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材料的性能力学性能:材料受外力作用时所表现的性能(机械性能)应力应变曲线.A΄:比例极限,A:弹性极限,C:屈服强度,D:强度极限,E:断裂点.弹性模量E为OA段斜率强度:材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力.屈服强度:发生塑形变形而力不增加的应力，反应材料抵抗永久变形的能力,常用塑性延伸率为0.2%时的应力作为规定塑性延伸强度.塑性:材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力，指标为断后伸长率A和断面收缩率Z,A与Z值越大，塑性越好，AZ无颈缩,脆性材料.反之为塑性材料.硬度:材料抵抗局部塑性变形的能力,布氏硬度HBW:[600HBW1/30/20:直径1mm的硬质合金球在294.2N试验力下保持20s测定的布氏硬度值为600]测量误差小,数据稳定,压痕大,不能用于太薄件,成品件及硬度大于650HBW的材料,可用于硬度较低的退火钢,正火钢,调质钢,铸铁及有色金属的原料与半成品的硬度测量(强度与布氏硬度有比例关系)洛氏硬度HR:(ABC标尺)(S钢球压头)(W硬质合金球压头).操作简便,压痕小,适用范围广,可用于成品件的检测,测量结果分散度大,重复性差各标尺的洛氏硬度值不能相互比较.维氏硬度HV:[640HV30/20:在294.2N下保持20s(10-15不标注)测量的维氏硬度值为640]保留了布氏和洛氏的优点,既可以测量由极软到极硬材料的硬度,又能互相比较.既可以测量大块材料,表面硬化层的硬度,又可以测量金相组织中不同相的硬度,需要在显微镜下测量压痕尺寸,操作不如洛氏硬度法简便.冲击韧性:冲击载荷作用下,抵抗破坏的能力,随温度下降而下降.疲劳:交变载荷的作用下在远低于屈服强度的应力下的情况下发生的断裂,疲劳极限:材料经无数次应力循环后仍不发生断裂时的最大应力幅值.断裂韧性:不发生裂纹失稳扩展,材料发生断裂的最大裂纹扩展阻力.材料的结构金属离子通过正离子和自由电子之间的引力而相互结合,这种结合键称为金属键.晶体:原子在三维空间呈规则排列的固体,(金属,食盐,单晶硅)非晶体:原子在三维空间呈无序排列的固体(玻璃,石蜡,松香)晶体长程有序,非晶体短程有序,长程无序.晶体与非晶体可以相互转化,晶格:用假想的直线将原子结点连接起来的三维空间格架.晶胞:晶格中选取的一个能代表晶体原子排列规律的最小几何单元.晶面指数:截距为0.5,0.5,1的晶面指数为(221)晶向指数:过原点某晶向上一点坐标为1,1.5,2晶向指数为[234]立方晶系中指数相同的晶面和晶向互相垂直,体心立方晶格:原子半径:体对角线的一半r=√34𝑎原子数:n=8*1/8+1=2配位数:8致密度:k=n∗43𝜋𝑟3/𝑎3=0.68(a为晶格常数)密排面:{110}6密排方向:1114(α-Fe,Cr,W,Mo,V,Nb,β-Ti,Ta)面心立方晶格:原子半径:原子间距的一半r=√24𝑎原子数:n=8*1/8+6*1/2=4配位数:12致密度:k=0.74密排面:{111}4.密排方向:1106(γ-Fe,Ni,Al,Cu,Pb,Au,Ag)密排六方:原子半径:底面边长的一半r=0.5a原子数:n=12*1/6+2*1/2+3=6配位数:12致密度:k=0.74密排面:六方底面1;密排方向:底面对角线3(α-Ti,Mg,Zn,Be,Cd)晶体缺陷:点:空间三维尺寸都很小的缺陷.空位,间隙原子,置换原子(小置大，大置小),晶格畸变引起性能变化,电阻率增加,强度硬度升高，塑性韧性下降.线:晶体中的位错,螺旋\刃型位错,减少或增加位错密度都可以提高金属的强度.面:一维尺寸很小,另两维尺寸很大的缺陷,包括晶界和亚晶界,晶界对运动的位错有阻碍作用,是金属的强化部位,晶粒越细,晶界面积越大,金属强度越高,金属材料力求获得细晶粒晶界还是固态相变的优先形核部位.合金:指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质.相:金属或合金中,凡成分相近,结构相同,并与其他部分有界面分开的均匀组成部分.根据结构不同,可将合金中的相分为固溶体和金属化合物固溶体:合金中晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相.