華中科技大學(xué)——工程材料學(xué)復(fù)習(xí)知識點知識點.(DOC)

1、工程材料學(xué)知識點第一章材料是有用途的物質(zhì)。一般將人們?nèi)ラ_掘的對象稱為“原料”，將經(jīng)過加工后的原料稱為“材 料”工程材料：主要利用其力學(xué)性能，制造結(jié)構(gòu)件的一類材料。主要有：建筑材料、結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能：強度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化學(xué)性能制造器件的一類材料.主要有：半導(dǎo)體材料（Si）磁性材料壓電材料光電材料金屬材料：純金屬和合金金屬材料有兩大類：鋼鐵（黑色金屬）非鐵金屬材料（有色金屬）非鐵金屬材料：輕金屬（Ni以前）重金屬（Ni以后）貴金屬（Ag, Au, Pt, Pd）稀有金屬（Zr, Nb, Ta）放射性金屬（Ra, U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子鍵聚合而成的有機聚合物主

2、要組成：C, H, 0, N, S, Cl, F, Si三大類： 塑料（低分子量）：聚丙稀樹脂（中等分子量）：酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂橡膠（高分子量）：天然橡膠，合成橡膠陶瓷材料：由一種或多種金屬或非金屬的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸鹽組成的 無機非金屬材料。陶瓷：結(jié)構(gòu)陶瓷 A1203, Si3N4, SiC等功能陶瓷 鐵電 壓電材料的工藝性能：主要反映材料生產(chǎn)或零部件加工過程的可能性或難易程度。材料可生產(chǎn)性：材料是否易獲得或易制備鑄造性：將材料加熱得到熔體，注入較復(fù)雜的型腔后冷卻凝固，獲得零件的能力鍛造性：材料進(jìn)行壓力加工（鍛造、壓延、軋制、拉拔、擠壓等）的可能性或難易程度的度量焊接性：利

3、用部分熔體，將兩塊材料連接在一起能力第二章（詳見課本）密排面密排方向fee111<110>bee110<111>單胞的原子數(shù)8X-1 + 1=2點陣常數(shù) 原子半徑，二?a4配位數(shù)晶體中與任一原子最近鄰且等距離的原子數(shù)目.=8致宓度原子本身的體積原子所占有的空間體積體心立方bcc= 0.68單胞的原子數(shù)8 X得+6X濡=4點陣常數(shù)Q-2原子半徑r二14配位數(shù) 12. 434（也§致密度5一J= 0.74而心立方fee"單胞的原子數(shù)124+ 2乂斗+3 = 6點陣常數(shù) 4 c = v875 =1.633)原子半徑1a2配位數(shù)12致密度密堆六方cph點缺陷

4、：在三維空間各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶體缺陷。類型：空位：在晶格結(jié)點位置應(yīng)有原子的地方空缺，這種缺陷稱為“空位”。間隙原子：在晶格非結(jié)點位置，往往是晶格的間隙，出現(xiàn)了多余的原子。它們可能是同類原 子，也可能是異類原子。異類原子：在一種類型的原子組成的晶格中，不同種類的原子占據(jù)原有的原子位置。線缺陷:在三維空間的一個方向上的尺寸很大（晶粒數(shù)量級），另外兩個方向上的尺寸很?。ㄔ?子尺寸大?。┑木w缺陷。其具體形式就是晶體中的位錯（Dislocation） 形式：刃型位錯螺型位錯混合型位錯位錯線附近的晶格有相應(yīng)的畸變，有高于理想晶體的能量；位錯線附近異類原子濃度高于平均水平；位錯在晶體中

