[2021年考研]工程材料学考点归纳

1、工程材料学考点归纳填空题部分1.八大力学指标及量纲：弹性模量（E GPa）、抗拉强度（bMPa）、屈服强度（sMPa）、延伸率（%）、断面收缩率（%）、冲击韧度（akJ/cm2）、断裂韧度（KCMPa?m0.5或MN ?m-1.5）、硬度（H布氏无量纲 洛氏无量纲常用 维氏MPa）2.四大强化机制：固溶强化（点）：形成固溶体（间隙置换） 位错强化（线）：力口 工硬化，刃型，螺型 晶粒细化（面）：晶界，亚晶界 第二相强化（体）：沉淀硬化，弥 散强化3.材料五要素：成分、合成加工、结构、性质、使用效能（四要素：结构/成分，合成制备，效能，性质）4.组织内涵：相的种类、体积分数、形貌、尺寸、分布及界

2、面5.轻金属基本性能：Fe 7.8 1538 200GPa Al 2.7 660 70GPa Mg 1.7 649 Ti 4.5 16686.使用效能（对应力学性能）：变形（E、s、）、断裂（b、Kc）、磨损（H）、腐蚀、老化热导率强度R _7.热振性能公式热膨胀系数模量8.固溶体关键点：结合键一金属键，金属性质，导电、导热性和塑性，在合金中作为基体相，以确保合金具有良好的塑性及韧性。影响固溶度的因素主要有：晶体结构一相似相容；原子尺寸半径比；电负性；价电子浓度；9.中间相（金属间化合物）关键点：结合键一金属键与其它典型键（如离子键、共价键和分子键）相混合。分类：正常价化合物（电负性较强，离子

3、键+金属键）电子化合物（电子浓度，金属键）间隙化合物（受原子尺寸因素控制的中间相，原子半径尺寸小，共价键+金属键 钢中的主要强化相）10.固态相变：驱动力（体系自由能差）阻力（界面能、应变能）11.钢的型号：结构钢（Q235、工具钢（T10、低碳结构钢（成型性焊接性，低碳，不能热处理）渗碳钢（齿轮，面硬心韧，20Cr,20CrMnTi，回火马氏体，低温）调质钢（连杆曲轴，综合机械性，40Cr,40CrNiMo，回火索氏体，高温）弹簧钢（高强高硬，喷丸强化，65Mn,60Si2Mn， 回火屈氏体， 中温） 高速钢 （刃具， 高热硬性W18C4V）模具钢 （9Mn2V、不锈钢（低碳高铬，n/8规律

4、，1Cr13,1Cr17Ti,1Cr18Ni9Ti）12.不锈钢耐腐蚀机制：获得均匀的单向组织， 提高合金相的电极电位，表面形成致密的钝化膜。13.陶瓷材料组织结构：晶相（硅酸盐、氧化物，氮化物和碳化物，决定陶瓷性能），玻璃相（粘接，填充，降低烧结温度）气相（性能有害，提高绝热性、抗热振性）。14.常用陶瓷材料：刚玉a-AI2O3莫来石3AI2O3?2SiO2氮化硅Si3N4碳化硅SiC简答题部分1、三大材料内涵及性能特点(Fe)Composition (wt% C)LZJ6.70金属材料：钢、铸铁、有色金属及其合金；与陶瓷及高分子材料相比，密度更大些；强韧 性更好（可承受较大变形而不断裂），

5、延展性、金属光泽，易加工，广泛应用于结构件；导电导热；不透光；部分金属材料有磁性。Fe-1538 AI-660高分子材料：工程塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂；密度低；强度不高、塑性好，易加 工成型；不耐热，绝缘性好，耐腐蚀。陶瓷材料：普通陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷；强度高，硬而脆；导电导热性差；耐高温、耐腐蚀。AI2O3-2500 390GPa制粉、成型、烧结2、五大失效形式内容及对策畸变：在某种程度上减弱了零件规定功能实现的变化包括弹性、塑性、翘曲弹性畸变-提高高弹性模量塑性畸变-提高屈服强度断裂：含裂纹体承载达到临界值时，致使裂纹失稳扩展，最终产生破坏的现象。类型：超载断裂、疲劳断裂、持久

6、蠕变断裂、疲劳与蠕变交互作用断裂、应力腐蚀断裂-采用强度高、韧性好，疲劳强度高的材料磨损：相互接触的材料表面相对运动时， 表面不断发生损耗或产生塑性变形， 使材料表面状 态和尺寸改变的现象。 粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、冲刷磨损、腐蚀磨损-提高硬度、表面强化处理腐蚀：金属暴露于活性介质环境中发生的一种表面损耗，是金属与环境介质之间发生的化学和电化学作用的结果。均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。-采用耐蚀性高的材料、 表面处理老化：高分子材料在加工、 贮存和使用过程中，经受热、光照、潮湿等各种环境因素的影响， 使性能下降，最后丧失使用价值的现象称为老化。3、相和相图会画下图所有内容，