固溶体中,与合金晶体结构相同的元素成为溶剂,其他元素为溶质.根据溶质原子在晶格中所处的位置不同,分为置换固溶体,间隙固溶体(间隙固溶体都是无序/有限固溶体).固溶体的溶解度:溶质原子在固溶体重点极限浓度,分为有限固溶体,无限~.合金不一定是单相,固溶体一定是单相.固溶强化:随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加,塑性,韧性下降.原因是溶质原子使溶剂晶格发生畸变及对位错的钉扎作用,阻碍了位错的运动.与纯金属相比,固溶体的强度,硬度高,塑性韧性低,但与金属化合物相比,硬度低得多,塑性韧性高得多.金属化合物:合金中晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相,具有高熔点,高硬度,较大脆性.合金中出现金属化合物时,强度,硬度,耐磨性提高,塑性下降.渗碳体的晶体结构:复杂斜方晶格化学式与碳原子个数比1:3.材料的凝固结晶:形成晶体,突出的特点为材料性能发生突变.结晶的充要条件:足够的自由能差和过冷度.结晶只有在理论结晶温度T0下才能发生.过冷:液态金属实际冷却到结晶温度下而暂不结晶的现象.过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差.冷却速度越大,过冷度越大,结晶越容易进行.液体和晶体的自由能随温度升高而降低,且液体自由能下降更快.纯金属结晶是恒温过程.结晶的基本过程:晶核形成和晶核长大(均匀/树枝状长大)同时进行.冷却到理论结晶温度T0以下,晶胚长大,能够继续长大的晶胚成为晶核,晶核最终长为晶粒,两晶粒接触后形成晶界,金属结晶时冷却速度较大.晶核形成方式:自发形核(均匀形核)与非自发形核(非均匀形核)。实际结晶中同时存在,但以非自发形核方式发生结晶更为普遍.晶核长大方式:均匀长大与树枝状长大.过冷度很小时结晶以均匀长大方式进行,实际金属结晶时冷却速度较大,主要以树枝状长大方式进行,这是由于晶核棱角处散热条件好,生长快,先形成枝干,然后枝干间被填充.组元:相图中,组成合金的最简单,最基本,能够独立存在的物质.同素异构转变:物质在固态下,晶格类型会随温度变化而发生变化.铁的同素异构转变:δ-Fe1394℃→γ-Fe912℃→α-Fe(体心立方→面心立方→体心立方)固态转变:又称二次结晶或重结晶①形核一般在某些特定部位发生,因为这些结构或与新相结构相近,或原子扩散容易②固态转变的过冷倾向大,固态相变组织通常要比结晶组织细③往往伴随体积变化,易产生很大内应力,让材料变形或开裂.匀晶转变(匀晶反应)从液相中结晶出单一固相的转变.为变温转变.随温度降低,固溶体溶解度下降.在相图中,除水平线和垂直线外其他相线都是成分随温度的变化线.杠杆定律:合金在某温度下两平衡相的质量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比.杠杆的支点是合金的成分,端点是所求两平衡相的成分.(只适用于两相区)枝晶偏析:一个枝晶范围内或一个晶粒范围内,成分不均匀的现象.枝晶偏析的大小:①与冷速有关.冷速越大,偏析越严重②与给定成分的液,固相线间距有关.间距越大,偏析越严重.枝晶偏析影响合金的性能.消除枝晶偏析:扩散退火(均匀化退火).共晶相图:两组元在液态下完全互溶,在固态下有限互溶并在共晶反应时所构成的相图.常见三相等温水平线上的反应:共晶反应:一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不同的新固体的转变(L=α+β)(液生固)在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的称为亚共晶合金,以右的称为过共晶合金,共晶线是一个三项区.共晶合金的结晶过程:两相相间形核,互相促进,共同长大，共晶组织较细,呈片针棒或点球等形状.包晶反应:一定温度，一定成分的液相包着一定成分固相,反应生成另一一定成分新固相的反应(L+α=β)共析反应:一定温度,一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应(γ=α+β)(固生固)共析转变也是固态相变,由于固态转变过冷度大,因此其组织比共晶组织细,相图与合金性能之间的关系:组织为固溶体的合金,随溶质元素含量的增加,产生固溶强化.