機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)

COLLEGEOFMATERIALSSCIENCE&ENGINEERINGMSE2005機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)材料科學(xué)與工程學(xué)院1第一章材料的性能一、力學(xué)性能1、剛度——材料抵抗彈性變形的能力。

指標(biāo)：彈性模量E

特點(diǎn)：非常穩(wěn)定2、強(qiáng)度——材料抵抗變形和破壞的能力。

抗拉強(qiáng)度b—材料斷裂前承受的最大應(yīng)力。

屈服強(qiáng)度s—材料產(chǎn)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力23、塑性：材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)、。

——δ>5%的材料為韌性材料，其斷裂為韌性斷裂。4、硬度：材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)HB、HR、HV。5、沖擊韌性：材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)αk。6、斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的能力。指標(biāo)KIC。3二、工藝性能切削加工性鍛造性能鑄造性能焊接性能熱處理性能切削加工性鋼材最適合切削加工的硬度范圍：HB170~230熱處理性能淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。低碳鋼采用正火，中高碳鋼采用退火調(diào)整硬度4第二章材料結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體：原子呈規(guī)則排列的固體。晶格：表示原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞：晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元。5二、純金屬的晶態(tài)結(jié)構(gòu)

Mg、Zn-Fe、Ni、Al-Fe、Cr、W常見金屬底面對(duì)角×3<110>×3<111>×2滑移方向六方底面×1{111}×4{110}×6滑移面0.740.740.68致密度12128配位數(shù)642原子個(gè)數(shù)原子半徑a、caa晶格常數(shù)密排六方面心立方體心立方6知識(shí)提示體心立方、面心立方和密排六方是金屬中最常見典型的晶體結(jié)構(gòu)。體心立方和面心立方金屬滑移系相等，當(dāng)面心立方金屬的滑移方向多，因而塑性好。7三、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、多晶體結(jié)構(gòu)由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒之間的界面為晶界。2、三類晶體缺陷（1）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子（2）線缺陷：位錯(cuò)（3）面缺陷：晶界和亞晶界晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；熔點(diǎn)低；耐蝕性低；產(chǎn)生內(nèi)吸附；是相變的優(yōu)先形核部位。8細(xì)晶強(qiáng)化——通過細(xì)化晶粒來提高強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的方法。金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻，在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，在斷裂前消耗的功大，因而韌性也好。9四、合金的晶體結(jié)構(gòu)合金——由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)；相——金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。合金中的相分為：固溶體和金屬化合物101、固固溶體體合金的的組元元（元元素））互相相溶解解，形形成的的晶體體結(jié)構(gòu)構(gòu)與某某一組組元相相同，，這種種相稱稱為固固溶體體。間隙固固溶體體置換固固溶體體都是有有限固固溶體體可形成成無限限固溶溶體鐵素體體：碳碳在-Fe中的的固溶溶體。。奧氏體體：碳碳在-Fe中的的固溶溶體。。馬氏體體：碳碳在-Fe中的的過飽飽和固固溶體體。11固溶強(qiáng)強(qiáng)化隨溶質(zhì)質(zhì)濃度度的增增加，，固溶溶體的的強(qiáng)度度和硬硬度升升高。。塑性性、韌韌性降降低的的現(xiàn)象象。產(chǎn)生原原因：：溶質(zhì)質(zhì)原子子使晶格畸畸變及對(duì)位錯(cuò)的的釘扎扎作用。馬氏體體的硬硬度主主要取取決于于其含含碳量量，并并隨含含碳量量增加加而提提高。。122、金金屬化化合物物合金中中其晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)與與組成成元素素的晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)均均不相相同的的固相相稱金金屬化化合物物。①正正常價(jià)價(jià)化合合物——符合合正常常原子子價(jià)規(guī)規(guī)律。。②電電子化化合物物—符符合電電子濃濃度規(guī)規(guī)律。。如Cu3Sn。。③間間隙化化合物物—a.