工程材料复习资料

第一章材料的性能及应用意义变形：材料在外力作用下产生形状与尺寸的变化。强度：材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力（对塑性变形的抗力比例极限弹性极限屈服点或屈服强度、抗拉强度比强度：各种强度指标与材料密度之比。屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比。塑性韧性：材料强度和塑性的综合表现。布氏硬度HBW洛氏硬度HR（优点：操作迅速简便，压痕较小，几乎不损伤工件表面，故而应用最广。）维氏硬度HV疲劳断裂特点是韧性材料还是塑性材料均无明显的塑性变形。疲劳过程的三个基本组成阶段：疲劳萌生、疲劳扩展、最后断裂第二章材料的结构键即为原子间的结合力或结合键。根据结合力的强弱，可把结合键分为两大类：强键（包括离子键、共价键、金属键）键（即分子键。共价键晶体和离子键晶体结合最强，金属键晶体次之，分子键晶体最弱。晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质。各向异性：晶体具有固定熔点且在不同方向上具有不同的性能。晶格：晶体中原子（或离子、分子）在空间呈规则排列，规则排列的方式就称为晶体结构。结点：将构成晶体的实际质点抽象成纯粹的几何点。体心立方面心立方密排六方晶体缺陷些原子偏离规则排列的区域，这就是晶体缺陷。晶体缺陷按几何特征可分为点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（如晶界、亚晶界）三类。点缺陷：空位、间隙原子、置换原子线缺陷特征：两个方向的尺寸很小，在另一个方向的尺寸相对很大。位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。实际金属晶体中存在的位错等晶体缺陷，晶体的强度值降低了2-3个数量级。面缺陷：晶界、亚晶界第三章材料的凝固与结晶组织凝固：物质从液态转化为固态的过程。结晶：物质从液态转化为固态后，固态物质是晶体，这种凝固的过程就是结晶。（T。过冷度越大，实际结晶温度越低。同一种金属，其纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越快，则实际结晶温度越低，过冷度越大。结晶过程：金属的结晶过程是形核与长大的过程。形核方式：均质形核（自发形核、异质形核（非自发形核）细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法（）越小越好。细化铸锭和焊缝区的晶粒方法：①控制过冷度（增加过冷度可提高N/G值，有利于细化晶粒）②变质处理③振动处理同素异构：某些金属元素和非金属元素在不同温度和压力下，具有不同类型的晶体结构。合金质。组元使用的碳钢和铸铁，就是由铁和碳两种组元组成的二元合金。固溶体（固溶强化（溶质原子此是金属强化的重要形式。金属化合物：①正常价化合物②电子化合物③间隙相和间隙化合物二元合金相图：①匀晶相图②共晶相图典型三晶区组织：①表层细晶区②柱状晶区③中心等轴晶区等轴晶成了等轴晶。冶金缺陷：①缩孔②疏松③气泡④裂纹⑤偏析第四章材料的变形断裂与强化机制单晶体塑性变形的主要方式：滑移和孪生（常温与低温下）冷塑性变形对金属组织结构的影响：①显微组织的变化②亚结构的细化③变形织构④残留应力变形织构丝织构板织构轧制平面平行，而某一晶相与轧制时的主变形方向平行。加工硬化（冷塑性变形对金属力学性能的影响：在冷塑性变形过程中，随着金属内部组织而塑性、韧性显著下降的现象。产生加工硬化的原因与位错密度增大有关。性。等过程。回复（前）所产生某些亚结构和性能的变化过程。再结晶无应变的新晶粒组织的过程。冷塑性变形，即冷加工；热塑性变形，即热加工。热加工:在再结晶温度以上进行塑性变形，反之为冷加工。由于实际晶体中不可避免地存在着晶体缺陷，晶体材料的实际强度远低于理论预期值。固溶强化阻力，使金属的滑移变形变得困难，从而提高了合金的强度和硬度。细晶强化：提高强度的同时也改善韧性。沉淀强化（弥散强化：材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化。位错强化的平方根成正比。按材料断裂前所产生的宏观塑性变形量大小分类：脆性断裂、韧性断裂（裂纹穿过晶体内部扩展的断裂（扩展）第五章铁碳合金相图及应用铁素体：碳在中的间隙固溶体称为α奥氏体：碳在中形成的间隙固溶体称为奥氏体。渗碳体：分子式Fe3C，具有复杂晶格的间隙化合物，用符号Cm表示。工业纯铁室温组织：铁素体+三次渗碳体（F+Fe3CⅢ）共析钢室温组织：珠光体（A→Fp+Fe3C）亚共析钢室温组织：铁素体+珠光体过共析钢+二次渗碳体亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁室温组织：莱氏体过共晶白口铸铁室温组织：一次渗碳体+莱氏体过共析钢中，碳含量Wc接近1.0%时，其强度达最高值。共晶白口铸铁铸造性能最好。第六章钢的热处理热处理获得所需性能的一种工艺。冷却方式：炉冷、空冷、油冷、水冷奥氏体：发生P（F+Fe3C）→A的转变奥氏体化过程：①奥氏体晶核的形成②奥氏体的长大③残留渗碳体的溶解④奥氏体均匀化影响奥氏体形成的因素：①加热温度②加热速度③钢的成分④原始组织奥氏体晶粒的长大其大小称为实际晶粒度，奥氏体的实际晶粒度直接影响钢热处理后的组织与性能。奥氏体晶粒的大小控制：①加热温度②保温时间③加热速度氧化：钢在高温作用下，在加热介质中O2、H2O等氧化性介质发生氧化反应，形成金属氧化物的现象。