如果是无限互溶的合金,则在溶质含量为50%附近强度和硬度最高,共晶合金的结晶温度低,流动性好,分散缩孔小,偏析倾向小,因而铸造性能最好.铸造合金多选用共晶合金.固溶体合金固相线间隔大,偏析倾向大,结晶时树枝晶发达,流动性降低,补缩能力下降,分散缩孔增加,铸造性能较差.相之间的差别主要体现在结构和成分上,组织组成物的差别主要体现在形态上.铁碳合金是碳钢(含碳量0.0218%~2.11)和铸铁(大于2.11%)的统称.铁素体(F或α）:碳在α-Fe中的固溶体,铁素体为体心立方晶格.其溶碳能力很低.727℃含碳量最高0.0218%.室温下0.0008%.强度硬度低,塑性韧性好,δ-铁素体(δ):高温铁素体,碳在δ-Fe中的固溶体,体心立方晶格,1495℃含碳量最高0.09%.奥氏体(A或γ):碳在γ-Fe中的固溶体,面心立方晶格,溶碳能力比铁素体高,1148℃含碳量最高2.11%,强度低,塑性好.渗碳体(Fe3C或Cm):铁和碳的间隙化合物,含碳量6.69%,硬度很高,塑\韧性为零.从奥氏体中析出的渗碳体,称为二次渗碳体,从铁素体中析出为三次渗碳体(铁素合金中根据形成条件不同可分为一次,二次,三次,共析,共晶渗碳体,它们分别属于不同组织组成物,区别仅在于形态,分布不同,但都属于一个相)A纯铁熔点H碳在δ-Fe中最大溶解度B包晶反应时液相成分J包晶点C共晶点K渗碳体D渗碳体熔点N同素异构转变点E碳在γ-Fe中最大溶解度P碳在α-Fe中最大溶解度F渗碳体S共析点G同素异构转变点Q室温中碳α-Fe中溶解度铁碳合金有五个基本相液相L,高温铁素体相δ,铁素体相α,奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C,这5个基本相构成5个单相区,7个两相区,ABCD为液相线,AHJECF为固相线.铁碳相图有三条水平线(三相区):HJB为包晶线,发生包晶转变L0.53+δ0.09→γ0.17转变产物为奥氏体.ECF为共晶线,发生共晶转变L4.3→γ2.11+Fe3C转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物:莱氏体Le特征组织为蜂窝状,以Fe3C为基,性能硬而脆.PSK为共析线,发生共析转变γ0.77→α0.0218+Fe3C转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物:珠光体P组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间.铁碳相图有六条固态转变线:GSGP为γ⇌α固溶体转变线,HNJN为δ⇌γ固溶体转变线.ES为碳在γ-Fe中的固溶线.PQ线为碳在α-Fe中的固溶线.典型铁碳合金的平衡结晶过程:⑴工业纯铁(0.0218%)L→L+δ→δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ(相F+Fe3C)(Fe3CⅢ=0.0218-0.0008/6.69-0.0008=0.31)⑵共析钢(0.77%)L→L+A→A→A⇌P→P(相F+Fe3C)(F=6.69-0.77/6.69-0.0008=88.5)⑶0.45%C亚共析钢(0.0218-2.11%)L→L+δ→L+δ⇌A→A+L→A+F→A⇌P→P+F(相F+Fe3C)(P=0.45-0.0008/0.77-0.0008=58.4)(Fe3C=0.45-0.0008/6.69-0.0008=6.7)⑷过共析钢(0.77-2.11%)L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→A⇌P→P+Fe3CⅡ(相F+Fe3C)(1.2%:Fe3CⅡ=1.2-0.77/6.69-0.77=7.26)(2.11%:Fe3CⅡ=2.11-0.77/6.69-0.77=22.6)⑸共晶白口铸铁(4.3%)L→Le(γ+Fe3C)→Le΄(P+Fe3C)(相F+Fe3C)(F=6.69-4.3/6.69-0.0008=35.7)⑹3.0%C亚共晶白口铸铁(2.11-4.3%)L→L+A→L⇌Le→Le+A+Fe3CⅡ→Le΄+P+Fe3CⅡ(相F+Fe3C)(Le΄=Le=3.0-2.11/4.3-2.11=40.64)(Fe3CⅡ=(4.3-3.0/4.3-2.11)*(2.11-0.77/6.69-