材料总复习范文

材料总复习范文材料总复习范文 总复习第一章 基本概念1强度 塑性 硬度 韧性的概念及表示方 式2腐蚀类型化学腐蚀 电化学腐蚀第三章1结合键的类型金属键 离子键 共价键 分子键 氢键2结合键类型与材料力学性能的关系 对弹性模量影响较大 结合键能越大 原子间距离的改变越困难 即弹性模量越大 一般情况下结合键能高的强度也高 金属键使材 料有良好的塑性 而离子键 共价键结合使材料塑性变形困难 塑 性差 第四章晶体结构1晶格 晶胞的概念 2晶面和晶向的标定3金属中常 见的晶格 1 面心立方晶格 Fe Cu Ni 晶胞中的原子数为4 原子半径a42 致密度为0 74 2 体心立方晶格 Fe 晶胞中的原子数为2 原子半径a43 致密度为0 68 3 密排六方晶胞中的原子数为6 原子半径1 2a 致密度为0 74 4合金中的相结构相 组元的概念 按其晶格结构的基本属性来分 相可分为固溶体和化合物两大类 固溶体其结构与溶剂金属的结构相同 按溶质原子在固溶体晶格 中的位置不同可分为置换固溶体 间隙固溶体 固溶强化概念由于 溶质的溶入使固溶体强度和硬度升高 塑性 韧性下降的现象称为 固溶强化 金属间化合物的类型正常价化合物 电子化合物 间隙 相合间隙化合物 一般具有较高的强度和硬度 塑性很差 弥散强化合金中出现均匀分布的金属化合物时 合金的强度 硬 度 耐磨性及耐热性都得到提高 但塑性有所下降的现象 练习1常见金属晶格结构有 三种 2固态合金中的相 按其晶格结构类型可分为和两大类 3 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度 其晶体结构与相同 4 解释固溶强化和弥散强化的概念5常见的金属晶体结构有哪几种 各具有什么样的结构特点 第五章晶体缺陷 一 点缺陷空位 间隙原子1肖脱基缺陷正常节点上的原子 离开平 衡位置迁移到晶体的表面 在晶体内正常节点上留下空位 2弗伦克尔缺陷在晶格热振动时 一些能量足够大的原子离开平衡位 置后 挤到晶格的间隙中 形成间隙原子 而原来位置上形成空位 弗伦克尔缺陷是成对产生的空位和间隙原子 二 位错是线缺陷 分为螺型位错 刃型位错两种 1 晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错 用符号 表示 反之为负刃型位错 用 表示 2螺型位错分为左螺形位错和右螺型位错 3柏氏矢量把位错抽象成一条线 用形成位错的滑移矢量定义位错矢 量 称之为柏格斯矢量 以b表示 4柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错柏氏矢量与位错线相互垂直 螺型位错柏氏矢量与位错线相互平行 混合位错柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度 5 柏氏矢量具有守恒性同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走 向无关 6位错的运动 1 滑移刃型位错滑移的方向与b方向一致 和位错线垂直 螺型 位错的移动方向与b垂直 和位错线垂直 滑移造成表面台阶 2 攀移刃型位错可以攀移 螺型位错因为没有多余的半原子面 不存在攀移运动 7位错间的交互作用一对在同一滑移面上平行刃位错 当其方向相同 时 表现为互相排斥 当其方向相反时 表现为互相吸引 一对平 行的螺位错 当其方向相同时 表现为互相排斥 当其方向相反时 表现为互相吸引 三 面缺陷晶界 相界 表面1晶界小角度晶界对称倾转晶界 扭转 晶界大角度晶界2相界共格相界 半共格相界和非共格相界3细晶强 化金属材料的晶粒越细 晶界越多 其常温下强度 硬度越高 练习1金属中最主要的面缺陷是 和 2位错分为两种 它们是和 多余半原子面是位错所特有的 