工程材料重點(diǎn)知識匯總

1、強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。硬度：衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。材料在交變應(yīng)力作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性積累損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程稱為疲勞。當(dāng)應(yīng)力低于某值時，應(yīng)力循環(huán)到無數(shù)次也不會發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限。塑性：斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。名稱含義單位Z斷面收縮率試樣拉斷后標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比1A斷后伸長率試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比1Rm抗拉強(qiáng)度材料在試樣斷裂前所受的最大應(yīng)力值MPaRr0.2規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應(yīng)力MPaReH上屈服強(qiáng)度不連續(xù)屈服階

2、段最大應(yīng)力MPaReL下屈服強(qiáng)度不連續(xù)屈服階段最小應(yīng)力MPa-1純彎曲疲勞極限光滑試樣在對稱應(yīng)力循環(huán)條件下的純彎曲疲勞極限MPaAk沖擊吸收功沖斷試樣的吸收功JK1應(yīng)力場強(qiáng)度因子反應(yīng)應(yīng)力場強(qiáng)度的參量MPa·m12HBS布氏硬度符號壓頭為淬火鋼球時，布氏硬度符號Kgf/mm2或N/mm2HBW布氏硬度符號壓頭為硬質(zhì)合金球時的布氏硬度符號同上3種最典型、最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格晶格常數(shù)aaa(底面邊長)、c(高)原子半徑R=34aR=24aR=12a原子數(shù)46配位數(shù)81212致密度0.680.740.74典型金屬

3、-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb（鈮）、Ta（鉭）-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、AgMg、Be（鈹）、Zn、Cd（鎘）晶體中不可避免的存在著許多不完整的部位，這些晶格不完整的部位稱為晶格缺陷。晶體缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。合金：兩種或者兩種以上的金屬元素或者金屬元素與非金屬元素組成的，具有金屬特性的新物質(zhì)。相：合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以晶界相互分開的組成部分。合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。組織：在金屬學(xué)中，組織是指用金相觀察方法觀察到的材料內(nèi)部微觀形貌的圖像，又稱為金相組織。固溶體是指合金在固態(tài)下，組元間能相互溶解而形成的均勻相。一般把與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱為

4、溶劑，其他元素稱為溶質(zhì)。固溶體又分為置換固溶體和間隙固溶體。固溶強(qiáng)化：形成固溶體時，隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性下降，這種由于溶質(zhì)原子的固溶引起的強(qiáng)化效應(yīng)稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子（相當(dāng)于間隙原子或置換原子）使溶劑晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用（溶質(zhì)原子在位錯附近偏聚），阻礙了位錯的運(yùn)動。問：1g鐵有多少個原子，在室溫和1000各有多少個晶胞。解：鐵的摩爾質(zhì)量：56g/mol，1mol=6.02×1023，1g鐵有6.02×1023/56=1.075×1022個原子，室溫下鐵是體心立方晶格（-Fe），每個晶胞有兩個原子，所以室溫下

5、有5.375×1021個晶胞，1000時鐵是面心立方晶格（-Fe），每個晶胞有四個原子，所以1000時有1.075×1022/4=2.6875×1021個原子。問：已知純鋁的原子直徑為0.28683nm，試求其晶格常數(shù)。解：純鋁是面心立方晶格，R=24a，則晶格常數(shù)：a=42R=22d=2d=0.40564nm過冷度（T）：金屬的實際結(jié)晶溫度Tn與理論結(jié)晶溫度Tm之差。即：T=Tm-Tn。過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，實際結(jié)晶溫度越低，過冷度也越大。結(jié)晶的充分必要條件是液態(tài)金屬必須具有一定的過冷度。結(jié)晶過程就是形核與長大的過程。晶核的形成方式有兩種：均

