[2020年考研]工程材料學(xué)考點(diǎn)歸納

1、工程材料學(xué)考點(diǎn)歸納填空題部分1.八大力學(xué)指標(biāo)及量綱：彈性模量（E GPa）、抗拉強(qiáng)度（bMPa）、屈服強(qiáng)度（sMPa）、延伸率（%）、斷面收縮率（%）、沖擊韌度（akJ/cm2）、斷裂韌度（KCMPa?m0.5或MN ?m-1.5）、硬度（H布氏無(wú)量綱 洛氏無(wú)量綱常用 維氏MPa）2.四大強(qiáng)化機(jī)制：固溶強(qiáng)化（點(diǎn)）：形成固溶體（間隙置換） 位錯(cuò)強(qiáng)化（線(xiàn)）：力口 工硬化，刃型，螺型 晶粒細(xì)化（面）：晶界，亞晶界 第二相強(qiáng)化（體）：沉淀硬化，彌 散強(qiáng)化3.材料五要素：成分、合成加工、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用效能（四要素：結(jié)構(gòu)/成分，合成制備，效能，性質(zhì)）4.組織內(nèi)涵：相的種類(lèi)、體積分?jǐn)?shù)、形貌、尺寸、分布及界

2、面5.輕金屬基本性能：Fe 7.8 1538 200GPa Al 2.7 660 70GPa Mg 1.7 649 Ti 4.5 16686.使用效能（對(duì)應(yīng)力學(xué)性能）：變形（E、s、）、斷裂（b、Kc）、磨損（H）、腐蝕、老化熱導(dǎo)率強(qiáng)度R _7.熱振性能公式熱膨脹系數(shù)模量8.固溶體關(guān)鍵點(diǎn)：結(jié)合鍵一金屬鍵，金屬性質(zhì)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和塑性，在合金中作為基體相，以確保合金具有良好的塑性及韌性。影響固溶度的因素主要有：晶體結(jié)構(gòu)一相似相容；原子尺寸半徑比；電負(fù)性；價(jià)電子濃度；9.中間相（金屬間化合物）關(guān)鍵點(diǎn)：結(jié)合鍵一金屬鍵與其它典型鍵（如離子鍵、共價(jià)鍵和分子鍵）相混合。分類(lèi)：正常價(jià)化合物（電負(fù)性較強(qiáng)，離子

3、鍵+金屬鍵）電子化合物（電子濃度，金屬鍵）間隙化合物（受原子尺寸因素控制的中間相，原子半徑尺寸小，共價(jià)鍵+金屬鍵 鋼中的主要強(qiáng)化相）10.固態(tài)相變：驅(qū)動(dòng)力（體系自由能差）阻力（界面能、應(yīng)變能）11.鋼的型號(hào)：結(jié)構(gòu)鋼（Q235、工具鋼（T10、低碳結(jié)構(gòu)鋼（成型性焊接性，低碳，不能熱處理）滲碳鋼（齒輪，面硬心韌，20Cr,20CrMnTi，回火馬氏體，低溫）調(diào)質(zhì)鋼（連桿曲軸，綜合機(jī)械性，40Cr,40CrNiMo，回火索氏體，高溫）彈簧鋼（高強(qiáng)高硬，噴丸強(qiáng)化，65Mn,60Si2Mn， 回火屈氏體， 中溫） 高速鋼 （刃具， 高熱硬性W18C4V）模具鋼 （9Mn2V、不銹鋼（低碳高鉻，n/8規(guī)律

4、，1Cr13,1Cr17Ti,1Cr18Ni9Ti）12.不銹鋼耐腐蝕機(jī)制：獲得均勻的單向組織， 提高合金相的電極電位，表面形成致密的鈍化膜。13.陶瓷材料組織結(jié)構(gòu)：晶相（硅酸鹽、氧化物，氮化物和碳化物，決定陶瓷性能），玻璃相（粘接，填充，降低燒結(jié)溫度）氣相（性能有害，提高絕熱性、抗熱振性）。14.常用陶瓷材料：剛玉a-AI2O3莫來(lái)石3AI2O3?2SiO2氮化硅Si3N4碳化硅SiC簡(jiǎn)答題部分1、三大材料內(nèi)涵及性能特點(diǎn)(Fe)Composition (wt% C)LZJ6.70金屬材料：鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金；與陶瓷及高分子材料相比，密度更大些；強(qiáng)韌 性更好（可承受較大變形而不斷裂），

