工程材料学复习知识点知识点

1工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料（Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，H，O，N，S，Cl，F，Si三大类：塑料（低分子量）：聚丙稀树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂橡胶（高分子量）：天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。陶瓷：结构陶瓷Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷铁电压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起能力第二章（详见课本）密排面密排方向fcc{111}110bcc{110}111体心立方bcc2面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。线缺陷：在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错（Dislocation）形式：刃型位错螺型位错混合型位错位错线附近的晶格有相应的畸变，有高于理想晶体的能量；位错线附近异类原子浓度高于平均水平；位错在晶体中可以发生移动，是材料塑性变形基本原因之一；位错与异类原子的作用，位错之间的相互作用，对材料的力学性能有明显的影响。面缺陷：在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。形式：晶界面亚晶界面相界面第三章过冷：一般地，熔体自然冷却时，随时间延长，温度不断降低，但当冷却到某一温度Tn时，开始结晶，此时随着时间的延长，出现一个温度平台，这一平台温度通常要低于理想的结晶温度T0，这样在低于理想结晶温度以下才能发生结晶的现象——过冷。过冷度：实际结晶温度Tn与理想结晶温度T0之差＝T0－Tn称为过冷度。过冷度的大小随冷却速度的增加而增加3过冷度愈大，ΔG愈大，结晶驱动力愈大结晶过程：形核：符合能量条件和结构条件的短程有序集团(尺寸达到临界尺寸）将成为结晶核心。长大：金属液体中的晶核一旦形成，由于系统自由能降低，晶核将迅速长大直到液体全部消失形核率(N)：单位时间在单位母体（液体）的体积内晶核的形成数目称为形核率。一般合金相图是在常压下（P＝1atm）获得的，所以对于一个合金体系描述相图的参数有三个：成分，温度，相。即相只与温度和成分相关。若以成分（C）为横坐标，T为纵坐标，那么坐标系任一点即表示某一成分合金在某一温度下对应的相.匀晶相图杠杆定律：设mL和分别为两相的质量，它们满足以下杠杆定律：共晶反应：在某一温度下，从液体中同时析出两种固溶体。即：L→α+β47条线：AE、BE为液相线，温度在液相线上，为单一液态；AC、BD为固相线，温度在此以下为单一固溶体；CED：共晶反应线，对应L→α+β；CG、DH为α，β固溶体的溶解度变化线，即：α，β固溶体的溶解度随温度变化而发生变化的曲线。6个相区：3个单相区：L、、3个两相区：L+,L+、+注：两个单相区由一个双相区分隔(相律）1个点：E：共晶成分点，液体温度最低点。成分在E点以左，为亚共晶（成分在CE范围）成分在E点以右，为过共晶（成分在ED范围）包晶反应：两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，并且发生包晶转变：L+。Ac和bc为两液相线，与其对应的ad和bp为两固相线；Df和pg固溶体α、β的溶解度随温度变化线；dpc为包晶转变线。相图含三个单相区L、α、β；三个双相区L＋α、L＋β、α＋β；一个三相区L＋α＋β，水平线dpc为包晶反应线，P点为包晶点，对应包晶反应：L+。共析反应：特点：（1）固态反应。（2）类似于共晶反应。（3）共析反应：＋（4）、为交替的片层结构。（5）、的相对含量符合杠杆定律。稳定化合物（金属间化合物）在相图中的形式：稳定化合物在相图中表现为一直线，可将其视为独立组元，并以其为界将相图分开进行分析。5第四章纯铁：α-Fe在770℃（居里温度）发生由铁磁性转变为顺磁性，即铁磁性消失。工业纯铁的力学性能特点是：强度、硬度低，塑性、韧性好C在钢铁中存在的三种形式：溶入Fe的晶格形成固溶体（间隙固溶体）－钢以游离石墨存在于钢铁中－铸铁。与铁成金属间化合物如Fe3C,Fe2C,FeC）－金属间化合物石墨性能：耐高温，可导电，润滑性好，强度、硬度、塑性和韧性低。实线为Fe－Fe3C相图虚线为Fe－C相图α相C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为F(Ferrite)。α=Fγ相C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为A(Austenite)。γ=Aδ相C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不易观察，也有称高温铁素体。6Fe3C相铁与碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm(Cementite)。石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。L相碳在高温下熔入液体，相图中标记L(Liquid)。