材料工程基礎(chǔ)考試重要知識(shí)點(diǎn)

1、材料工程基礎(chǔ)考試重要知識(shí)點(diǎn)材料工程基礎(chǔ)考試重要知識(shí)點(diǎn)1第一章、材料的性能及應(yīng)用2第二章、原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵4第三章、晶體結(jié)構(gòu)4第四章、晶體缺陷7第五章、固體材料中原子的擴(kuò)散8第六章、相平衡與相圖原理9第七章、材料的凝固10第八章、材料的變形與回復(fù)再結(jié)晶12第一章、材料的性能及應(yīng)用1、常用的力學(xué)性能：（屈服點(diǎn)和屈服強(qiáng)度）：在外力作用下，材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的極限應(yīng)力值即為屈服點(diǎn) 。（抗拉強(qiáng)度）：材料在受力過(guò)程中，所能承受的最大載荷Fb 時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。（彈性極限）：是指在完全卸載后不出現(xiàn)任何明顯的微量塑性變形的極限應(yīng)力值。（比例極限）：在彈性形變階段，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系完全符合胡克定律的極限應(yīng)力。彈性模

2、量 E 及其主要影響因素：1、原子結(jié)構(gòu)的影響； 2 、溫度的影響； 3、變形的影響； 4 、合金元素的影響。剛度：材料對(duì)彈性變形的抵抗能力。強(qiáng)度：材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。塑性：指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。硬度：是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。塑性指標(biāo)的意義：塑性指標(biāo)有伸長(zhǎng)率和斷面收縮率1、消減應(yīng)力峰、緩和應(yīng)力集中，防止零件出現(xiàn)未能預(yù)測(cè)的早期破壞；2、遭受不可避免的偶然過(guò)載時(shí)，發(fā)生塑性變形和隨之而引起的形變強(qiáng)化可保證零件的安全以避免斷裂，即具有抵抗過(guò)載的能力；3、零件遭受意外過(guò)載時(shí)，零件可以發(fā)生塑性變形過(guò)渡而不至于發(fā)生突然斷裂，即使最終要斷裂，但在此之

3、前也要吸收大量的能量（即塑性變形功）；4、材料具有一定塑性可保證某些成形工藝和修復(fù)工藝的順利進(jìn)行；5、塑性指標(biāo)還能反映材料的冶金質(zhì)量的好壞。不同材料所適用的硬度（HB 、HR、HV ）測(cè)量方法：布氏硬度：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差??；缺點(diǎn)：壓痕面積大。洛氏硬度：優(yōu)點(diǎn)：壓痕小，操作簡(jiǎn)潔，缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)分散度大。維氏硬度：可采用統(tǒng)一的硬度指標(biāo)， 測(cè)量從很軟到很硬的材料的硬度，但測(cè)量麻煩。第二章、原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵1、結(jié)合鍵的類型 (主要為金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵)及其主要特點(diǎn)，它們對(duì)材料性能的主要影響金屬鍵：沒有飽和性和方向性。具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、與金屬之間能夠互相溶解的能力離子鍵：無(wú)方向性，無(wú)飽和性；鍵

4、能最高，結(jié)合力很大。硬度高，熔沸點(diǎn)高；熔融或水溶后能導(dǎo)電；脆性大。共價(jià)鍵：具有明顯的飽和性和方向性。硬度高、熔沸點(diǎn)高、導(dǎo)電性能差。第三章、晶體結(jié)構(gòu)1、晶面與晶向的標(biāo)注和識(shí)別：P592、BCC、FCC、HCP ：BCC（體心立方晶胞原子個(gè)數(shù)為2 ，原子半徑為 r=，配位數(shù) CN 為 8 ，致密度為 0.68 ）FCC（面心立方晶胞原子個(gè)數(shù)為4，原子半徑為 r=，配位數(shù) CN 為 12 ，,nv41 d360.74 ）致密度公式 K3VHCP（密排六方晶胞原子個(gè)數(shù)為6 ，配位數(shù) CN 為 12 ，致密度為 0.74 ，其軸比c/a=1.633 ）3、相、固溶體、中間相、固溶強(qiáng)化、中間相：相：是指合

5、金中具有同一化學(xué)成分，同一聚集狀態(tài)， 同一結(jié)構(gòu)且以界面互相分開的各個(gè)均勻的組成部分。固溶體：是溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相中間相：是當(dāng)組元之間不具備形成固溶體的條件或溶質(zhì)含量超過(guò)在溶劑中的溶解度時(shí)，合金中往往會(huì)出現(xiàn)新相， 其晶格類型和特性不同于合金中任一組元，這種新相稱為中間相。固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)元素的溶入使固溶體強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象。固溶體的分類：按溶質(zhì)原子在金屬溶劑晶格中的位置：置換固溶體和間隙固溶體；金屬溶劑中的溶解度：有限固溶體和無(wú)限固溶體；金屬溶劑中的相對(duì)分布情況：有序固溶體和無(wú)序固溶體；（間隙固溶體一定是有限固溶體并且一定是無(wú)序的，無(wú)限固溶體一定是置換固溶體）中間相的分類：