5、延展性、金屬光澤，易加工，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件；導(dǎo)電導(dǎo)熱；不透光；部分金屬材料有磁性。Fe-1538 AI-660高分子材料：工程塑料、合成橡膠、合成纖維、膠粘劑；密度低；強(qiáng)度不高、塑性好，易加 工成型；不耐熱，絕緣性好，耐腐蝕。陶瓷材料：普通陶瓷、特種陶瓷、金屬陶瓷；強(qiáng)度高，硬而脆；導(dǎo)電導(dǎo)熱性差；耐高溫、耐腐蝕。AI2O3-2500 390GPa制粉、成型、燒結(jié)2、五大失效形式內(nèi)容及對(duì)策畸變：在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能實(shí)現(xiàn)的變化包括彈性、塑性、翹曲彈性畸變-提高高彈性模量塑性畸變-提高屈服強(qiáng)度斷裂：含裂紋體承載達(dá)到臨界值時(shí)，致使裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，最終產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。類(lèi)型：超載斷裂、疲勞斷裂、持久

6、蠕變斷裂、疲勞與蠕變交互作用斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂-采用強(qiáng)度高、韌性好，疲勞強(qiáng)度高的材料磨損：相互接觸的材料表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形， 使材料表面狀 態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。 粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、沖刷磨損、腐蝕磨損-提高硬度、表面強(qiáng)化處理腐蝕：金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生的一種表面損耗，是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)作用的結(jié)果。均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。-采用耐蝕性高的材料、 表面處理老化：高分子材料在加工、 貯存和使用過(guò)程中，經(jīng)受熱、光照、潮濕等各種環(huán)境因素的影響， 使性能下降，最后喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象稱(chēng)為老化。3、相和相圖會(huì)畫(huà)下圖所有內(nèi)容，

7、杠桿定律計(jì)算某成分下組織及相的百分比。（見(jiàn)材料科學(xué)基礎(chǔ)）Compffiition (at% C)25002000150010006附：材科基第五章相圖理論第四次課程作業(yè)答案第一題：（1）寫(xiě)出在1495C、1148C、727C發(fā)生的三相反應(yīng)的反應(yīng)式。（2）分析含碳量1.2 wt%和3.5 wt%的鐵碳合金的平衡凝固過(guò)程及平衡組織，并畫(huà)出冷卻曲線(xiàn)（3）分別計(jì)算出上述兩種合金中二次滲碳體和三次滲碳體（如果有）的含量。 解：（1）三相反應(yīng)式分別為：L0.530.091493 CA0.17L4.31147 CA2.11(Fe3C)6.69根據(jù)Fe-Fe3C相圖，回答下列問(wèn)題:+二次滲碳體，如圖所示:(F

8、e)Composition (wt% C)0.77727 CF0.02(Fe3C)6.69組織中二次滲碳體（由奧氏體中析出的滲碳體）的百分?jǐn)?shù)為:1 2 0 77 W（Fe3C）II100% 2.26%6.690.77組織中三次滲碳體（由鐵素體中析出的滲碳體）6.691.20.0218W（Fe3C）川%-6.690.02186.693.5 wt%的鐵碳合金的平衡凝固過(guò)程為：的百分?jǐn)?shù)為：6.693.56.69 2.11 0.0218W(Fe3C)川%0.085%6.692.11 6.69 0.776.694、塑性變形本質(zhì)：?jiǎn)尉w：滑移（位錯(cuò)線(xiàn)在滑移面上沿著滑移方向的運(yùn)動(dòng)）孿生（在切應(yīng)力作用下晶體的

9、一部分相對(duì)于另一部分沿孿生面和孿生方向發(fā)生切變的變形過(guò)程）扭折多晶體：晶粒取向差效應(yīng)（相鄰晶粒位向不同阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；相鄰晶粒要協(xié)調(diào)變形，保持晶體連續(xù)性）晶界的作用（晶界處原子排列紊亂，阻礙位錯(cuò)的滑移，使變形抗力增大。位錯(cuò)在 晶界上塞集，產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使變形抗力增大）。多相合金：兩相合金中的一相是硬而脆的金屬間化合物時(shí)，合金的塑性變形行為受到第二相的性質(zhì)、數(shù)量、形狀、尺寸、分布及界面的影響。5、 回復(fù)再結(jié)晶的定義及組織性能變化：（不發(fā)生相變）回復(fù)：加熱過(guò)程中，變形金屬在新的無(wú)畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化過(guò)程。（保留原形貌）顯微組織無(wú)明顯變化，宏觀殘余應(yīng)力全部或大部消除（位

