工程材料总结

1《工程材料学》总结2011-05-14第一部分：晶体结构与塑性变形一、三种典型的金属晶体结构1．bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。2．立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。3．晶向族〈…〉/晶面族{…}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。4．bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。密排面密排方向fcc{111}110bcc{110}111二、晶体缺陷1．点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。如：位错是线缺陷，晶界（包括亚晶界）是面缺陷三、塑性变形与再结晶1．滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。2．滑移系=滑移面+其上的一个滑移方向。滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。3．强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。24．冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。性能变化：回复：不引起硬度大的变化；再结晶：硬度大幅度降低（晶格类型有何变化？）5．冷、热加工的概念冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。6．热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。第二部分：金属与合金的结晶与相图一、纯金属的结晶1．为什么结晶必须要过冷度？2．结晶是晶核形成和晶核长大的过程。3．细化晶粒有哪些主要方法？（三种方法）二、二元合金的相结构与相图1．固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、Fe3C、A、F、P、L’d、S、T、B上、B下、M片、M条？）2．匀晶相图①在两相区内结晶时两相的成分、相对量怎样变化？②熟练掌握用杠杆定律计算的步骤：⑴将所求材料一分为二，⑵注意杠杆的位置和长度，⑶正确列出关系式。3．共晶（析）相图①熟悉共晶（析）相图的基本形式（水平线、一变二）。②会区分共晶（析）体、先共晶（析）相、次生相（二次相）。注意：共晶成分与共晶反应成分范围的区别共晶成分具有最好的铸造性能3③会在相图中填写组织组成物（或相组成物），掌握不同合金在室温时的平衡组织,会熟练应用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量（重点）。包析三、Fe-Fe3C相图（重点）1.默绘相图并牢记共晶转变和共析转变的温度与各相成分。（亚/过共析钢，亚/过共晶白口铸铁；各自性能特点，成分范围）2.掌握各类合金平衡结晶过程与室温时的平衡组织，会画符合要求的平衡组织示意图：①各组织组成物的形态，②在相图上标注各组织组成物。3.会用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。第三部分：各类材料与钢铁热处理（重点）一、各类材料的牌号、热处理和用途1．会根据牌号确定钢的化学成分（碳及合金元素的含量范围）。①结构钢钢号特征：前二位数字(万分比)普通碳素结构钢（如Q235等）、普通低合金钢（如Q295等）包括：⑴工程构件用钢：含碳量小于0.20%。热处理：热轧空冷后(相当于正火)直接使用⑵机器零件用钢：按含碳量区分，由低到高是渗碳钢(0.10-0.25%)(碳素钢：15,20,合金钢：20Cr,20CrMnTi,20CrMnMo,18Cr2Ni4WA)热处理：表面渗碳＋淬火＋低温回火组织：外表面，中部，心部用途：齿轮调质钢(0.35-0.50%)(碳素钢：40,45;合金钢：40Cr,35CrMo,40CrNiMo)、热处理：调质处理，即淬火＋高温回火组织：S回用途：轴，4弹簧钢(0.50-0.90%)(碳素钢：0.6-0.9%,70,)(合金钢：0.5-0.7%,65Mn(小),55Si2Mn，60Si2Mn（中）,50CrVA（大）)热处理：（热成型）淬火+中温回火，组织：T回（冷成型）A化，然后在500-550℃等温，组织：索氏体用途：汽车板簧滚动轴承钢(约1.0%)（合金钢：GCr15,GCr15SiMn）热处理：淬火＋低温回火＋冷处理组织：M回+弥散碳化物用途：轴承②工具钢钢号特征：前一位或无数字（千分比）例如：碳素工具钢（T+数字，T：碳的汉语拼音，数字：C含量千分比），合金钢：如高速钢包括：⑴刃具用钢：碳素工具钢：C:0.65-1.25%;T7(A)－T12(A)热处理：水（油淬）＋低温回火低合金刃具钢：C=0.75-1.25%,8MnSi,9SiCr热处理：油淬＋低温回火高速钢：C:0.7-1.9%,