6、正常價(jià)化合物電子化合物間隙相和間隙化合物：熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。固溶體和中間相的主要區(qū)別：固溶體最大特點(diǎn)是保留原有溶劑組元的晶體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分為置換和間隙固溶體兩類；中間相的晶體結(jié)構(gòu)與任何組元均不相同，它是一種新相。 中間相可以是化合物， 也可以是以化合物為基的固溶體成為二次固溶體。固溶體與溶劑有相同的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)稍有變化； 而中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同于此相中的任一組員第四章、晶體缺陷1、晶體缺陷的分類及特點(diǎn)：1、點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類原子。2、線缺陷3、面缺陷位錯(cuò)的含義分類及特點(diǎn)：位錯(cuò)：晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)分為：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合位錯(cuò)。

7、位錯(cuò)（及點(diǎn)缺陷）密度的變化對(duì)材料性能（主要是力學(xué)性能）的影響：在外力的作用下， 金屬材料的變形量增大， 晶粒破碎和位錯(cuò)密度增加， 導(dǎo)致金屬的塑性變形抗力迅速增加，對(duì)材料的力學(xué)性能影響是：硬度和強(qiáng)度顯著升高；塑性和韌性下降，產(chǎn)生所謂的“加工硬化”現(xiàn)象。位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)，位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。2、晶界原子排列的特點(diǎn)及其分類：根據(jù)相鄰晶粒之間位向差的大小，晶界可分為：小角度晶界、大角度晶界。晶界的特性：1、晶界處原子排列不規(guī)則；2 、晶界具有較高的動(dòng)能；3、晶界更易腐蝕。相界的分類：共格相界、半共格相界、非共格相界。潤(rùn)濕：附著潤(rùn)濕（沾濕） 、浸漬潤(rùn)濕（浸潤(rùn)）、鋪展。第五章、固體材料中原子的擴(kuò)散1、Fi

8、ck 第一定律的含義：在一個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)中， 若任一點(diǎn)的濃度不隨時(shí)間而變化，即任一時(shí)刻流入和流出該系統(tǒng)中任一體積元的物質(zhì)量相等，稱之為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的誤差函數(shù)解的應(yīng)用計(jì)算：P1242、擴(kuò)散的機(jī)制：間隙機(jī)制、空位機(jī)制、換位機(jī)制。影響擴(kuò)散的主要因素：溫度的影響、原子鍵合力的影響、固溶體類型的影響、晶體結(jié)構(gòu)的影響、化學(xué)成分的影響、晶體缺陷的影響。以及在工業(yè)上的應(yīng)用（如：工業(yè)滲碳為何在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行）：因?yàn)楫?dāng)溫度升高至奧氏體溫度范圍內(nèi)后，奧氏體對(duì)碳元素具有更大溶解度。只有在奧氏體區(qū)域， 鐵中碳的溫度才可能有很大范圍的變動(dòng)，碳的擴(kuò)散才能再單向的奧氏體中進(jìn)行第六章、相平衡與相圖原理1、Gibbs 相律

9、含義：相律是描述平衡體系中可以平衡共存的相的數(shù)量、獨(dú)立組元的數(shù)量及影響體系平衡狀態(tài)的外界和內(nèi)部因素與體系自由度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。即：fC二元?jiǎng)蚓鄨D、共晶相圖分析；杠桿定律的應(yīng)用計(jì)算；相圖與合金使用性（強(qiáng)度、硬度）的關(guān)系：形成固溶體的合金其強(qiáng)度、硬度隨成分按拋物線狀變化；形成兩相機(jī)械混合物的共晶系合金，其性能則是兩組成相的加權(quán)平均值，即性能與成分呈線性關(guān)系，其強(qiáng)度、硬度均有所提高；形成穩(wěn)定化合物（中間相）時(shí)，其性能具有硬而脆的特點(diǎn)。相圖與工藝性（鑄造）的關(guān)系：合金的流動(dòng)性與凝固溫度范圍有很大的關(guān)系。凝固溫度范圍小，流動(dòng)性好；隨凝固溫度范圍增大，流動(dòng)性降低。由于共晶合金或純金屬的熔點(diǎn)較低，且

10、是恒溫轉(zhuǎn)變，所以流動(dòng)性好，凝固后易形成集中縮孔，致密度高，故鑄造合金宜選擇共晶成分或接近共晶成分。2、鐵碳相圖（簡(jiǎn)化版）及其標(biāo)注上面主要的成分點(diǎn)和溫度及相；不同含碳量的合金從高溫到室溫下組織的變化，利用杠桿定律計(jì)算組織組成物和相組成物的含量（主要針對(duì) C%<2.11% 的合金，即鋼）第七章、材料的凝固1、液態(tài)合金結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) :存在起伏現(xiàn)象：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。過(guò)冷度及其與冷卻速率的關(guān)系式中，T 是實(shí)際相變（凝固）時(shí)的溫度。欲使凝固（結(jié)晶）過(guò)程能夠進(jìn)行，<0 ，則需>0 ，即為過(guò)冷，稱為過(guò)冷度。T<，這種現(xiàn)象稱過(guò)冷度不是一個(gè)恒定值，而是與金屬的性質(zhì)、純度及冷卻速