柏氏矢 量与位错线垂直的是位错 柏氏矢量与位错线垂直的是平行是位错 3点缺陷有和两种 4在应力或温度作用下 位错产生运动的方式为和 5晶体中的相界可分为 和三种类型 6 实际晶体中存在哪些晶体缺陷 它们对性能有什么影响 第六章 高分子材料 一 基本概念1单体能聚合生成大分子链的低分子有机化合物称为单 体 2链节组成高分子大分子链的结构单元 其结构与单体相同或相似 3聚合度大分子链中链节的重复次数n 反映了大分子链的长短和相对 分子质量的大小 4相对分子质量链节分子质量M0与聚合度n的乘积高分子的相对分子 质量与材料性能的关系分子量大 高聚物的强度 硬度高 塑性 韧性低 加工成型性差 二 结构1构象由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为 构象大分子链的柔顺性大分子链有强烈的蜷曲趋势 易卷曲成不规 则的线团状 称为 柔顺性好 高分子的塑性 弹性 韧性好 强度 硬度差 2大分子链的几何形状线型高分子 支链型高分子 体型高分子3高 分子的聚集状态无定形 晶态结晶特点大部分高分子材料只能产生 部分结晶 为晶态与非晶态共存 高分子的密度 强度 硬度 耐热性等性能都随结晶度的增大而提 高 而弹性 韧性等则随结晶度的增大而下降 练习 1 高分子大分子链常用的几何形状为 2 根据大分子几何排列特点 聚集态结构有 两种 塑料一般在下作为结构材料使用 在下成形 3 高分子结晶有何特点 什么是结晶度 结晶度与性能有什么样的 关系 4 分析高分子材料的性能与其结构的关系 第七章扩散1稳定扩散在扩散系统中 若任一点的浓度不随时间而变 化 即dc dt 0 2不稳定扩散在扩散系统中 扩散物质的浓度随时间而变化 即dc d t 03菲克第一定律4菲克第二定律表 误差函数解 1 无限长棒中的扩散模型 2 半无限长物体的扩散模型用于低碳钢的渗碳处理 若给定渗层 厚度x处的浓度为定值C 则上式可改写为5扩散机制间隙机制 空位 机制6在含有浓度梯度的置换固溶体中 埋入一个惰性标记 由于两 组元扩散能力不相等 经过扩散后会引起标记的移动 这个现象称为柯肯达尔 Kirkendall 效应 7影响扩散的因素温度 原子结合力 固溶体类型 晶体结构 化学 成分 晶体缺陷 原子沿着晶体缺陷进行扩散 称为短路扩散 练习1扩散的微观机制主要为机制和机制 2当原子在金属晶体中扩散 它们在内 外表面上的扩散速度比在体 内的扩散速度 3 柯肯达尔效应的概念和意义 4 影响扩散系数的因素有哪些 是如何影响的 第八章 一 杠杆定律在温度t1时 在O点处由两相组成 过O点作水平线交 液相线和固相线于M N两点 M N点的成分C L和C 分别为液体和固体的成分 且有 二 二元共晶相图两组元A B 在液态可无限互溶 固态只能有限 互溶 甚至完全不溶 且能发生共晶转变的相图 共晶转变由一定成分的液相 L 在恒定温度 T 下同时凝固产 生另外两种不同成分的固相 的转变 即 100 MNONmmw LL 1001 MNMOwmmwL 掌握相图的组成 典型合金结晶过程 分析 杠杆定律得应用 三 共析转变在恒温下由一个固相转变为另外两个成分不同的固相 的过程 四 铁碳相图1点 线的含义G点为 Fe Fe的同素异构转变点 P点为C在 中的最大溶解度点 S点为共析点 0 77 C点为共晶点 4 3 E点为C在 中的最大溶解度点 ECK线共晶转变线 ES线 Acm线 碳在奥氏体中的溶解度曲线 PSK线共析转变线 GS线 A3线 奥氏体析出铁素体的转变开始线 GP 线奥氏体析出铁素体的转变终了线 2相区组成3典型合金 钢的部分 经晶过程分析 杠杆定律的应用 作业题 亚共析钢室温组织为F P 相组成为 Fe3C共析钢室温组织为P 相 组成为 Fe3C过共析钢室温组织为P Fe3C 相组成为 Fe3C4铁 