機械工程材料總復習

機械工程材料總復習COLLEGEOFMATERIALSSCIENCE&ENGINEERINGMSE2005機械工程材料總復習2第一章材料的性能一、力學性能1、剛度——材料抵抗彈性變形的能力。指標：彈性模量E特點：非常穩(wěn)定2、強度——材料抵抗變形和破壞的能力。抗拉強度b—材料斷裂前承受的最大應力。屈服強度s—材料產(chǎn)生微量塑性變形時的應力33、塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標、?！?gt;5%的材料為韌性材料，其斷裂為韌性斷裂。4、硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標HB、HR、HV。5、沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標αk。6、斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴展的能力。指標KIC。4二、工藝性能切削加工性鍛造性能鑄造性能焊接性能熱處理性能切削加工性鋼材最適合切削加工的硬度范圍：HB170~230熱處理性能淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。低碳鋼采用正火，中高碳鋼采用退火調(diào)整硬度5第二章材料結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體：原子呈規(guī)則排列的固體。晶格：表示原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞：晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元。6二、純金屬的晶態(tài)結(jié)構(gòu)

Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常見金屬底面對角×3<110>×3<111>×2滑移方向六方底面×1{111}×4{110}×6滑移面0.740.740.68致密度12128配位數(shù)642原子個數(shù)原子半徑a、caa晶格常數(shù)密排六方面心立方體心立方7知識提示體心立方、面心立方和密排六方是金屬中最常見典型的晶體結(jié)構(gòu)。體心立方和面心立方金屬滑移系相等，當面心立方金屬的滑移方向多，因而塑性好。8三、實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、多晶體結(jié)構(gòu)由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒之間的界面為晶界。2、三類晶體缺陷（1）點缺陷：空位、間隙原子、置換原子（2）線缺陷：位錯（3）面缺陷：晶界和亞晶界晶界的特點：原子排列不規(guī)則；阻礙位錯運動；熔點低；耐蝕性低；產(chǎn)生內(nèi)吸附；是相變的優(yōu)先形核部位。9細晶強化——通過細化晶粒來提高強度、硬度和塑性、韌性的方法。金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。晶粒越細，單位體積內(nèi)同時參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻，在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強度和塑性同時增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好。10四、合金的晶體結(jié)構(gòu)合金——由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)；相——金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。合金中的相分為：固溶體和金屬化合物111、固溶體合金的組元（元素）互相溶解，形成的晶體結(jié)構(gòu)與某一組元相同，這種相稱為固溶體。間隙固溶體置換固溶體都是有限固溶體可形成無限固溶體鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體。奧氏體：碳在

-Fe中的固溶體。馬氏體：碳在

-Fe中的過飽和固溶體。12固溶強化隨溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強度和硬度升高。塑性、韌性降低的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溶質(zhì)原子使晶格畸變及對位錯的釘扎作用。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，并隨含碳量增加而提高。132、金屬化合物合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。①正常價化合物—符合正常原子價規(guī)律。②電子化合物—符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。③間隙化合物—a.簡單晶格結(jié)構(gòu)——間隙相：r非/r金0.59時形成，具有極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。b.復雜結(jié)構(gòu)化合物——當r非/r金>0.59時形成，如FeB、Fe3C、Cr23C6等。14——與純金屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低；——與金屬化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。強碳化物形成元素：Ti、Nb、V如TiC、VC中碳化物形成元素：W、Mo、Cr如Cr23C6弱碳化物形成元素：Mn、Fe如Fe3C性能比較強度：固溶體純金屬硬度：化合物

固溶體純金屬塑性：化合物

固溶體純金屬15第二章材料的凝固一、純金屬的結(jié)晶1、條件能量條件：體系自由能差ΔG<0。結(jié)晶條件：過冷過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差。2、結(jié)晶的基本過程形核——自發(fā)形核與非自發(fā)形核長大——均勻長大與樹枝狀長大非均勻形核——以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)或容器壁形核為核心。均勻形核——由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核。163、純金屬中的固態(tài)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度而發(fā)生變化的現(xiàn)象。固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點：①形核部位特殊；②過冷傾向大;③伴隨著體積變化。17二、合金的結(jié)晶1、重要概念相圖——是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡明圖解，又稱狀態(tài)圖或平衡圖。組元——相圖中，組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。枝晶偏析——由于冷卻速度快，造成在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象。182、鐵碳合金相圖能畫出鐵碳合金相圖，標注各個相區(qū)及特殊成分點，并可利用杠桿定律計算的鐵碳合金室溫下各種相組成物的相對質(zhì)量。鐵碳合金（鋼、鐵）室溫平衡狀態(tài)下的組織組成物，含碳量對力學性能的影響。19三、晶粒大小及控制1、晶粒度表示晶粒大小的一種尺度，可用晶粒的平均面積或平均直徑來表示。標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細。2、控制晶粒度的方法⑴控制過冷度；⑵變質(zhì)處理；（3）振動、攪拌向液態(tài)金屬內(nèi)加入非均勻形核物質(zhì)從而細化晶粒的方法為變質(zhì)處理。加入的非均勻形核物質(zhì)叫變質(zhì)劑。20第四章金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、金屬塑性變形方式1、滑移晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。——滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的，是主要的變形方式。2、孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變?！牧想y以發(fā)生滑移時，才以孿生方式變形。21二、多晶體金屬的塑性變形1、變形特點多晶體的變形是許多單晶體變形的綜合作用的結(jié)果。多晶體內(nèi)單晶體的變形仍是以滑移和孿生兩種方式進行。晶粒是通過晶界結(jié)合在一起的，晶粒的位向和晶界對變形有很大的影響。222、變形過程總結(jié)多晶體的塑性變形，是在各晶?；ハ嘤绊?，互相制約的條件下，從少量晶粒開始，分批進行，逐步擴大到其它晶粒，從不均勻的變形（微觀）逐步發(fā)展到均勻的變形（宏觀）。233、金屬化合物形態(tài)碳化物在晶界呈網(wǎng)狀分布——對合金的強度和塑性不利；碳化物在晶內(nèi)呈片狀分布——提高強度、硬度，降低塑、韌性；在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布——合金的強度、硬度升高，塑性、韌性略有下降（彌散強化）24三、塑性變形對組織和性能的影響1、對組織結(jié)構(gòu)影響——晶粒拉長、壓扁、破碎甚至呈纖維狀?！纬尚巫兛棙?gòu)2、對性能的影響——加工硬化和殘余應力隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。原因：4條原因25四、回復與再結(jié)晶回復——再結(jié)晶——晶粒長大影響因素再結(jié)晶溫度的因素熱加工與冷加工的區(qū)分2