11、率等許多因素有關(guān)。對(duì)于同一種液態(tài)金屬， 冷卻速率越大， 過(guò)冷度亦越大， 也就是實(shí)際凝固開始的溫度越低。2、晶體形核及長(zhǎng)大的主要方式以及它們的特點(diǎn):晶體的形核有兩種形式：均質(zhì)形核與非均質(zhì)形核。均質(zhì)形核：晶核是通過(guò)結(jié)構(gòu)（相）起伏，由液相中“近程有序”的原子集團(tuán)直接形成的。非均質(zhì)形核：晶核是通過(guò)依附于液相中的雜質(zhì)或外來(lái)質(zhì)點(diǎn)的表面作為基底而形成的。3、晶體生長(zhǎng)形態(tài)分類及主要原因:1、平面狀生長(zhǎng)：液 - 固界面前沿液相內(nèi)溫度分布始終呈現(xiàn)正的溫度梯度。2、枝晶狀生長(zhǎng)：液 - 固界面前沿液相內(nèi)溫度分布呈負(fù)的溫度梯度。3、胞狀生長(zhǎng)4、等軸枝晶狀生長(zhǎng)溶質(zhì)分配系數(shù)：溶質(zhì)再分配： 合金材料凝固時(shí)， 溶質(zhì)要發(fā)生重新分

12、布， 這不僅會(huì)形成宏觀和微觀偏析，而且會(huì)對(duì)晶體的生長(zhǎng)形態(tài)產(chǎn)生影響。溶質(zhì)再分配系數(shù)k 的定義是：凝固過(guò)程中固- 液界面處固相溶質(zhì)含量與液相溶質(zhì)含量之比，即 k=成分過(guò)冷：過(guò)冷度既與實(shí)際溫度分布有關(guān)， 又與溶質(zhì)分布有關(guān)，此即“成分過(guò)冷”。4、凝固中晶粒尺寸的控制：控制晶粒尺寸的主要途徑有：提高冷卻速率、孕育處理、振動(dòng)處理。鑄態(tài)宏觀組織：由三個(gè)區(qū)組成：表層細(xì)晶區(qū)、內(nèi)部柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。常見偏析（宏觀偏析：正偏析、密度偏析；微觀偏析：枝晶偏析）的特點(diǎn)及主要原因。第八章、材料的變形與回復(fù)再結(jié)晶1、塑性變形的機(jī)制（主要方式） ：滑移、孿生、扭折?；婆c孿生的主要區(qū)別點(diǎn)：孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻的切

13、變，而滑移只集中在一些晶面上；孿生后晶體變形部分的位向關(guān)系發(fā)生了改變，而滑移后晶體的位向關(guān)系并未改變；孿生變形是通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此孿生的臨界切應(yīng)力比滑移時(shí)大得多；孿生對(duì)塑性變形的作用比滑移小得多?；频膶?shí)質(zhì)（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)）2、Schmid 定律的含義：當(dāng)=F/A ，則：= cos cos當(dāng)在滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力達(dá)到臨界分切應(yīng)力時(shí)，晶體開始屈服， 此時(shí)臨界分切應(yīng)力：開始滑移所需的最小分切應(yīng)力。單滑移：指只有一個(gè)滑移系上的分切應(yīng)力最大并達(dá)到了臨界分切應(yīng)力而進(jìn)行的滑移。多滑移：指晶體上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的滑移系滿足施密特定律的條件，各自滑移面上位錯(cuò)同時(shí)啟動(dòng)。交滑移：螺位錯(cuò)

14、在兩個(gè)相交的滑移面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺位錯(cuò)在一個(gè)滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)移到另一滑移面上繼續(xù)滑移，滑移的方向保持不變。3、多晶體塑性變形的主要特點(diǎn)各晶粒變形的不同步性；各晶粒變形的不均勻性；各晶粒變形的協(xié)調(diào)性；加工強(qiáng)化：隨塑性變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降。彌散強(qiáng)化：當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化產(chǎn)生強(qiáng)化的主要原因：在相同的外力作用下，晶粒越細(xì)小，各個(gè)晶粒變形越均勻，應(yīng)力集中的幾率較小， 裂紋不易萌生和擴(kuò)展， 在斷裂前可承受較大的變形量，故室溫下常利用細(xì)晶強(qiáng)化來(lái)提高材料的強(qiáng)韌性，稱為細(xì)晶強(qiáng)韌化。4、冷加工后金屬力學(xué)性能上的主要變化：隨塑性變形程度的增加， 材料的強(qiáng)度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降。5、回復(fù)、再結(jié)晶：回復(fù)：是指冷塑性變形金屬加熱時(shí)， 尚在發(fā)生光學(xué)顯微組織變化