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2（C1.0％）热处理：高温（油）淬火＋多次高温回火⑵模具用钢：冷作模具钢：C量大于0.90%的工具钢，如:T10A，Cr12MoV，9Mn2V热处理：低淬低回，or高淬高回（热处理工艺路线及特点）热作模具钢:C:0.30-0.60%的工具钢,如：3Cr2W8V，5CrNiMo5热处理：淬火＋高温回火⑶量具用钢：C:0.9-1.5%,碳素工具钢:T10A,T12A热处理：水（油淬）＋低温回火低合金工具钢：9SiCr,GCr15,热处理：淬火（油）＋冷处理＋低温回火③不锈钢钢：Cr含量≥13%,如：1Cr18Ni9Ti（A型），3Cr13（M型），1Cr17（F型），A型不锈钢热处理工艺：固溶热处理2．钢的热处理工序及应用①预先热处理及作用：完全退火（用于亚共析钢，用于组织均匀化，Ac3+30C）球化退火（用于共析钢、过共析钢,Ac1+30C）正火（过共析钢中消除网状二次碳化物，低碳亚共析钢中代替完全退火,Ac3(ACcm)+30C）；作用：调整力学性能，便于加工钢铁加热及冷却时的相变温度Ac1，Ac3，ACcm；Ar1，Ar3，Arcm②最终热处理、作用及组织⑴一般：低温回火（用于刃具、冷模具等）淬火+中温回火（用于弹簧等）高温回火（即调质，用于轴类等）⑵特殊：构件用钢：不淬火，在热轧或正火（空冷）状态使用；渗碳钢：先渗碳，再淬火+低温回火。3．铸铁、有色金属材料的分类①要求掌握铸铁的分类并认识牌号（HT、QT、KT等）。②了解铸铁中石墨形态（几种形态？）对铸铁性能的影响。③要求认识铝合金、铜合金、钛合金的类型和强化途径。铝合金的强化：时效强化（变形铝合金）64．材料力学性能各指标的符号、名称。二、热处理原理1．钢加热到临界点（AC1/AC3/ACm）以上形成奥氏体，应控制加热温度和保温时间以避免晶粒长大。2．共析钢的TTT曲线示意图。3．熟悉P、S、T、B上、B下、M片、M条的获得及形态。所有相转变都包括形核与长大。4．M的性能：硬度决定于马氏体内含碳量，韧性决定于马氏体的粗细及形态。5．TTT曲线的应用：冷却方式画冷却曲线所得组织6．回火形成粒状组织M回、T回、S回（T回、S回与片状组织T、S无关）。三、热处理工艺1.会确定加热温度①退火、正火、淬火：碳钢：临界点（AC1/AC3/ACm）+30℃；合金钢原则相同，但温度较高。②回火：低温回火，中温回火，高温回火（用于淬火后的热处理）2.冷却方式与目的①退火—炉冷；②正火—空冷；③淬火—单液淬火，水淬油冷，分级淬火（减小内应力），等温淬火（获得B下）3．淬透性与淬硬性的区别淬透性：钢淬火获得M多少的能力，决定于C曲线左右的位置。淬硬性：钢淬火获得M的硬度高低，决定于M内的含碳量。故高碳钢的淬硬性好而淬透性不好，低碳合金钢的淬透性好而淬硬性不够（如20CrMnTi）。四、要求会定性分析合金元素在钢中主要作用的原因。①提高淬透性（主要取决于合金元素），②固溶强化，③弥散强化，④细化晶粒⑥所有合金元素都提高回火稳定性。7五、高速钢1．莱氏体钢的锻造：莱氏体钢内存在不均匀分布的粗大共晶碳化物，严重降低钢的性能，不能用热处理方法消除，必须进行反复多向的锻造击碎之，使之分布均匀，改善组织性能。高速钢及Cr12型钢都是莱氏体钢。2．为获得高速钢的红硬性，其热处理工艺应当：①高温淬火形成高碳高合金度的马氏体高温加热（W18Cr4V1280℃；W6Mo5Cr4V21220℃）使大量碳化物溶入奥氏体，形成高碳高合金度的奥氏体，经淬火形成高碳高合金度的马氏体+大量残余奥氏体+未溶碳化物，为二次硬化作准备。②560℃多次回火时发生二次硬化，原因是：⑴弥散强化，回火温度达500℃以上时，从马氏体内析出大量稳定的特殊合金碳化物，弥散分布，使硬度上升,至560℃硬度达到峰值。⑵二次硬化，在回火冷却时发生A，向M回转变，也使硬度上升。多次回火可继续降低残余奥氏体量，进一步提高硬度。最终组织：回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物六、典型零件的选材、热处理及工艺路线（综合应用）1、选材原则：力学性能；工艺性能；经济性；（轻型、高寿命）2．轴类零件:调质钢，如：40，40Cr等热处理：调质（即淬火+高温回火）。（S回）工艺路线及每步工艺的目的，组织结构弹簧零件：弹簧钢。如：60Si2Mn热处理：淬火+中温回火。(T回)机床齿轮：调质钢，如：40，40Cr热处理：调质表面淬火（高频）+低温回火。汽车、拖拉机变速箱齿轮：渗碳钢，如：20Cr或20CrMnTi热处理：渗碳+淬火+低温回火。82．一般工艺路线：锻（铸）造成形→预先（备）热处理→粗加工→最终热处理→精加工(每种工艺的作用)七、陶瓷材料与高分子材料1．陶瓷材料怎样分类，其制备的主要工序是什么？2．什么是陶瓷材料的晶体相、玻璃相、气相？3．陶瓷材料的键型：离子键、共价键4．什么是高分子材料的单体、链节，大分子链？4．什么是热塑性高聚物、热固性高聚物？它们与高分子材料大分子链的结构有何关系？6．高分子材料的三种态：玻璃态，高弹态，粘流态。7.塑料及其结构第四部分：金相实验技术了解制备金相试样的基本步骤及金相显微镜的基本使用方法。