5、可以發(fā)生移動，是材料塑性變形基本原因之一：位錯與異類原子的作用，位錯之間的相互作用，對材料的力學(xué)性能有明顯的影響。而缺陷:在三維空間的兩個方向上的尺寸很大（晶粒數(shù)量級），另外一個方向上的尺寸很?。ㄔ?子尺寸大小）的晶體缺陷。形式：晶界而 亞晶界而 相界而第三章過冷：一般地，熔體自然冷卻時，隨時間延長，溫度不斷降低，但當(dāng)冷卻到某一溫度Tn 時，開始結(jié)晶，此時隨著時間的延長，出現(xiàn)一個溫度平臺，這一平臺溫度通常要低于理想的 結(jié)晶溫度TO,這樣在低于理想結(jié)晶溫度以下才能發(fā)生結(jié)晶的現(xiàn)象一一過冷。過冷度：實際結(jié)晶溫度Tn與理想結(jié)晶溫度TO之差T=T0-Tn稱為過冷度。過冷度的大 小隨冷卻速度的增加而增加過

6、冷度愈大，AG愈大，結(jié)晶驅(qū)動力愈大結(jié)晶過程：形核：符合能量條件和結(jié)構(gòu)條件的短程有序集團（尺寸達(dá)到臨界尺寸）將成為結(jié)晶核心。長大：金屬液體中的晶核一旦形成，由于系統(tǒng)自由能降低，晶核將迅速長大直到液體全部消 失形核率（N）：單位時間在單位母體（液體）的體積內(nèi)晶核的形成數(shù)目稱為形核率。一般合金相圖是在常壓下（P=latm）獲得的，所以對于一個合金體系描述相圖的參數(shù)有三 個：成分，溫度，相。即相只與溫度和成分相關(guān)。若以成分（C）為橫坐標(biāo)，T為縱坐標(biāo)， 那么坐標(biāo)系任一點即表示某一成分合金在某一溫度下對應(yīng)的相.勻晶相圖杠桿定律：設(shè)mL和m分別為兩相的質(zhì)量，它們滿足以下杠桿定律:mL xc次&ax共

7、晶反應(yīng)：在某一溫度下，從液體中同時析出兩種固溶體。即：L-包晶相留7條線：AE、BE為液相線，溫度在液相線上，為單一液態(tài)；AC、BD為固相線，溫度在此以 下為單一固溶體；CED：共晶反應(yīng)線，對應(yīng)L-a+B； CG、DH為a , B固溶體的溶解度變 化線，即：a, B固溶體的溶解度隨溫度變化而發(fā)生變化的曲線。6個相區(qū)：3個單相區(qū)：L、 、3個兩相區(qū)：L+ , L+ 、+注：兩個單相區(qū)由一個雙相區(qū)分隔（相律）1個點：E：共晶成分點，液體溫度最低點。成分在E點以左，為亞共晶（成分在CE范圍） 成分在E點以右，為過共晶（成分在ED范圍）包晶反應(yīng)：兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，并且發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變

8、：L+ oAc和be為兩液相線，與其對應(yīng)的ad和bp為兩固相線;Df和pg固溶體B的溶解度隨溫度變化線；dpc為包晶轉(zhuǎn)變線。相圖含三個單相區(qū)L、。、B：三個雙相區(qū)L+a、L+B、a+B：一個三相區(qū)L+a+B,水平線dpc為包晶反應(yīng)線，P點為包晶點，對應(yīng)包晶反應(yīng):共析反應(yīng)：特點：（1）固態(tài)反應(yīng)。（2）類似于共晶反應(yīng)。（3）共析反應(yīng)：+（4）、 為交替的片層結(jié)構(gòu)。（5）、 的相對含量符合杠桿定律。 穩(wěn)定化合物（金屬間化合物）在相圖中的形式：圖3-2S共析和圖形成化合*的Mg-Si合金出希穩(wěn)定化合物在相圖中表現(xiàn)為-相圖與合金的強度硬度和電阻率之間的關(guān)系工粘彳修e楞二甲事單扎I IIISLllllll