10、錯(cuò)密度降低）。強(qiáng)度和硬度略有降低、塑性有所增高、電阻降低。再結(jié)晶：冷變形的金屬加熱到一定溫度后，變形組織中產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，而性能也恢復(fù)到變形前的狀況的過(guò)程。（新晶核，產(chǎn)生新的等軸晶）加工硬化現(xiàn)象被消除，內(nèi)應(yīng)力全部消失，性能恢復(fù)到拉長(zhǎng)變形以前的水平。6、鋼中奧氏體形成：定義：鋼中奧氏體是碳或各種化學(xué)元素溶入丫-Fe中所形成的固溶體FCC。形成機(jī)理：奧氏體形核、奧氏體晶核長(zhǎng)大、剩余碳化物溶解、奧氏體成分均勻化轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)：碳的擴(kuò)散需要時(shí)間較長(zhǎng)。影響因素：加熱溫度 鋼中碳含量 原始組織 合金元素（強(qiáng)碳化物形成元素Cr、V、Mo、W等降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)； 非碳化物形成元素Co、Ni等增大碳

11、在奧氏體中的擴(kuò)散 系數(shù)；合金元素在奧氏體中分布不均勻，擴(kuò)散系數(shù)很低，比碳低34個(gè)數(shù)量級(jí)更難均勻化合金鋼的熱處理加熱溫度一般較高，保溫時(shí)間更長(zhǎng)。）的百分?jǐn)?shù)為:0.268%LdFe3CIILdP Fe3C|LdPFe3CIILd碳量3.5wt%鐵碳合金室溫下的平衡組織為低溫萊氏體組織中二次滲碳體（由奧氏體中析出的滲碳體）4.3 3.52.11 0.77 100%4.3 2.11 6.69 2.11wFe3C+珠光體+二次滲碳體。 的百分?jǐn)?shù)為：8.3%組織中三次滲碳體（由鐵素體中析出的滲碳體）晶粒長(zhǎng)大及控制：加熱溫度升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大。溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大；奧氏體中碳含量增高，晶

12、粒長(zhǎng)大傾向增大。未溶碳化物則阻礙晶粒長(zhǎng)大。鈦、釩、鈮、鋯、鋁有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶界上，能阻礙 晶粒長(zhǎng)大。7、共析分解：相的尺寸不同：按層間距大小分為：珠光體（P）、索氏體（S）和屈氏體（T）（高溫?cái)U(kuò)散性轉(zhuǎn)變成平 衡組織，即鐵素體不是過(guò)飽和的）過(guò)冷奧氏體中貧碳區(qū)（形成鐵素體胚核）和富碳區(qū)（形成滲碳體胚核）是珠光體共析分解的一個(gè)必要條件。上貝氏體（B上）下貝氏體（B下）（中溫轉(zhuǎn)變，鐵素體過(guò)飽和，鐵難擴(kuò)散，碳的擴(kuò)散能力 下降）始態(tài)：平衡珠光體共析鋼 終態(tài)：珠光體（650-727）、索氏體（600-650）屈氏體（550-600）上貝氏 體（350-550）下貝氏

13、體（230-350）8、馬氏體相變強(qiáng)化機(jī)理特征：無(wú)擴(kuò)散性、亞結(jié)構(gòu)（高密度位錯(cuò)或細(xì)微孿晶）、表面浮凸和形狀改變、存在殘余奧氏體（高密度位錯(cuò)等晶體缺陷（協(xié)作形變）導(dǎo)致相變阻力增大（缺陷間的交互作用）強(qiáng)化機(jī)理：位錯(cuò)強(qiáng)化和晶粒細(xì)化強(qiáng)化（板條狀和片狀馬氏體尺寸?。?、相變強(qiáng)化（極高的位錯(cuò)密度和層錯(cuò)、大量精細(xì)孿晶、大量界面使馬氏體強(qiáng)化和硬化）、固溶強(qiáng)化（嚴(yán)重過(guò)飽和的碳的固溶體）、時(shí)效強(qiáng)化（碳原子偏聚形成過(guò)渡箱，產(chǎn)生第二相效果）9、 淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變機(jī)理：馬氏體的分解、殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變、碳化物的聚集長(zhǎng)大、鐵素體的多邊形化?；鼗瘃R氏體：馬氏體低溫回火產(chǎn)物，由碳的過(guò)飽和a相基體與n-Fe2C（或&碳化物）

