金属材料力学性能的影响因素解析
学生必须充分了解影响金属材料力学性能的因素，并在毕业后从事机械制造、工程结构等相关行业时能够充分理顺各种影响材料力学性能的因素，并采用各种合理的手段有效地改善力学性能。本文试图从定性的角度探讨影响金属材料力学性能的各种因素。
在机械工程材料及材料成形技术基础课程教学过程中，经常提到的一句话就是：“成分、结构决定性能”。可以说，这句话是对影响力学性能的因素的高度概括。成分亦即化学成分，是指组成金属材料的化学元素组成及其比例构成。在金属的物理、化学、力学、工艺等四大性能中，成分都处于决定性的地位，具有决定性的作用，是第一位的。也就是说，在力学性能的影响因素中，成分最为重要。在金属材料中，黑色金属和有色金属属于两大不同系列，它们的力学性能与物理、化学、工艺性能一样，受化学元素组成的影响最大，因此，各种牌号的钢种和有色合金应运而生也就在情理之中了。
其次，就是结构对于力学性能的影响。结构的概念更为复杂，结构的本质是原子或原子集团的排列。1848年A.Bravais采用数学分析方法证明晶体中的空间点阵排列只能有14种理想结构，机械工程应用较为广泛的金属材料主要有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格结构排列。同一成分的金属材料在不同加工条件下可能会处于不同的晶体结构，从而表现不同的力学性能。这也正是热处理控制相变，以达到改性目的的物理依据[1]。
在金属内部结构中，晶体排列并非完全理想的排列状态。由于铸造、热处理、压力加工等外界因素的影响，缺陷不可避免地存在于晶体结构排列中，从而对力学性能产生影响，某些情况下甚至影响非常严重。这些缺陷从存在的空间角度而言表现为点缺陷、线缺陷、面缺陷等，其中点缺陷包括空位和间隙原子；线缺陷的集中表现形式是位错，从几何结构可分为刃型位错和螺型位错。金属晶体中的面缺陷包括晶界、亚晶界、孪晶界、相界、表面、层错等。这些缺陷的存在都导致金属的实际晶体结构偏离了理想结构，从而对力学性能产生显著影响。控制缺陷的类型、数量、分布也是一种控制力学性能的有效方法，在生产实践中，经常采用直接或间接控制缺陷的办法，以达到控制力学性能的目的。
图1表达了各种对材料力学性能的影响因素及其影响层次，涉及到材料成形工艺因素。其中，铸造过程中，广泛采用的是控制凝固及变质处理；热处理工艺本身就是为了改变结构从而改变力学性能而发展起来的[2]；压力加工过程引起的结构缺陷的变化改变了材料内部结构，从而在成形的同时达到改变力学性能的目的[3]；焊接的本质上是焊缝部位的局部、快速冶金过程。
综上所述，影响力学性能的因素是非常复杂的，简而言之，成分与结构相比较，成分起主导作用。在成分一定的前提下，金属本身固有的实际结构则处于决定性的地位，铸造、热处理、压力加工、焊接等工艺方式只能在一定的范围内通过改变结构，达到改变力学性能的目的。
结论：本文简要分析了影响金属材料力学性能的因素以及这些影响因素之间的关系。其中化学成分起主导作用。在成分一定的前提下，金属本身固有的实际结构则处于决定性的地位，金属加工工艺方式只能在一定的范围内通过改变结构，达到改变力学性能的目的。通过分析，可以澄清学生对于金属力学性能影响因素的认识，有利于学生制造工艺水平的提高。
参考文献：
[1]沈莲.机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2007：27-61
[2]李笑，卢亚锋，辛社伟.去应力退火对Ti40合金力学性能的影响[J].金属热处理.2011（12）：20-23
[3]易炜发，朱定一，胡真明.热轧变形对高碳TWIP钢组织缺陷和力学性能的影响[J].材料科学与工艺.2011（ 05）：11-13
作者信息：劉玉高，男（1969.8--）， 山东烟台人，硕士，副教授，主要研究方向：金属材料的凝固及表面改性。
本课题得到青岛农业大学名校课程建设《材料成型技术基础》的资助，项目编号：XJP2015013。