6、勻形核（勻質(zhì)形核或自發(fā)形核）和非均勻形核（異質(zhì)形核或非自發(fā)形核）。晶核的長大方式有兩種：均勻長大和樹枝狀長大。在室溫下，晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好，這種利用細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。少數(shù)金屬在固態(tài)時會發(fā)生晶格類型的轉(zhuǎn)變，這種在固態(tài)下隨溫度的變化由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。問：為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度？答：，只有當(dāng)結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度時，固態(tài)金屬的自由能低于液態(tài)金屬的自由能，液相金屬和固相金屬的自由能之差構(gòu)成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力，液態(tài)金屬才能結(jié)晶。問：為什么一般希望材料獲得細(xì)晶粒？細(xì)化晶粒的方法有哪些？答：因為在室溫下，晶粒越細(xì)小，

7、其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好，所以希望材料獲得細(xì)晶粒。細(xì)化晶粒的方法有：（1）提高金屬的過冷度；（2）進(jìn)行變質(zhì)處理；（3）附加振動、攪拌。問：簡述鑄錠三晶區(qū)形成的原因及每個晶區(qū)的性能特點(diǎn)。答：當(dāng)液態(tài)金屬注入錠模中后，型壁溫度低，與型壁接觸的很薄一層熔液產(chǎn)生強(qiáng)烈過冷，型壁可作為非均勻形核的基底，立刻形成大量的晶核并迅速長大至互相接觸，在金屬表面形成了一層厚度不大，由細(xì)小的、方向雜亂的等軸晶粒組成的細(xì)晶區(qū)。型壁被熔液加熱不斷升溫，使剩余液體冷卻變慢，并且由于結(jié)晶時釋放潛熱，故細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形核變得困難，但此時長大速度受到的影響較小，因此細(xì)晶區(qū)中現(xiàn)有的晶體中那些適宜生長的晶粒就會長

8、大。只有一次軸（即生長速度最快的晶向）垂直于型壁（散熱最快方向）的晶體才能得到優(yōu)先生長，而其他取向的晶粒，受鄰近晶粒的限制而不能發(fā)展，因此這些與散熱相反方向的晶體擇優(yōu)生長而形成柱狀晶區(qū)。柱狀晶生長到一定程度，由于前沿液體遠(yuǎn)離型壁，散熱困難，冷速變慢，而且熔液中的溫差隨之減小，阻止柱狀晶的快速生長。在柱狀晶區(qū)前沿，出現(xiàn)一個過冷度更小、溫度比較均勻、沒有明顯散熱方向的液態(tài)金屬區(qū)。當(dāng)整個熔液溫度降至熔點(diǎn)以下時，剩余液體中某些未熔雜質(zhì)或從柱狀晶上被沖下的晶枝成為晶核，向各個方向均勻長大，最后形成一個中心粗等軸晶區(qū)。（此系書上原文，答題時需簡化）細(xì)晶區(qū)的晶粒十分細(xì)小，組織致密，力學(xué)性能很好。在柱狀晶區(qū)中

9、，晶粒彼此間的界面比較平直，氣泡縮孔很小，組織比較致密。柱狀晶的性能具有明顯的方向性，沿柱狀晶晶軸方向的強(qiáng)度較高。柱狀晶的接觸面易形成弱結(jié)合面，在熱軋、鍛造時容易開裂。等軸晶沒有弱面，其枝晶彼此嵌入，結(jié)合較牢，性能均勻，無方向性。問：純鐵在常壓下有哪幾種同素異構(gòu)體？各具有何種晶體結(jié)構(gòu)？答：純鐵在常壓下有三種同素異構(gòu)體，分別是-Fe、-Fe、-Fe。晶體結(jié)構(gòu)分別是：體心立方（-Fe）、體心立方（-Fe）、面心立方（-Fe）。鐵碳合金中的基本相有鐵素體、奧氏體和滲碳體。符號組織特征力學(xué)性能鐵素體F或明亮的多邊形晶粒性能與純鐵相似，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好奧氏體A或不規(guī)則多面體晶粒晶界較鐵素體平直