9、tail視為獨立組元，并以其為界將相圖分開進(jìn)行分析。第四章a融通了一汽3 一段 Z純鐵：體心立方筋立方 體心防 液體a -Fe在770c （居里溫度）發(fā)生由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕磋F磁性消失。工業(yè)純鐵的力學(xué)性能特點是：強度、硬度低，塑性、韌性好C在鋼鐵中存在的三種形式：溶入Fe的晶格形成固溶體（間隙固溶體）一鋼 以游離石墨存在于鋼鐵中一鑄鐵。與鐵成金屬間化合物如Fe3C, Fe2C, FeC） 一金屬間化合物石墨性能：耐高溫，可導(dǎo)電，潤滑性好，強度、硬度、塑性和韌性低。鐵核雙1:相圖Fe-G 相 0E.a- Fe的居里溫度實線為Fe-Fe3C相圖虛線為Fe-C相圖。相C在Q-Fe中的間隙固溶體，

10、晶體結(jié)構(gòu)為bcc,僅由。相形成的組織稱為鐵素體，記 為 F(Ferrite) o a 二 F丫相C在Y-Fe中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)為fee,僅由Y相形成的組織稱為奧氏體，記 為 A (Austenite) o y= A6相C在8-Fe中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)也為bcc, 6相出現(xiàn)的溫度較高，組織形貌一 般不易觀察，也有稱高溫鐵素體，尸以：相 鐵與碳生成的間隙化合物，其中碳的重量百分比為6.69%,晶體結(jié)構(gòu)是復(fù)雜正交晶 系，僅由Fe£相構(gòu)成的組織稱為滲碳體，依然記為Fe£，也有寫為Cm (Cement it e)。石墨 在鐵碳合金中的游離狀態(tài)下存在的碳為石墨，組織記G (G

11、raphite)。T 土方 1495c 標(biāo)-0.53 十了o4/L相 碳在高溫下熔入液體，相圖中標(biāo)記L(Liquid)。這是一包晶反應(yīng)(1495 C),發(fā)生在高溫，并且在隨后 的冷卻過程中組織還會發(fā)生變化。共晶反應(yīng)(1148 C),產(chǎn)物共晶體組織稱為萊氏體，記為Ld(Ledeburite)/0770.0212 *共析反應(yīng)(727 0,產(chǎn)物為F、Fe3c兩相層片交替分布的共析體組織，稱為珠光體，記為P(Pearlite)1 C11484.30共晶點Lk0Ae+fdcID12276.69Fe£的熔點1 E11482J1A中的JI大落碳量|絲7270.021 80-77F中的最大溶碳量K+

12、F 式 I(1) ABCD -液相線(2) AHJECF 一固相線(3) HJB -包晶反應(yīng)線(1495 0 U+ « A；(4) ECF -共晶反應(yīng)線(1148 C) Lc Ar+FeC (稱為萊氏體)(5) PSK -共析反應(yīng)線(727 C)As Fp+Fe£ (稱為珠光體)(6)總線(ES線)一從奧氏體析出Fe£u的臨界溫度線(7) 出線(GS線)一從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體線五個單相區(qū)：液相區(qū)L高溫固溶體 ： 相(奧氏體，A)； 相(鐵素體，F(xiàn)) Fe£相(滲碳體，Cm)七個雙相區(qū)：L+ , L+ , L+ Fe£, +,+ Fe£

13、, +： +Fe£三個三相區(qū)：HJB 線 L+ +: ECK 線 L + Fe£； PSK 線 + +Fe£工業(yè)純鐵 (C%<0. 02%)碳鋼(C%= 0. 02%2. 11 wt %)依據(jù)c含量不同，又分為：亞共析鋼:C<0. 77 wt%共析鋼：00.77 wt%過共析鋼：00. 77 wt%白口鑄鐵(生鐵)(C尤2. 116. 69 wt %)依據(jù)c含量不同，又分為：亞共晶白口鑄鐵C<4. 3 wt%共晶白口鑄鐵 C=4.3 wt%過共晶白口鑄鐵04.3 wt%灰口鑄鐵(C歸 2. 116. 69 wt %)亞共晶、共晶、過共晶灰口鑄鐵工

