼等。屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：有： Mg、Zn 、 a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Co等。等。體心立方晶胞體心立方晶胞bccbcc(Body-centered cubic)(Body-centered

8、 cubic)面心立方晶胞面心立方晶胞fccfcc(Face-centered (Face-centered cubiccubic)密排六方晶胞密排六方晶胞hcphcp(hexagonal close-(hexagonal close-packedpacked)(1) (1) 體心立方晶胞體心立方晶胞BCC Body-Centered CubicBCC Body-Centered Cubic 晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度BCCa=b=c,=902868%a43剛球模型剛球模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)晶格模型晶格模型(2) (2) 面心立方晶胞面心立方晶胞FCC -Face-Cent

9、ered CubicFCC -Face-Centered Cubic晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度FCCa=b=c,=9041274%a42剛球模型剛球模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)晶格模型晶格模型（3 3）密排六方晶胞）密排六方晶胞HCP-Hexagonal Close-PackedHCP-Hexagonal Close-Packed 晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度HCPa=bc,c/a=1.633=90 =120a/261274%剛球模型剛球模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)晶格模型晶格模型 晶面：在晶體學(xué)中，通過晶體中原子中心的平面晶面：在晶體學(xué)中，通過晶體中原子中心的平面

10、晶向：通過原子中心的直線所指的方向晶向：通過原子中心的直線所指的方向XYabcXYZabc（1 1）立方晶系的晶面表示方法）立方晶系的晶面表示方法 確定確定欲定晶面外欲定晶面外的原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，寫出欲定晶的原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，寫出欲定晶面在三個坐標(biāo)軸上的面在三個坐標(biāo)軸上的截距截距。 取三個截距值的取三個截距值的倒數(shù)倒數(shù)并按比例化為并按比例化為最小整數(shù)最小整數(shù)，加圓，加圓括弧，形式為（括弧，形式為（hkl）。）。 負(fù)號：負(fù)號：立方晶系晶面指數(shù)的標(biāo)定立方晶系晶面指數(shù)的標(biāo)定 例一例一.畫出截距為畫出截距為 、1、 晶面的指數(shù)晶面的指數(shù) 截距值取倒數(shù)為截距值取倒數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（，加圓括弧得

11、（010） 例二例二. 畫出（畫出（112）晶面）晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成最小整數(shù)為化成最小整數(shù)為2、2、1，即為，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距三坐標(biāo)軸上的截距 相互平行的晶面晶面相互平行的晶面晶面指數(shù)相同（或指數(shù)相指數(shù)相同（或指數(shù)相同符號相反）同符號相反） (hkl) (hkl) 表示的是一組表示的是一組平行的晶面平行的晶面 晶面族晶面族：原子排列情原子排列情況相同而空間位向不況相同而空間位向不同（不平行）的晶面同（不平行）的晶面 1 11 1 11 立方晶胞中主要晶面立方晶胞中主要晶面(100)(111)()(110)111()111()111()111(

12、:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100 、任意交換指數(shù)的位置和改變符號任意交換指數(shù)的位置和改變符號, ,都是該族的范圍都是該族的范圍 （110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100 、晶向指數(shù)確定的步驟晶向指數(shù)確定的步驟BXYZoAB1 1） 確定坐標(biāo)系確定坐標(biāo)系（例：（例：xyzxyz）；2 2） 過坐標(biāo)原點(diǎn)，作直線與待求晶向平行過坐標(biāo)原點(diǎn)，作直

13、線與待求晶向平行（例：引（例：引OB /ABOB /AB）; ; 3 3） 在該直線上任取一點(diǎn)，并確定該點(diǎn)的在該直線上任取一點(diǎn)，并確定該點(diǎn)的坐標(biāo)坐標(biāo)（x x，y y，z z） （例：（例：BB點(diǎn)坐標(biāo)為點(diǎn)坐標(biāo)為-1,1,0-1,1,0）；）；4 4） 將此值化成將此值化成最小整數(shù)最小整數(shù):u v w :u v w ，并加以，并加以方括號方括號u v wu v w即是即是 （例：（例：ABAB晶向指數(shù)為晶向指數(shù)為 1 0 1 0）。 （代表一組互相平行，方向一致的晶向）（代表一組互相平行，方向一致的晶向）（2 2）立方晶系的晶向表示方法）立方晶系的晶向表示方法 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過原點(diǎn)作所求晶