7、杠杆定律计算某成分下组织及相的百分比。（见材料科学基础）Compffiition (at% C)25002000150010006附：材科基第五章相图理论第四次课程作业答案第一题：（1）写出在1495C、1148C、727C发生的三相反应的反应式。（2）分析含碳量1.2 wt%和3.5 wt%的铁碳合金的平衡凝固过程及平衡组织，并画出冷却曲线（3）分别计算出上述两种合金中二次渗碳体和三次渗碳体（如果有）的含量。 解：（1）三相反应式分别为：L0.530.091493 CA0.17L4.31147 CA2.11(Fe3C)6.69根据Fe-Fe3C相图，回答下列问题:+二次渗碳体，如图所示:(F

8、e)Composition (wt% C)0.77727 CF0.02(Fe3C)6.69组织中二次渗碳体（由奥氏体中析出的渗碳体）的百分数为:1 2 0 77 W（Fe3C）II100% 2.26%6.690.77组织中三次渗碳体（由铁素体中析出的渗碳体）6.691.20.0218W（Fe3C）川%-6.690.02186.693.5 wt%的铁碳合金的平衡凝固过程为：的百分数为：6.693.56.69 2.11 0.0218W(Fe3C)川%0.085%6.692.11 6.69 0.776.694、塑性变形本质：单晶体：滑移（位错线在滑移面上沿着滑移方向的运动）孪生（在切应力作用下晶体的

9、一部分相对于另一部分沿孪生面和孪生方向发生切变的变形过程）扭折多晶体：晶粒取向差效应（相邻晶粒位向不同阻碍位错运动；相邻晶粒要协调变形，保持晶体连续性）晶界的作用（晶界处原子排列紊乱，阻碍位错的滑移，使变形抗力增大。位错在 晶界上塞集，产生应力场，阻止位错的运动，使变形抗力增大）。多相合金：两相合金中的一相是硬而脆的金属间化合物时，合金的塑性变形行为受到第二相的性质、数量、形状、尺寸、分布及界面的影响。5、 回复再结晶的定义及组织性能变化：（不发生相变）回复：加热过程中，变形金属在新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化过程。（保留原形貌）显微组织无明显变化，宏观残余应力全部或大部消除（位

10、错密度降低）。强度和硬度略有降低、塑性有所增高、电阻降低。再结晶：冷变形的金属加热到一定温度后，变形组织中产生了无畸变的新晶粒，而性能也恢复到变形前的状况的过程。（新晶核，产生新的等轴晶）加工硬化现象被消除，内应力全部消失，性能恢复到拉长变形以前的水平。6、钢中奥氏体形成：定义：钢中奥氏体是碳或各种化学元素溶入丫-Fe中所形成的固溶体FCC。形成机理：奥氏体形核、奥氏体晶核长大、剩余碳化物溶解、奥氏体成分均匀化转变动力学：碳的扩散需要时间较长。影响因素：加热温度 钢中碳含量 原始组织 合金元素（强碳化物形成元素Cr、V、Mo、W等降低碳在奥氏体中的扩散系数； 非碳化物形成元素Co、Ni等增大碳

11、在奥氏体中的扩散 系数；合金元素在奥氏体中分布不均匀，扩散系数很低，比碳低34个数量级更难均匀化合金钢的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。）的百分数为:0.268%LdFe3CIILdP Fe3C|LdPFe3CIILd碳量3.5wt%铁碳合金室温下的平衡组织为低温莱氏体组织中二次渗碳体（由奥氏体中析出的渗碳体）4.3 3.52.11 0.77 100%4.3 2.11 6.69 2.11wFe3C+珠光体+二次渗碳体。 的百分数为：8.3%组织中三次渗碳体（由铁素体中析出的渗碳体）晶粒长大及控制：加热温度升高，晶粒逐渐长大。温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大；奥氏体中碳含量增高，晶

12、粒长大倾向增大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍 晶粒长大。7、共析分解：相的尺寸不同：按层间距大小分为：珠光体（P）、索氏体（S）和屈氏体（T）（高温扩散性转变成平 衡组织，即铁素体不是过饱和的）过冷奥氏体中贫碳区（形成铁素体胚核）和富碳区（形成渗碳体胚核）是珠光体共析分解的一个必要条件。上贝氏体（B上）下贝氏体（B下）（中温转变，铁素体过饱和，铁难扩散，碳的扩散能力 下降）始态：平衡珠光体共析钢 终态：珠光体（650-727）、索氏体（600-650）屈氏体（550-600）上贝氏 体（350-550）下贝氏