碳合金成分与性能的关系随碳含量增加 Fe3C量增加 合金的硬度 升高 而塑性 韧性下降 随碳含量增加 钢中P含量增加 强度升 高 但当Wc 0 9 时 由于Fe3C 在晶界的析出 使强度明显下降 塑 韧性也急剧下降 d ce 练习1铁素体是碳溶于形成的间隙固溶体 其晶格为 奥氏体是碳溶于形成的间隙固溶体 其晶格为 2 共晶转变 共析转变的概念 3 比较平衡组织状态下45钢 T8钢 T12钢的硬度 强度和塑性的 高低 说明原因 4 画出铁碳合金相图钢的部分 说明各点 线的含义和相区的相组 成 5 分析含碳量为0 6 和1 0 的钢从高温冷却下来发生的相变 画出 冷却曲线 计算共析转变完成后得到的组织组成物的相对含量 以 及相组成物的相对含量 6分析钢含碳量的变化对其组织和力学性能的影响 第九章 一 过冷和过冷度的概念1过冷金属的实际结晶温度Tn低于理论温度 T0的现象 2 过冷度理论结晶温度与实际结晶温度的差值 T 称为过冷度 T T0 Tn过冷度并不是一个恒定值 对同一种金属 冷却速度越大 则过 冷度越大 即实际凝固开始的温度越低 二 金属的形核均匀形核 非均匀形核 金属形核主要以非均匀形核为主 三 晶体的宏观生长方式两种1平面状生长液 固界面前沿的液体温度分布呈正的温度梯度时 2树枝状生长液 固界面前沿的液体温度分布呈负的温度梯度 四 偏析晶体各部分成分不均匀的现象 即先结晶部分富含高熔点 组元 后结晶部分则富含低熔点组元 五 控制晶粒尺寸的方法增大过冷度 孕育处理 振动处理 六 铸态组织组成表层细晶区 柱状晶区 中心等轴晶区 练习1晶体的形核方式有与两种形式 实际金属的结晶形核方式主要 是 晶体的宏观生长方式有 两种 2控制晶粒尺寸的主要途径有 3典型铸态组织的三个晶区为 4 金属结晶后的晶粒大小主要取决于结晶时的和 5过冷 过冷度的概念 6 晶粒大小对金属的性能有何影响 在铸造生产中常采用哪些措施 控制晶粒尺寸 第十一章 一 钢的加热及组织转变1热处理把固态金属材料在一定介质中的加 热 保温和冷却 以改变其组织和性能的一种工艺 2把钢加热到相变点以上获得奥氏体组织的过程称为钢的 奥氏体化 3奥氏体化过程包括四个阶段奥氏体晶核的形成 奥氏体晶核的长 大 残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化 奥氏体的实际晶粒度直接影响钢热处理后的组织与性能4过热 过 烧的概念 二 钢的冷却及组织转变1 过冷奥氏体在A1线以下存在的 处于不 稳定状态的且将要发生转变的奥氏体2钢的等温转变曲线 C曲线 等温转变产物珠光体 贝氏体3过冷奥氏体连续冷却转变产物只有珠 光体和马氏体转变 没有贝氏体转变 4常用C曲线近似地分析过冷奥氏体的连续冷却转变炉冷奥氏体转变 为珠光体 空冷转变为索氏体 油冷转变为托氏体 马氏体 水冷 转变为马氏体 马氏体临界冷却速度 5珠光体转变 1 特点需Fe晶格改组和Fe C原子的扩散 是扩散型相变 2 组织珠光体索氏体S 片层间距较小的珠光体托氏体 T片层间距极小的珠光体 3 性能转变温度越低 过冷度越大 珠光体片层间距越小 钢的 强度 硬度提高 塑性好 6贝氏体转变 1 特点只发生晶格改组和碳原子的扩散 为半扩散相变 2 贝氏体由含过饱和碳的铁素体与弥散分布的渗碳体 或碳化物 形成的非层状两相组织 3 组织与性能 上贝氏体呈羽毛状 强度 硬度和韧性均较差 下贝氏体呈针片状 强度 硬度高 塑韧性好 7马氏体转变 1 马氏体碳在 Fe中形成的过饱和间隙固溶体 正方点阵 2 转变特点a转变为非扩散性型相变 转变速度很快 瞬时形核 长大 b转变是在一定温度范围内进行的 只有在Ms Mf之间连续降 温 马氏体才能不断形成 c转变的不完全性 3 组织与性能 板条状 Wc1 0 的 钢淬火得到 具有高强度与高硬度 主要取决于马氏体的含碳量 