14、確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過原點(diǎn)作所求晶向的平行線。向的平行線。 求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為小整數(shù)，加方括弧。形式為 uvwuvw 。立方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定立方晶系晶向指數(shù)的標(biāo)定 例一、已知某過原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為例一、已知某過原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1、1.5、2，畫出該晶向。，畫出該晶向。 將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。l例二、已知晶向指數(shù)為例二、已知晶向指數(shù)為110, 畫出該晶向。畫出該晶向。l找出找出1、1、0坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn),連連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線即接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線即所求晶向。所

15、求晶向。110234 相互平行的晶向晶向相互平行的晶向晶向指數(shù)相同（或指數(shù)相指數(shù)相同（或指數(shù)相同符號相反）同符號相反） u v w表示的是一組表示的是一組平行的晶向平行的晶向 晶向族晶向族：原子排列情原子排列情況相同而空間位向不況相同而空間位向不同（不平行）的晶向同（不平行）的晶向 xzy100立方晶胞中主要晶向立方晶胞中主要晶向01000111111010111111111111:111110011101011101110:110001010100:100 、立立方方晶晶系系常常見見的的晶晶向向111111111111XZY111111111111:111110011101011101110

16、:110001010100:100 、 立方晶系中，晶向指數(shù)與晶面立方晶系中，晶向指數(shù)與晶面指數(shù)數(shù)值和符號相同時，該晶指數(shù)數(shù)值和符號相同時，該晶面與晶向垂直，例：面與晶向垂直，例：（1 1 1） 1 1 1 遇到負(fù)指數(shù)，遇到負(fù)指數(shù)，“-”-”號放在該指號放在該指數(shù)的上方數(shù)的上方 同一直線相反兩個方向的晶向同一直線相反兩個方向的晶向指數(shù)符號相反指數(shù)符號相反 如如110與與110方向相反。方向相反。(h k i l ), i= -( h+k )u v t w, t= -( u+v )四軸坐標(biāo)系：四軸坐標(biāo)系：a1，a2，a3，c120 120 a1ca2a3l BCC BCC中，密排面為中，密排面為

17、1 1 01 1 0；密排方向為；密排方向為 l FCC FCC中，密排面為中，密排面為1 1 11 1 1；密排方向為；密排方向為(4) (4) 密排面與密排方向密排面與密排方向l 原子密度最大的晶向原子密度最大的晶向l 原子密度最大的晶面原子密度最大的晶面密排面密排面數(shù)量數(shù)量密排方向密排方向數(shù)量數(shù)量體心立方晶格體心立方晶格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格 六方底面六方底面1底面對角線底面對角線3 三種常見晶格的密三種常見晶格的密排面和密排方向排面和密排方向六方底面六方底面底面對角線底面對角線密排六方晶格密排六方晶格面心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格體心

18、立方晶格體心立方體心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面（1 1）有確定的熔點(diǎn)）有確定的熔點(diǎn)熔點(diǎn)熔點(diǎn)晶體晶體非晶體非晶體時間時間溫溫度度晶體和非晶體的熔化曲線晶體和非晶體的熔化曲線不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的現(xiàn)象不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的現(xiàn)象 晶體具有各向異性的原因，是由于在不同晶向上的原子緊晶體具有各向異性的原因，是由于在不同晶向上的原子緊密程度不同所致。原子的緊密程度不同，意味著原子之間的距密程度不同所致。原子的緊密程度不同，意味著原子之間的距離不同，則導(dǎo)致原子間結(jié)合力不同，從而使晶體在不同晶向上離不同，則導(dǎo)致原子間結(jié)合力不

19、同，從而使晶體在不同晶向上的物理、化學(xué)和機(jī)械性能不同。的物理、化學(xué)和機(jī)械性能不同。 實際金屬不表現(xiàn)各向異性實際金屬不表現(xiàn)各向異性(多晶體多晶體) 在實際應(yīng)用的金屬材料中，總是不可避免地存在著一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，這就是晶體缺陷。一般說來，金屬中這些偏離其規(guī)定位置的原子數(shù)很少，即使在最嚴(yán)重的情況下，金屬晶體中位置偏離很大的原子數(shù)目至多占原子總數(shù)的千分之一。因此，從總體來看，其結(jié)構(gòu)還是接近完整的。盡管如此，這些晶體缺陷不但對金屬及合金的性能有重大影響，而且還在擴(kuò)散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過程中扮演重要角色。 通常使用的金屬都是由很多小晶體組成的，這些小晶體內(nèi)部的晶格位向是均勻一致的