这是一包晶反应(1495C)，发生在高温，并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化。共晶反应(1148C)，产物共晶体组织称为莱氏体，记为Ld(Ledeburite)共析反应(727C)，产物为F、Fe3C两相层片交替分布的共析体组织,称为珠光体，记为P(Pearlite)7（1）ABCD―液相线（2）AHJECF―固相线（3）HJB―包晶反应线(1495C)LB+HAJ（4）ECF―共晶反应线(1148C)LCAE+Fe3CI(称为莱氏体)（5）PSK―共析反应线(727C)AsFp+Fe3C(称为珠光体)（6）ACM线（ES线）―从奥氏体析出Fe3CⅡ的临界温度线（7）A3线（GS线）―从奥氏体转变为铁素体线五个单相区：液相区L高温固溶体；相（奥氏体，A)；相（铁素体，F)Fe3C相（渗碳体，Cm）七个双相区：L＋，L＋，L＋Fe3C，＋，＋Fe3C，＋；＋Fe3C三个三相区：HJB线L＋＋；ECK线L＋＋Fe3C；PSK线＋＋Fe3C工业纯铁(C%0.02%)碳钢）依据C含量不同，又分为：亚共析钢：C0.77wt%共析钢：C=0.77wt%过共析钢：C0.77wt%白口铸铁(生铁）（）依据C含量不同，又分为：亚共晶白口铸铁C4.3wt%共晶白口铸铁C=4.3wt%过共晶白口铸铁C4.3wt%灰口铸铁（）亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁工业纯铁(C%0.02%)：组织：F相：(F)共析钢(C%≈0.77%)：组织：P相：(F)＋Fe3C亚共析钢：组织：F＋P相：(F)＋Fe3C组织转变：L→L+A→A→F+A→F+P过共析钢：组织：P＋Fe3CII相；(F)＋Fe3C组织转变：L→L＋A→A→A＋Fe3CII→P＋Fe3CII共晶白口铁(C%≈4.3%)：组织：L’d相：(F)＋Fe3C组织转变LLd（A+Fe3CI)A+Fe3CII+Fe3CI(P+Fe3CI（Fe3CⅡ)）亚共晶白口铁(C%=2.114.3%)：组织：P＋Fe3CII＋L’d相：(F)＋Fe3C组织转变LL＋AA＋LdA＋Fe3CII＋LdP＋Fe3CII＋L’d过共晶白口铁(C%=4.36.69%)：组织：Fe3CI＋L’d相：(F)＋Fe3C组织转变L→L+Fe3CI→Fe3CI+Ld→Fe3CI+L’d891、各组成相的力学性质：F：软，塑Fe3C：硬，脆P（F+Fe3C）：介入二者之间2、C对性能的影响：随C含量增加，硬度持续增加δ,ψ持续下降σb先增加（C2.11％）后下降（由于网状Fe3CⅡ的出现）按含碳量分：低碳钢WC0.25％中碳钢0.25％WC0.6％高碳钢WC0.6％按用途分：碳素结构钢（建筑材料,如桥梁,房屋，机器零件等）碳素工具钢（刀具，模具等）根据P，S含量的多少普通碳素钢WP0.045％WS0.055％优质碳素钢WP0.040％WS0.040％高级优质碳素钢WP0.035％WS0.030％根据含氧量：沸腾钢镇定钢Q275AF普通碳素结构钢（Q：屈服数字为强度值A为等级F为沸腾钢）特点：这一钢种仅关心材料的力学性能，不考察其成分，大多为轧制的型材(钢板、圆、管、角)。用途：合适的强度，一定的塑性和韧性，价格较低，大量用于普通简单结构零件。如：桥梁，建筑。优质碳素结构钢（数字表示钢中C的含量(万分之几)F表示沸腾钢）特点：这类钢种要求保证C含量。用途：优质碳素结构钢主要用来制造机器零件。一般都要热处理以提高其力学性能。随着C含量的增加，材料的强度和硬度愈高，塑性相应会降低。T12A碳素工具钢（“T”表示“碳”数字表示含碳量(千分之几)全部为优质钢，后缀A为高级优质钢）特点：过共析钢，组织为：颗粒状的碳化物＋球化珠光体（经球化退火），可以直接进行机械加工。用途：碳素工具钢的硬度高、变形量小，适合用于量具，刃具，模具。工业铸铁是指Wc2.11wt％的Fe-C合金为铸铁。当C以Fe3C相似存在：白口铸铁当C以石墨形式存在：灰口铸铁铸铁性质：铸造，切削加工，减震性较好。强度，塑性，韧性低石墨化过程：第一阶段高温石墨化温度:1154℃，从液体中直接析出初生或共晶石墨。共晶反应：LCAE’＋GI组织：（奥氏体＋石墨）的共晶体。第二阶段中温石墨化温度：1154～738℃之间，从奥氏体中析出石墨，称为二次石墨GII过饱和析出反应：AA＋GII组织：A＋GII第三阶段低温石墨化温度：738℃，奥氏体发生共析反应析出石墨，称为三次石墨GIII。共析反应：ASFp＋GIII。组织：(铁素体＋石墨)共析体注：这一阶段析出的石墨往往在前两阶段出现的石墨基础上长大。10按铸铁中石墨的形状分：普通灰铸铁（片状）球墨铸铁（球状）可锻铸铁（团絮状）蠕墨铸铁（蠕虫状）等铸铁性能：1．抗拉强度低、塑性韧性差石墨相当于孔或裂缝，明显降低了材料的力学性能。球状石墨对基体的破坏作用相对较小，故球墨铸铁的力性接近低碳钢，且可以用热处理改善基体组织，提高性能。2。铸造性能好。3。耐磨性好。4。消震性好。5。切削加工性能好。6。缺口敏感性低。普通灰铸铁：如HT150,HT200,HT250……牌号：HTxxx，HT表示灰铁，三个数字表示最低抗拉强度，单位MPa。用途：用于要求消震、耐磨，如机床床身、汽缸、箱体、活塞等。热处理：只进行去应力退火。球墨铸铁：如QT400-15,QT500-05,QT600-03……牌号：QTxxx-xx,数字表示最低抗拉强度和伸长率，单位MPa和%。用途：用于一般机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等。热处理：可通过热处理改善基体组织和性能。可锻铸铁蠕墨铸铁