13、体（230-350）8、马氏体相变强化机理特征：无扩散性、亚结构（高密度位错或细微孪晶）、表面浮凸和形状改变、存在残余奥氏体（高密度位错等晶体缺陷（协作形变）导致相变阻力增大（缺陷间的交互作用）强化机理：位错强化和晶粒细化强化（板条状和片状马氏体尺寸小）、相变强化（极高的位错密度和层错、大量精细孪晶、大量界面使马氏体强化和硬化）、固溶强化（严重过饱和的碳的固溶体）、时效强化（碳原子偏聚形成过渡箱，产生第二相效果）9、 淬火钢的回火转变机理：马氏体的分解、残余奥氏体的转变、碳化物的聚集长大、铁素体的多边形化。回火马氏体：马氏体低温回火产物，由碳的过饱和a相基体与n-Fe2C（或&碳化物）

14、或碳原子偏聚团所组成；（与马氏体相比，尺寸形貌无变化，但有部分碳化物析出，强度硬度仍然很高，韧性稍有改善，内应力消除）回火屈氏体：马氏体中温回火产物，已发生回复的铁素体基体与极为细小的B-碳化物所组成；（与屈氏体相比，不同点为，铁素体不再过饱和，马氏体形貌不变，但强度进一步降低， 可能有下贝氏体出现。主要为晶粒细化强化）回火索氏体：马氏体高温回火产物，铁素体基体上弥散均匀分布着较大颗粒状的B-碳化物或特殊碳化物所组成。（与索氏体差异，铁素体再结晶形成，由板条状多边形化，强度硬度 进一步降低，但断面收缩率和伸长率增加）。10、 铝合金时效强化：变形铝合金（不可热处理，可热处理），铸造铝合金。步骤

15、：固溶（合金加热到a相区，保温获得单相a固溶体，迅速水冷，在室温得到过饱和的a固溶体）一脱溶（固溶处理的过饱和a固溶体不稳定，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向，强度和硬度会明显升高） 一时效（自然时效 人工时效 固溶体中溶质的溶解度必须随 温度的降低而显著降低。第二相强化原理，析出电子化合物，保持共格或半共格状态，产生错配度，导致固溶强化的弥散效果。）阶次规律：过饱和基体一GP区一介稳相一平衡相G.P（plate）0 （plate0 B（CuAI2）11、 钢的淬火：钢加热到相变温度以上，保温一定时间后快速冷却获得马氏体的热处理工艺称为淬火。钢淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。影响淬透性

16、的因素：碳含量（共析钢的临界冷速最小，淬透性最好）合金元素（除钴以外， 合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，淬透性提高）奥氏体化温度（提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性）非金属夹杂物（降低淬透性）钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性。淬硬性主要决定于马氏体的碳质量分数。12、 钢的合金化原理：（1）合金元素在钢中的存在方式：溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，形成间隙或置换固溶 体，形成碳化物与氮化物，形成金属间化合物，形成非金属夹杂物。（2） 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响：扩大丫相区的元素（称为奥氏体形

17、成元素Ni、Mn、Co、C、N、Cu、Zn、Al）和缩小丫相区的元素（称为铁素体形成元素Si、Cr、P、V、Al、Be）（3）对奥氏体形成的影响：强碳化物形成元素与碳生成的碳化物更稳定，钢加热转变时碳 化物的分解温度更高，显著阻碍碳的扩散，故大大减慢奥氏体的形成速度。（4）对奥氏体等温转变影响：均匀化过程，合金元素扩散较间隙原子C慢得多，故对合金钢应采用较高的加热温度和较长的保温时间。（5）对奥氏体晶粒大小的影响：强碳化物形成元素V、Ti、Nb、Zr等因形成的碳化物在高 温下较稳定，不易分解，难以溶于奥氏体中，能阻碍奥氏体晶界外移，显著细化晶粒。（6） 对过冷奥氏体转变动力学的影响：C曲线右移，抑制奥氏体向珠光体的转变，提高淬 透性。（7） 对马氏体转变的影响：增加相变阻力，故影响马氏体相变点Ms和Mf;降低！影响残 余奥氏体量；增加！产生马氏体组织的精细结构；增加形成孪晶马氏体的倾向。（8）对淬火钢回火转变的影响：提高钢的回火稳定性（钢对回火时发生软化过程的抵抗能 力），使回火过程各个阶段