20、，而它們之間，晶格位向卻彼此不同，這些外形不規(guī)則的的顆粒狀小晶體稱為晶粒。每一個晶粒相當(dāng)于一個單晶體。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。這種由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。 多晶體的性能在各個方向基本上是一致的，這是由于多晶體中，雖然每個晶粒都是各向異性的，但它們的晶格位向彼此不同，晶體的性能在各個方向相互補(bǔ)充和抵消，再加上晶界的作用，因而表現(xiàn)出各向同性。 晶粒的尺寸很小，如鋼鐵材料一般為101-103 mm左右，必須在顯微鏡下才能看見。在顯微鏡下觀察到的金屬中晶粒的種類、大小、形態(tài)和分布稱為顯微組織，簡稱組織。金屬的組織對金屬的機(jī)械性能有很大的影響。 實際金屬晶體內(nèi)部，其局部區(qū)域原子的規(guī)則排列往

21、往受到干擾和破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完整，從而影響到金屬的許多性能。實際金屬晶體中原子排列的這種不完整性，通常稱為晶體缺陷。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，一般將它們分為以下三類：（點(diǎn)、線、面） 晶格中某個原子脫離了平衡位置，形成空結(jié)點(diǎn)，稱為空位。某個晶格間隙擠進(jìn)了原子，稱為間隙原子。材料中總存在著一些其它元素的雜質(zhì)，它們可以形成間隙原子，也可能取代原來原子的位置，成為置換原子，三種點(diǎn)缺陷的形態(tài)見下圖。 空位、間隙原子和外來原子都是晶格的點(diǎn)缺陷。它們破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱為晶格畸變。 高能區(qū)域 非穩(wěn)態(tài)區(qū)域 活躍區(qū)域 在產(chǎn)生晶格畸變時，原子離開了平衡位置，引起勢能增加，自由能升

22、高，穩(wěn)定性降低，對晶體的一系列物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。 晶體中最普通的線缺陷就是位錯，它是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。位錯又可稱為差排（英語：dislocation），在材料科學(xué)中，指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列（晶體學(xué)缺陷）。從幾何角度看，位錯屬于一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線。 在晶格的上半部分?jǐn)D出了一個多余的原子面這個多余原子面的下邊緣像刀刃一樣垂直切入，使晶體中位于滑移面上下兩部分晶體間產(chǎn)生了 錯排現(xiàn)象，因而稱之為刃型位錯。 多余原子面的邊緣稱為“位錯線”，在位錯線周圍，由于原子的錯排使晶格發(fā)生了畸變，致使滑移面上

23、部的原子受到壓應(yīng)力；滑移面下部的原子受到拉應(yīng)力。螺旋位錯;screw dislocation; 一個晶體的某一部分相對于其余部分發(fā)生滑移，原子平面沿著一根軸線盤旋上升，每繞軸線一周，原子面上升一個晶面間距。在中央軸線處即為一螺型位錯。圍繞位錯線原子的位移矢量稱為滑移矢量或伯格斯(Burgers)矢量，對于螺型位錯，位錯線平行于伯格斯矢量。 實際晶體中往往含有大量位錯，通常把單位體積中所包含的位錯線總長度稱為位錯密度。一般退火態(tài)金屬的位錯密度約為105-108cm/cm3；冷變形后的金屬可達(dá)1012cm/cm3。位錯的存在對金屬的強(qiáng)度有著重要的影響，增加或降低位錯密度，都能有效地提高金屬強(qiáng)度。理

24、想晶體的強(qiáng)度很高，位錯的存在可降低強(qiáng)度，當(dāng)位錯大量產(chǎn)生后，強(qiáng)度又提高。由于沒有缺陷的晶體很難得到，所以生產(chǎn)中一般依靠增加位錯密度來提高金屬強(qiáng)度，但塑性隨之降低。 面缺陷包括晶界和亞晶界、表面。晶界是晶粒與晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時適應(yīng)相鄰兩個晶粒的位向，就必須從一種晶粒位向逐步過渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間的過渡層，因而晶界上的原子多處于無規(guī)則狀態(tài)或兩種晶粒位向的折衷位置上。另外，晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒，尺寸為104-106 cm。亞晶粒的交界稱為亞晶界。 晶粒之間位向差較大，亞晶粒之間位向差較小。大于10-15的晶界稱為