随马氏体含碳量的升高 塑性和韧性下降 低碳板条马氏体的塑性和韧性较好 是一种强韧性很好的组织 三 钢的热处理1退火 完全退火把钢加热到Ac3以上30 C 50 C 使 钢完全奥氏体化 保温一定时间后 炉冷至500 C左右出炉空冷 以 获得接近平衡组织 F P 的热处理工艺 目的细化晶粒 均匀组织 消除内应力 降低硬度 改善钢的切削 加工性 主要适用于亚共析钢 中碳钢铸件 锻件 焊接件的预先 热处理 球化退火将钢件加热到Ac1以上20 C 30 C充分保温 然后随炉缓 慢冷却或在Ar1以下200 C左右进行长时等温保温 再出炉空冷 目的使钢中渗碳体球化 以降低硬度 提高塑性 改善切削加工性 适用于过共析钢若球化退火前钢的组织中有网状Fe3C 需先进行 正火消除 2正火把钢件加热到Ac3或Am以上30 50 C 保温一定时间后 在空气 中冷却以获得细珠光体组织的热处理工艺 目的调整铸 锻钢件的硬度 细化晶粒 消除网状渗碳体并为淬火 做好组织准备3淬火将钢加热到Ac3或Ac1以上一定温度 保温后快速 冷却以获得马氏体 或下贝氏体 的热处理工艺 淬火加热温度亚共 析钢Ac3 30 50 C共析钢和过共析钢Ac1 30 50 C 淬火方法双 介质淬火 分级淬火 贝氏体等温淬火 淬透性指奥氏体化后的钢 在淬火时获得马氏体的能力 取决于过冷奥氏体的稳定性 奥氏体越稳定 钢的淬透性越好 除Co和Al外 大多数合金元素溶入A中均使C曲线右移 增加过冷奥 氏体的稳定性 提高淬透性 淬硬性钢在淬火时得到马氏体组织后所能达到的最高硬度的能力 它取决于马氏体的含碳量 4回火把淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度 保温后以适当方式冷 却到室温的热处理工艺 目的降低脆性 减小或消除残余内应力 获得所需的机械性能 稳定组织和工件尺寸 回火种类 组织与应用 1 低温回火 250 C 组织为回火马氏体 过饱和的 固溶体 碳 化物 性能仍保持较高的硬度和耐磨性 应用高碳钢和合金钢制 备的工具 模具及耐磨零件的回火 2 中温回火 350 500 C 组织回火托氏体 针状 细粒状Fe3C 性能具有较高的弹性极限和屈服极限 并有一定的塑性和韧性 应用用于各种弹簧及锻模的处理 3 高温回火 500 600 C 组织回火索氏体 多边形F 球状Fe3C 性能既具有较高强度 又有较好的塑性和韧性 即综合机械性能 好 应用用于处理各种重要的中碳结构零件的处理 如交变载荷下工作 的连杆 齿轮 轴等 淬火 高温回火的热处理被称为调质处理5表面淬火用快速加热的方 法使工件表面奥氏体化 然后快冷获得表层淬火组织的热处理工艺 目的使零件表面具有高的硬度 强度和耐磨性 而心部在保持一定 强硬度的条件下 具有足够的塑性和韧性6热处理工艺的确定毛坯生 产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理 退火 正 火 最终热处理 淬火 回火 表面热处理生产过程中 主轴的加工 工艺路线为备料 锻造 正火 机械粗加工 调质 半精加工 锥 孔及外锥体的局部淬火 回火 粗磨 铣花键 花键淬火 回火 精磨该齿轮选用20CrMnTi的锻件毛坯 生产过程中 齿轮加工工艺 路线如下备料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 校正花键孔 磨齿练习1用光学显微镜观察 上贝氏体的组织 呈状 下贝氏体呈状 2马氏体的显微组织形态主要有 两种 其中韧性较好 马氏体的晶体结构为 其硬度主要取决于 3合金元素在钢中的存在形式为 4几乎所有的合金元素 除Co Al外 都使Ms Mf点向移动 因此 淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的增多 