10、塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度較低滲碳體Fe3C或Cm常以片狀、球狀、網(wǎng)狀等形式與其他相共存硬度很高，塑性、韌性幾乎為零，極脆珠光體P鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物強(qiáng)度比鐵素體高，脆性比滲碳體低高溫萊氏體Ld滲碳體和奧氏體的共晶體硬而脆低溫萊氏體Ld由珠光體和滲碳體組成硬而脆鐵碳合金相圖（以書上P58 圖5-15為準(zhǔn)，此處僅供參考）共析轉(zhuǎn)變：0.770.0218+Fe3C共晶轉(zhuǎn)變：L4.32.11+Fe3C在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變過程稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的反應(yīng)稱為共析反應(yīng)或共析轉(zhuǎn)變

11、。問題：分析45鋼、T8鋼、T12鋼在極緩慢的冷卻過程中相變的過程。并示意地畫出它們在室溫時的顯微組織。解：45鋼（亞共析鋼）：LL+P+T8鋼（共析鋼）：LL+PT12鋼（過共析鋼）：LL+Fe3CP+Fe3C圖樣參考課本上圖5-17最后一張（T8鋼）、圖5-19最后一張（45鋼）、圖5-21最后一張（T12鋼）鋼按含碳量分類：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。按冶煉方法分：按煉鋼爐的不同分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼。按脫氧方法分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。按質(zhì)量分類：普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼。鋼的牌號：碳素工具鋼：第一部分：前綴符號+強(qiáng)度值（MPa）。通用結(jié)構(gòu)鋼前綴符號Q

12、（屈）。第二部分（必要時）：鋼的質(zhì)量等級，用英文字母A、B、C、D、E、F表示。第三部分（必要時）：鋼的脫氧方式表示符號，即沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（Z）、鎮(zhèn)靜鋼（b）和特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的表示符號可以省略。第四部分（必要時）：產(chǎn)品用途、特性和工藝方法的表示符號。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：第一部分：以兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示含碳量（萬分之）。第二部分（必要時）：較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，加錳元素符號Mn。第三部分（必要時）：鋼材冶金質(zhì)量。高級優(yōu)質(zhì)鋼（A）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（E）。第四部分（必要時）：脫氧方式表示符號。第五部分（必要時）：產(chǎn)品用途、特性和工藝方法的表示符號。碳素工具鋼：第一部分：

13、T+碳含量（千分之）。第二部分（必要時）：較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，加錳元素符號Mn。第三部分（必要時）：鋼材冶金質(zhì)量。高級優(yōu)質(zhì)鋼（A）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（E）。鑄鋼：（1） 用強(qiáng)度表示：ZG（鑄鋼）后面加兩組數(shù)字表示力學(xué)性能，第一組表示屈服強(qiáng)度最低值，第二組表示抗拉強(qiáng)度最低值，用“-”相連。例如：ZG200-400（2） 用化學(xué)成分表示：ZG后面用一組數(shù)字表示鑄鋼的名義含碳量（萬分之）含碳量大于1%不標(biāo)注，含碳量小于0.1%，標(biāo)注第一位數(shù)字為0。例如：ZG25鑄鐵的石墨化程度與組織之間的關(guān)系石墨化進(jìn)行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化完全進(jìn)行完全進(jìn)行+G灰口鑄鐵部分進(jìn)行+P+

14、G未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行未進(jìn)行Ld+P+G麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行Ld白口鑄鐵鑄鐵的牌號：第一部分：鑄鐵的代號由表示該特征的漢語拼音的第一個大寫字母組成當(dāng)兩種鑄鐵名稱代號相同時，可加小寫字母區(qū)別。例如：HT（灰鐵）QT（球鐵）RuT（蠕鐵）。第二部分：元素符號、名義含量、力學(xué)性能。（1） 以化學(xué)成分表示：合金元素符號及名義含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）排列在鑄鐵代號之后，按含量遞減，含量相同時，按元素符號字母順序排序。（2） 力學(xué)性能值排在鑄鐵代號之后。牌號中有合金元素時，抗拉強(qiáng)度值排在元素符號及含量之后，以“-”隔開。牌號后有一組數(shù)字時表示抗拉強(qiáng)度值（MPa），有兩組數(shù)字時，第一組表示抗拉強(qiáng)度，第二組表示伸長率