25、大角度晶界，亞晶界是小角度晶界，其結(jié)構(gòu)可以看成是位錯的規(guī)則排列，見圖。 晶界是晶粒與晶粒之間的界面。 晶界處存在著許多晶體缺陷； 溶質(zhì)原子、雜質(zhì)常常聚集在晶界處； 固態(tài)相變時，往往先在晶界處形核； 晶界原子排列不整齊，雜質(zhì)、缺陷較多，能量較高，從而阻礙位錯通過，即晶界阻礙塑性變形。因此晶粒越細(xì)，材料強(qiáng)度硬度越高。而且一定體積內(nèi)晶粒數(shù)越多，相同的變形條件下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)，形變較均勻，位錯塞積較少，因應(yīng)力集中而開裂機(jī)會較少，可在斷裂前承受較大的變形，即也表現(xiàn)為較高的塑性。（細(xì)晶強(qiáng)化）。 常溫性能 高溫性能：晶粒大，高溫性能好 合金 一種金屬元素同另一種或幾種其它元素, 通過熔化或其它方法

26、結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。 組元 組成合金的獨(dú)立的、最基本的單元叫做組元。組元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。 二元合金 由兩個組元組成的合金稱為二元合金, 例如工程上常用的鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。 合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能比純金屬高許多；某些合金還具有特殊的電、磁、耐熱、耐蝕等物理、化學(xué)性能。因此合金的應(yīng)用比純金屬廣泛得多。 相 在金屬或合金中，凡化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分叫做相。液態(tài)物質(zhì)為液相，固態(tài)物質(zhì)為固相。 固態(tài)合金中有兩類基本相：固溶體和金屬化合物。 金屬材料的性能：工藝性能和使用性能 工藝性能：是指制造工藝過程中

27、材料適應(yīng)加工的性能 ，即指其鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能； 使用性能：是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能，它包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能。 一、鑄造性能 將熔化后的金屬液澆入鑄型中，待凝固、冷卻后獲得具有一定形狀和性能鑄件的成形方法。 金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，用流動性、收縮性和偏析來衡量。 流動性1. 熔融金屬的流動能力稱為流動性。流動性好的金屬容易充滿鑄型，從而獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。流動性 一、鑄造性能 金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，用流動性、收縮性和偏析來衡量。 2. 收縮性 鑄件在凝固和冷卻過程中

28、，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮性。鑄件收縮不僅影響尺寸，還會使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開裂等缺陷。故鑄造用金屬材料的收縮率越小越好。 3. 偏析 金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。偏析大會使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。二、鍛造性能 鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。 鍛壓（鍛造與沖壓）的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關(guān)機(jī)械中負(fù)載高、工

29、作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。 鍛造性能主要取決于金屬材料的塑性和變形抗力。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。 二、鍛造性能 金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的能力稱為鍛造性能，它主要取決于金屬的塑性大小。塑性越好，金屬的鍛造性能越好。各種鋼和大多數(shù)有色金屬及合金都有一定的塑性，因此它們可以在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行鍛造加工。金屬材料經(jīng)過鍛造以后，可以使內(nèi)部氣孔焊合，分散細(xì)微的縮孔壓實，增加金屬的致密度;可使鑄態(tài)的柱狀晶體和粗大晶粒被擊碎為細(xì)小的晶粒，提高金屬的力學(xué)性能。三、焊接性能 焊接焊接是被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并

30、用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程。 焊接過程中，工件和焊料熔化形成熔融區(qū)域，熔池冷卻凝固后便形成材料之間的連接。這一過程中，通常還需要施加壓力。焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。三、焊接性能 焊接性能主要指鋼材的可焊性，也就是鋼材之間通過焊接方法連接在一起的結(jié)合性能，是鋼材固有的焊接特性。不同的焊接方法有不同的焊接工藝。 1. 焊縫金屬抗熱裂紋的能力 2. 焊縫及熱影響區(qū)得抗冷裂紋能力 3. 焊接接頭的使用性能，包括常溫與高溫下力學(xué) 性能（拉伸、彎曲、沖擊、硬度、韌度、疲勞 強(qiáng)度）、低溫韌性、耐蝕性 4. 焊接接頭的抗消除應(yīng)力裂紋與層狀撕裂的能力四、切削加工性能 切削加工性能一般用切削后的表面質(zhì)量(以表面粗糙度高低衡量)和刀具壽命來表示。金屬材料具有適當(dāng)?shù)挠捕?170 HBS230 HBS)和足夠的脆性時切削性良好。改變鋼的化學(xué)成分(如加入少量鉛、磷等元素)和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?如低碳鋼進(jìn)行正火，高碳鋼進(jìn)行球化退火)可提高鋼的切削加工性能。銅有良好的切削加工性能。 切削加工金屬材料的難易程度稱為切削加工性能。一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具壽命等方面來衡量。影響切削加工性能的因素主要有工件的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、硬度、塑性等。鑄鐵比鋼切削加工性能好，一般碳鋼比高合金鋼切削加工性能好。五