14、業(yè)純鐵(C%<0. 02%)：組織：F(十 3Ts 3 4/t/t/十4一 a + Fe3GH相： (F)共析鋼(C% * 0.77%): 組織： P 相： + Fe£L -» L+A -> A >P(F+Fe3Q.亞共析鋼(%二0.02 0.77蛤：組織：F+P相： (F)+Fe3c組織轉(zhuǎn)變：L-L+A-A-F+AF+P過共析鋼(C與=0.77 2. 11%)：組織：P+Fe£n 相： (F) +Fe£組織轉(zhuǎn)變：L-L+A -A-A+FeC； -P+FeC：共晶白口鐵(C$44.3蛤：組織：L' d相： (F) +Fe3c組織

15、轉(zhuǎn)變 L Ld (A+FeC) A+Fe£n+Fe£】 (P + FeC (FeoCu)亞共晶白口鐵(CV2.11 4. 3%)：組織：P+Fe£*+L' d 相： (F) +Fe£組織轉(zhuǎn)變 L L+A A4-Ld A+Fe£n+Ld P+Fe£n+L' d過共晶白口鐵(C%=4.36. 69%)：組織：FeC+L' d 相： (F) +Fe3c組織轉(zhuǎn)變 L-*L+Fe3Cx-*Fe3CI+Ld-*Fe3Cx+L, d用與自口鑄鐵平擊組織名 稱妞/%組 職代表符號工業(yè)純鐵'V0.02伏一停（雙欽索停十少

16、里三宣修齷斗）'F+F。.亞共折鋼0. 02 0 77株素體+珠光體F+P共析鋼0.77珠光體P過關(guān)折鋼0. 77-2.11珠為體十二次汽碳體P+Fe,Cl亞共品白口,鐵2114.30珠光體+二次碳體+變態(tài)菜氏體P+FejCi+L；共晶白口的快4.30變態(tài)萊氏體U過共晶白口得鐵4.30 6.69變態(tài)萊氏體+一次堂聯(lián)體L；+FcjC i含碳盆與組織組成物及相組成物的關(guān)系sc J %含碳量對鋼力學(xué)性能的影響700500Fc 0.772.】1比c/%鋼鐵的熱加工溫度范圍1、各組成相的力學(xué)性質(zhì)：F：軟，塑FeC 硬，脆P （F+ Fe3C）：介入二者之間2、C對性能的影響：隨C含量增加，硬度持

17、續(xù)增加6,2持續(xù)下降（八先增加（C 2.11%） 后下降（由于網(wǎng)狀Fe£u的出現(xiàn)）按含碳量分：低碳鋼Wc 0. 25%中碳鋼0. 25% < Wc 0.6%高碳鋼Wc>0.6%按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼（建筑材料,如橋梁，房屋，機器零件等）碳素工具鋼 （刀具，模 具等）根據(jù)P， S含量的多少普通碳素鋼 Wp 0. 045% ws 0. 055% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 Wp 0. 040% Ws 0. 040%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼W?0. 035% Ws 0.030%根據(jù)含氧量：沸騰鋼鎮(zhèn)定鋼Q275AF普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q：屈服數(shù)字為強度值A(chǔ)為等級F為沸騰鋼）特點：這一鋼種僅關(guān)心材料的力學(xué)性能，不

18、考察其成分，大多為軋制的型材（鋼板、圓、管、 角）。用途：合適的強度，一定的塑性和韌性，價格較低，大量用于普通簡單結(jié)構(gòu)零件。如：橋梁, 建筑。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（數(shù)字表示鋼中C的含量（萬分之幾）F表示沸騰鋼）特點：這類鋼種要求保證C含量。用途：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用來制造機器零件。一般都要熱處理以提高其力學(xué)性能。隨著C 含量的增加，材料的強度和硬度愈高，塑性相應(yīng)會降低。T12A碳素工具鋼（表示“碳”數(shù)字表示含碳量（千分之幾）全部為優(yōu)質(zhì)鋼，后綴A 為高級優(yōu)質(zhì)鋼） 特點：過共析鋼，組織為：顆粒狀的碳化物+球化珠光體（經(jīng)球化退火），可以直接進(jìn)行機械加工。用途：碳素工具鋼的硬度高、變形量小，適合用于量具，刃