14、或碳原子偏聚團(tuán)所組成；（與馬氏體相比，尺寸形貌無(wú)變化，但有部分碳化物析出，強(qiáng)度硬度仍然很高，韌性稍有改善，內(nèi)應(yīng)力消除）回火屈氏體：馬氏體中溫回火產(chǎn)物，已發(fā)生回復(fù)的鐵素體基體與極為細(xì)小的B-碳化物所組成；（與屈氏體相比，不同點(diǎn)為，鐵素體不再過(guò)飽和，馬氏體形貌不變，但強(qiáng)度進(jìn)一步降低， 可能有下貝氏體出現(xiàn)。主要為晶粒細(xì)化強(qiáng)化）回火索氏體：馬氏體高溫回火產(chǎn)物，鐵素體基體上彌散均勻分布著較大顆粒狀的B-碳化物或特殊碳化物所組成。（與索氏體差異，鐵素體再結(jié)晶形成，由板條狀多邊形化，強(qiáng)度硬度 進(jìn)一步降低，但斷面收縮率和伸長(zhǎng)率增加）。10、 鋁合金時(shí)效強(qiáng)化：變形鋁合金（不可熱處理，可熱處理），鑄造鋁合金。步驟

15、：固溶（合金加熱到a相區(qū)，保溫獲得單相a固溶體，迅速水冷，在室溫得到過(guò)飽和的a固溶體）一脫溶（固溶處理的過(guò)飽和a固溶體不穩(wěn)定，有分解出強(qiáng)化相過(guò)渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高） 一時(shí)效（自然時(shí)效 人工時(shí)效 固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨 溫度的降低而顯著降低。第二相強(qiáng)化原理，析出電子化合物，保持共格或半共格狀態(tài)，產(chǎn)生錯(cuò)配度，導(dǎo)致固溶強(qiáng)化的彌散效果。）階次規(guī)律：過(guò)飽和基體一GP區(qū)一介穩(wěn)相一平衡相G.P（plate）0 （plate0 B（CuAI2）11、 鋼的淬火：鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時(shí)間后快速冷卻獲得馬氏體的熱處理工藝稱(chēng)為淬火。鋼淬火時(shí)形成馬氏體的能力叫做鋼的淬透性。影響淬透性

16、的因素：碳含量（共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好）合金元素（除鈷以外， 合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使C曲線(xiàn)右移，淬透性提高）奧氏體化溫度（提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性）非金屬夾雜物（降低淬透性）鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼的淬硬性。淬硬性主要決定于馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。12、 鋼的合金化原理：（1）合金元素在鋼中的存在方式：溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，形成間隙或置換固溶 體，形成碳化物與氮化物，形成金屬間化合物，形成非金屬夾雜物。（2） 合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響：擴(kuò)大丫相區(qū)的元素（稱(chēng)為奧氏體形

17、成元素Ni、Mn、Co、C、N、Cu、Zn、Al）和縮小丫相區(qū)的元素（稱(chēng)為鐵素體形成元素Si、Cr、P、V、Al、Be）（3）對(duì)奧氏體形成的影響：強(qiáng)碳化物形成元素與碳生成的碳化物更穩(wěn)定，鋼加熱轉(zhuǎn)變時(shí)碳 化物的分解溫度更高，顯著阻礙碳的擴(kuò)散，故大大減慢奧氏體的形成速度。（4）對(duì)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變影響：均勻化過(guò)程，合金元素?cái)U(kuò)散較間隙原子C慢得多，故對(duì)合金鋼應(yīng)采用較高的加熱溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間。（5）對(duì)奧氏體晶粒大小的影響：強(qiáng)碳化物形成元素V、Ti、Nb、Zr等因形成的碳化物在高 溫下較穩(wěn)定，不易分解，難以溶于奧氏體中，能阻礙奧氏體晶界外移，顯著細(xì)化晶粒。（6） 對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的影響：C曲線(xiàn)右移，抑制奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，提高淬 透性。（7） 對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響：增加相變阻力，故影響馬氏體相變點(diǎn)Ms和Mf;降低！影響殘 余奧氏體量；增加！產(chǎn)生馬氏體組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)；增加形成孿晶馬氏體的傾向。（8）對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響：提高鋼的回火穩(wěn)定性（鋼對(duì)回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能 力），使回火過(guò)程各個(gè)階段