脱碳：钢在加热和保温时，炉气中含有O2、CO2、H2O、H2等脱碳性气氛，钢表层中固溶的碳和这些介质在高温作用下发生氧化反应，使表层碳浓度降低，即产生脱碳。过热：加热温度过高或保温时间过长，得到粗大晶粒组织，称作过热。过烧：由于加热温度过高，使奥氏体晶界严重氧化，甚至发生了局部熔化，这种现象称为过烧。珠光体转变——高温转变（A1—550℃）在固态下形核和长大的结晶过程层片珠光体的性能主要取决于层片间距。珠光体（P）索氏体（S）托氏体（T）贝氏体转变——中温转变（550℃—Ms）半扩散转变上贝氏体呈羽毛状下贝氏体呈黑色针片状马氏体转变——低温转变（Ms—Mf）无扩散转变%板条马氏体片状马氏体Wc=0.30%—1.0%板条马氏体和片状马氏体的混合组织马氏体的性能剧下降。马氏体转变的特点：①无扩散性②转变速度极快③转变的不完全性马氏体点的位置主要取决于奥氏体的成分。残留奥氏体Wc0.5%时，Mf已低于室温，这时，奥氏体即使冷到室温也不能完全转变为马氏体，这部分被残留下来的奥氏体称为残留奥氏体。冷处理：生产中可将淬火工件冷至室温后，再随即放到0℃以下温度的介质中冷却，以最大限度地消除残留奥氏体，达到提高硬度、耐磨性与尺寸稳定性的目的。过冷奥氏体的连续转变：V1炉冷珠光体V2空冷索氏体V3油冷托氏体V4水冷马氏体退火：将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡态组织的热处理工艺。（高碳）完全退火于亚共析钢成分的中碳钢及中碳合金钢的铸件、锻件、轧制件及焊接件。完全退火目的：细化组织，降低硬度，改善可加工性，去除内应力。等温退火低碳合金钢和某些高合金钢的大型铸、锻件及冲压件。球化退火：将工件加热到Ac1±（10—20）℃，保温后等温冷却或缓慢冷却，使钢中未溶碳化物球状化而进行的热处理工艺。球化退火目的：降低硬度，提高塑性，改善可加工性，以及获得均匀的组织，改善热处理工艺性能，为以后的淬火做准备。球化退火主要适用于共析和过共析成分的碳钢和合金钢锻、轧件。均匀化退火退火工艺。去应力退火件内存在的残留应力而进行的退火。正火对于亚共析钢）或对于过共析钢）30—50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺（低碳）正火的主要目的准备。件的最终热处理④消除过共析钢的网状碳化物⑤用于某些碳钢、低合金钢的淬火返修件淬火Ac3Ac1体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火后可以得到细小而均匀的马氏体。常用淬火介质：水尺寸较小的碳钢零件油合金钢淬火方法：①单介质淬火②双介质淬火③分级淬火④等温淬火分级淬火：将工件奥氏体化后，随之浸入温度稍高或稍低于Ms时间，使钢件内外层都达到介质温度后取出空冷，获得马氏体组织的淬火工艺。等温淬火：将工件奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区（260—400℃）时间，使奥氏体转变为下贝氏体的淬火工艺。淬透性：钢在淬火后的淬硬层深度，它表征了钢在淬火时获得马氏体的能力。（冷却速度必须大于临界速度化温度④钢中未溶第二相淬硬性（即得到马氏体组织回火Ac1工艺。回火的主要目的件尺寸低温回火（150—250℃）回火马氏体中温回火（350—500℃）回火托氏体高温回火（500—650℃）回火索氏体低温下长时间保温的热处理称为稳定化处理。回火脆性：①第一类回火脆性②第二类回火脆性（减少钢中杂质元素的含量，加入Mo等能抑制晶界偏聚的元素，中小型工件可通过回火后快速冷却来抑制）淬火冷却变形的原因：变形与开裂的根本原因是淬火时所形成的内应力所致。淬火冷却变形是淬火冷却过程中热应力与相变应力在零件形状、尺寸的反映。淬火后工件表面局部未被淬硬的区域称为软点。表面淬火：表面淬火是通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现的，即利用快速正火或调质状态的组织目的：提高硬度）化学热处理基本过程：加热、分解、吸收、扩散常用的化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗能改变的幅度大。渗碳工件工艺路线：锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火+低温回火→精加工。渗碳工件经淬火+低温回火后的表面组织为针状回火马氏体+碳化物+少量残留奥氏体渗氮：指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺，也称氮化。目前应用较多的有气体渗氮和离子渗氮。渗氮零件工艺路线磨。能⑤生产周期长，成本高。钢的碳氮共渗：向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程，也称氰化处理。第七章钢铁材料合金元素存在的形式主要有三种：固溶态、化合态和游离态。合金元素溶入奥氏体中从而提高钢的淬透性钢的性能影响程度，往往大于其固溶强化这种直接作用游离态元素对钢的性能产生不利影响，故应尽量避免此种存在形式。合金元素对钢加热时奥氏体化的影响：绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）对非奥合金元素对淬火钢回火过程的影响火脆性耐回火性此作用。二次硬化WV450—600℃（如C等，明显升高（甚至比淬火钢硬度还高，这就是“二次硬化”现象。不锈钢性能要求：①优良的耐蚀性②合适的力学性能③良好的