19、具，模具0工業(yè)鑄鐵是指Wc >2. llwt%的Fe-c合金為鑄鐵。當(dāng)C以Fe£相似存在：白口鑄鐵當(dāng)C以石墨形式存在：灰口鑄鐵 鑄鐵性質(zhì)：鑄造，切削加工，減震性較好。強度，塑性，韌性低 石墨化過程：第一階段高溫石墨化溫度：X154C,從液體中直接析出初生或共晶石墨。共晶反應(yīng)：Lc +Gi組織：（奧氏體+石墨）的共晶體。第二階段中溫石墨化溫度：1154738c之間，從奧氏體中析出石墨，稱為二次石墨能過飽和析出反應(yīng)：A A+G：組織：A+G：第三階段低溫石墨化溫度：738'C,奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)析出石墨，稱為三次石墨Gm.共析反應(yīng)：& Fp + Gxno組織：（鐵素

20、體+石墨）共析體注：這一階段析出的石墨往往在前兩階段出現(xiàn)的石墨基礎(chǔ)上長大。翹磁轆斷口旗由第一階段第二階段第三階段知充分充分F+G械充分新F+P+G充分P+G麻口超Ld+P+G灰白相間白口Ld+P+FeSC按鑄鐵中石墨的形狀分：普通灰鑄鐵（片狀）球墨鑄鐵（球狀）可鍛鑄鐵（團絮狀）蠕墨 鑄鐵（蠕蟲狀）等鑄鐵性能：1 .抗拉強度低、塑性韌性差石墨相當(dāng)于孔或裂縫，明顯降低了材料的力學(xué)性能。球狀石墨對基體的破壞作用相對較 小，故球墨鑄鐵的力性接近低碳鋼，且可以用熱處理改善基體組織，提高性能。2。鑄造性能好。3 c耐磨性好。4。消震性好。5o切削加工性能好。6c缺口敏感性低。普通灰鑄鐵：如HT150, H

21、T200, HT250牌號：HTxxx , HT表示灰鐵，三個數(shù)字表示最低抗拉強度，單位MPa,用途：用于要求消震、耐磨，如機床床身、汽缸、箱體、活塞等。熱處理：只進(jìn)行去應(yīng)力退火。球墨鑄鐵：如 QT400-15, QT500-05 , QT600-03 牌號：QTxxx-xx,數(shù)字表示最低抗拉強度和伸長率，單位MPa和先。用途：用于一般機械零件，如齒輪、曲軸、凸輪軸等。熱處理：可通過熱處理改善基體組織和性能。可鍛鑄鐵端墨鑄鐵合金鑄鐵第五章引起加工硬化：隨塑性變形量增加，金屬強度、硬度會升高，而塑性、韌性會降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。（折鐵絲是一實例）產(chǎn)生加工硬化的原因：變形產(chǎn)生位錯，隨著變形量增加，位錯密度增高，位錯發(fā)生纏結(jié)和在 晶界上塞積，導(dǎo)致位錯運動困難，從而引起加工硬化。加工硬化的作用：強化材料的一種手段保持材料均勻形變在加熱過程中，形變了的材料會發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個過程回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒的長大，他們都是減少或消除結(jié)構(gòu)缺陷的過程。相應(yīng)地,材料的結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生對應(yīng)變化。回復(fù)：經(jīng)冷加工的材料在在小于0. 4Tm （以K表示）以下的溫度保溫，這時材料發(fā)生點缺 陷消失，位錯重排，應(yīng)力下降的過程為回復(fù)。變化：宏觀應(yīng)力（第一類應(yīng)力）基本消除，但微觀應(yīng)力（第二、第三類）仍然殘存。力學(xué)性 質(zhì)，如強度沒有明顯變化。再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度達(dá)到0.4Tm以上，晶粒形狀開始發(fā)生變化，在亞晶