15、（%），并用“-”隔開。單晶體的塑性變形方式主要有：滑移與孿生。加工硬化：也稱形變硬化。即隨著變形量的增大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高而塑性和韌性明顯下降。變形金屬加熱時的組織和性能的變化隨著溫度的不同大致分三個階段：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大。冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形之中產(chǎn)生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并通過逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代全部變形組織，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，該過程稱為再結(jié)晶?；貜?fù)階段：在加熱溫度較低時，僅因金屬中的一點(diǎn)點(diǎn)缺陷和位錯的遷移而引起的某些晶內(nèi)的變化，而變形金屬的顯微組織基本上沒有發(fā)生變化，其晶粒仍保持纖維狀或扁平狀變形組織。再結(jié)晶

16、階段：當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度，具有較高的原子活動能力時，其晶粒的外形便開始發(fā)生變化，從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。晶粒長大階段：再結(jié)晶完成后，若再繼續(xù)升高加熱溫度或過分地延長加熱時間，金屬的晶粒便會繼續(xù)長大。問：為什么室溫下金屬的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越低，塑性、韌性越好？答：金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積便愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對塑性變形的抗力也便愈大，其強(qiáng)度也就愈高。晶粒愈細(xì)，金屬的單位體積中的晶粒數(shù)便愈多，變形時同樣的變形量可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而，斷裂前可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的

17、沖擊載荷抗力。所以，金屬的晶粒越細(xì)，其塑性、韌性越好。問：什么是加工硬化？加工硬化有什么意義？答：加工硬化也稱形變硬化。即隨著變形量的增大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高而塑性和韌性明顯下降。加工硬化的意義：（1）加工硬化是一種非常重要的強(qiáng)化手段，可用來提高金屬的強(qiáng)度；（2）加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形；（3）加工硬化可保證金屬零件和構(gòu)件的工作安全性。問：鋼在奧氏體區(qū)鍛造會不會發(fā)生加工硬化？為什么？答：不會發(fā)生加工硬化。鋼的再結(jié)晶溫度在500650之間，鋼在奧氏體區(qū)的溫度高于其再結(jié)晶溫度，所以不會產(chǎn)生加工硬化。鋼熱處理是將鋼加熱到一定溫度,保溫一段時間,并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,以改變鋼的內(nèi)部或表面組織

18、,從而獲得所需材料性能的工藝方法。共析碳鋼在加熱過程中組織轉(zhuǎn)變，珠光體將轉(zhuǎn)變成奧氏體，轉(zhuǎn)變過程包括奧氏體晶核的形成奧氏體晶核的長大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化四個過程。兩個圖：共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P103 7-5）、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用（P111 7-18）。過冷奧氏體在A1550溫度范圍內(nèi)，將分解為珠光體類型組織。大致是在A1650溫度范圍形成珠光體、650600溫度范圍形成索氏體、600550溫度范圍形成屈氏體。珠光體、索氏體、屈氏體三者均屬層片狀的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，其差別僅在于粗細(xì)不同。即索氏體是過冷奧氏體在650600溫度范圍形

19、成的層片狀的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。屈氏體是過冷奧氏體在600550溫度范圍形成的層片狀的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體。問：什么是退火？什么是正火？什么是淬火？答：退火是鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋?jīng)過一定時間保溫后緩慢冷卻，以達(dá)到改善組織、提高加工性能的一種熱處理工藝。正火是將鋼加熱到Ac3或Acm以上3050，保溫一定時間，然后在空氣中冷卻以獲得珠光體類組織的一種熱處理工藝。淬火：將鋼加熱到Ac3亞共析鋼或Ac1（共析鋼、過共析鋼）以上3050，經(jīng)保溫后，快速冷卻獲得馬氏體的熱處理操作。問：下列說法是否正確？為什么？（1） 馬氏體是硬而脆的相。（不對。馬氏體硬度高，而低碳板條狀馬氏體的韌性塑性非常好。所以馬氏體是硬而脆的相的判斷是錯誤的。滲碳體是硬而脆的