使钢的硬度 钢的淬透性越高 则其C曲线位置越 说明临界冷却速度越 5 钢的正常淬火温度范围 对亚共析钢是 对过共析钢是 6 当钢中发生奥氏体向马氏体转变时 原奥氏体中碳含量越高 则M s点越 转变后的残余奥氏体量就越 7 在正常淬火温度下 碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢 和过共析钢的临界冷却速度都 8 除Co Al外 其它合金元素都使C曲线向移动 即使钢的临界冷却 速度 淬透性 9奥氏体和渗碳体组成的共晶组织称为 其含碳量为 10 共析钢的等温转变曲线中 高温转变产物为 中温转变温度为 产物为组织 一般通过获得 11 7淬透性 淬硬性的概念12马氏体转变的基本特点13何谓钢的临 界冷却速度 它的大小受哪些因素影响 它与钢的淬透性有何关系 14钢回火的目的 回火的分类 三种回火组织类型及力学性能 第十二章金属材料 一 钢中合金元素的存在形式及作用1存在形式固溶体 化合物 游 离态2作用非碳化物形成元素固溶强化 提高淬透性 碳化物形成元 素弥散强化 阻碍钢加热时奥氏体晶粒的长大 产生细晶强韧化作 用 提高淬透性 3对热处理的影响 1 除Co以外的大多数合金元素溶入A中 都使C曲线右移 增大过 冷A的稳定性 提高钢的淬透性 2 除Co Al外 合金元素溶入A中 使Ms Mf下降 残余A增加 钢的硬度下降 3 提高回火稳定性 4 产生二次硬化钢中含有较多V W Mo Cr等碳化物形成元素时 在450 600 范围回火时 钢的硬度不但不降低 反而明显升高的 现象 二 钢的分类及牌号1碳素钢普碳钢 优质碳素结构钢牌号表示Q 195 45 平均含碳量为0 45 2渗碳钢表面具有较高的硬度和耐磨 性 心部具有良好的强韧性 成分低碳 Wc 0 1 0 25 之间 保证心部良好的塑韧性 合金元素主加元素为Cr Mn Ni B等 提高淬透性 保证心部为低碳 马氏体组织 辅加元素Mo W V等形成稳定的合金碳化物 阻止奥氏 体晶粒的长大 提高渗碳层的硬度和耐磨性 热处理正火 渗碳 淬火 低温回火组织表层回火马氏体 合金碳化物 残余A心部回火马氏体典型钢种20CrMnTi3调质钢经过调质处理 淬 火 高温回火 的钢 具有优良的综合力学性能 成分中碳 Wc 0 3 0 5 之间合金元素Cr提高淬透性 V Mo等细化A 晶粒 抑制第二类回火脆性 典型零件的热处理工艺 40Cr制作拖 拉机连杆 下料 锻造 退火或正火 粗加工 调质处理 精加工 装配预先热处理退火或正火 目的是改善锻造组织 细化晶粒 改善切削加工性 最终热处理调质处理 得到强度 硬度 冲击韧性 疲劳强度良好 配合的回火索氏体组织 4弹簧钢淬火 中温回火4碳素工具钢 Wc 0 65 1 35 牌号T12 含 碳量1 2 热处理 正火 球化退火 淬火 低温回火 组织回火 M 粒状Fe3C 残余奥氏体 A 5高速钢性能具有良好的热硬性 在切削温度高达600 C时 硬度仍不降低 具有高的硬度和耐磨性 高淬透性成分高碳保证较高的硬度 耐磨性合金元素作用Cr提高淬 透性 W Mo产生二次硬化保证钢的热硬性 V的作用是细化晶粒 提高硬度和耐磨性 热处理锻造消除粗大的鱼骨状的共晶碳化物球化退火 淬火 三次 高温回火 球化退火降低硬度 消除锻造应力 为淬火做组织上的 准备 退火后组织为索氏体和均匀分布的碳化物 淬火 高温回火为了减少残余奥氏体 稳定组织 消除应力 产生二 次硬化 三 铸铁 一 组织和性能组织按石墨化程度不同 F G F P G P G性能抗拉强度 塑性 韧性比钢差 但具有优良的铸造性能 减磨 性能 减振性能和切削加工性能 1灰铸铁片状石墨分布在各种基体上 2球墨铸铁向铁液中加入一定量的球化剂和孕育剂 得到球状石墨 所谓 以铁代钢 指的是球墨铸铁 3可锻铸铁白口铸铁经长时