簡(jiǎn)單晶晶格結(jié)結(jié)構(gòu)———間隙相相：r非/r金0.59時(shí)形形成，，具有有極高的的硬度度及熔熔點(diǎn)，，非常常穩(wěn)定定。b.復(fù)復(fù)雜結(jié)結(jié)構(gòu)化化合物物———當(dāng)r非/r金金>0.59時(shí)形形成，，如FeB、Fe3C、Cr23C6等。13——與與純金金屬相相比，，固溶溶體的的強(qiáng)度度、硬硬度高高，塑塑性、、韌性性低；；——與與金屬屬化合合物相相比，，其硬硬度要要低得得多，，而塑塑性和和韌性性則要要高得得多。。強(qiáng)碳化化物形形成元元素：：Ti、Nb、、V如如TiC、VC中碳化化物形形成元元素：：W、、Mo、Cr如如Cr23C6弱碳化化物形形成元元素：：Mn、Fe如如Fe3C性能比比較強(qiáng)度：：固溶溶體純金金屬硬度：：化合合物固溶體體純金金屬塑性：：化合物物固溶體體純金金屬14第二章章材材料的的凝固固一、純純金屬屬的結(jié)結(jié)晶1、條條件能能量條條件：：體系系自由由能差差ΔG<0。。結(jié)晶條條件：：過冷冷過冷度度：理理論結(jié)結(jié)晶溫溫度與與實(shí)際際結(jié)晶晶溫度度的差差。2、結(jié)結(jié)晶晶的基基本過過程形核———自自發(fā)形形核與與非自自發(fā)形形核長(zhǎng)大———均均勻長(zhǎng)長(zhǎng)大與與樹枝枝狀長(zhǎng)長(zhǎng)大非均勻形形核———以液體體中存在在的固態(tài)態(tài)雜質(zhì)或或容器壁壁形核為為核心。。均勻形核核——由由液體中中排列規(guī)規(guī)則的原原子團(tuán)形形成晶核核。153、純金金屬中的的固態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)變：：物質(zhì)在在固態(tài)下下晶體結(jié)結(jié)構(gòu)隨溫溫度而發(fā)發(fā)生變化化的現(xiàn)象象。固態(tài)轉(zhuǎn)變變的特點(diǎn)點(diǎn)：①形形核部位位特殊；；②過冷冷傾向大大;③伴伴隨著體體積變化化。16二、合金金的結(jié)晶晶1、重要要概念相圖——是用用來表示示合金系系中各合合金在緩緩冷條件件下結(jié)晶晶過程的的簡(jiǎn)明圖圖解，又又稱狀態(tài)態(tài)圖或平平衡圖。。組元——相圖圖中，組組成合金金的最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、最最基本、、能夠獨(dú)獨(dú)立存在在的物質(zhì)質(zhì)。枝晶偏析析——由于冷卻卻速度快快，造成成在一個(gè)個(gè)枝晶范范圍內(nèi)或或一個(gè)晶晶粒范圍圍內(nèi)成分分不均勻勻的現(xiàn)象象。172、鐵碳碳合金相相圖能畫出鐵鐵碳合金金相圖，，標(biāo)注各各個(gè)相區(qū)區(qū)及特殊殊成分點(diǎn)點(diǎn)，并可可利用杠杠桿定律律計(jì)算的的鐵碳合合金室溫溫下各種種相組成成物的相相對(duì)質(zhì)量量。鐵碳合金金（鋼、、鐵）室室溫平衡衡狀態(tài)下下的組織織組成物物，含碳碳量對(duì)力力學(xué)性能能的影響響。18三、晶粒粒大小及及控制1、晶粒粒度表示晶粒粒大小的的一種尺尺度，可可用晶粒粒的平均均面積或或平均直直徑來表表示。標(biāo)準(zhǔn)晶粒粒度共分分八級(jí)，，一級(jí)最最粗，八八級(jí)最細(xì)細(xì)。2、控制制晶粒度度的方法法⑴控制制過冷度度；⑵變質(zhì)處處理；（（3）振振動(dòng)、攪攪拌向液態(tài)金金屬內(nèi)加加入非均均勻形核核物質(zhì)從從而細(xì)化化晶粒的的方法為為變質(zhì)處處理。加加入的非非均勻形形核物質(zhì)質(zhì)叫變質(zhì)質(zhì)劑。19第四章金金屬的塑塑性變形形與再結(jié)結(jié)晶一、金屬塑性性變形方方式1、滑移移晶體的一一部分沿沿一定的的晶面和和晶向相相對(duì)于另另一部分分發(fā)生滑滑動(dòng)位移移的現(xiàn)象象?！埔剖峭ㄟ^過滑移面面上位錯(cuò)錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的，是是主要的的變形方方式。2、孿生生孿生是指指晶體的的一部分分沿一定定晶面和和晶向相相對(duì)于另另一部分分所發(fā)生生的切變變?！牧狭想y以發(fā)發(fā)生滑移移時(shí)，才才以孿生生方式變變形。20二、多晶晶體金屬屬的塑性性變形1、變形形特點(diǎn)多晶體的的變形是是許多單單晶體變變形的綜綜合作用用的結(jié)果果。多晶體體內(nèi)單單晶體體的變變形仍仍是以以滑移移和孿孿生兩兩種方方式進(jìn)進(jìn)行。。晶粒是是通過過晶界界結(jié)合合在一一起的的，晶晶粒的的位向向和晶晶界對(duì)對(duì)變形形有很很大的的影響響。212、變變形過過程總總結(jié)多晶體體的塑塑性變變形，，是在在各晶晶粒互互相影影響，，互相相制約約的條條件下下，從從少量量晶粒粒開始始，分分批進(jìn)進(jìn)行，，逐步步擴(kuò)大大到其其它晶晶粒，，從不不均勻勻的變變形（（微觀觀）逐逐步發(fā)發(fā)展到到均勻勻的變變形（（宏觀觀）。。223、金屬化合物物形態(tài)碳化物在晶晶界呈網(wǎng)狀狀分布———對(duì)合金的的強(qiáng)度和塑塑性不利；；碳化物在晶晶內(nèi)呈片狀狀分布———提高強(qiáng)度度、硬度，，降低塑、、韌性；在晶內(nèi)呈顆顆粒狀彌散散分布———合金的強(qiáng)強(qiáng)度、硬度度升高，塑塑性、韌性性略有下降降（彌散強(qiáng)強(qiáng)化）23三、塑性變變形對(duì)組織織和性能的的影響1、對(duì)組織結(jié)構(gòu)構(gòu)影響——晶粒拉拉長(zhǎng)、壓扁扁、破碎甚甚至呈纖維維狀?！纬尚涡巫兛棙?gòu)2、對(duì)性能能的影響———加工硬硬化和殘余余應(yīng)力隨冷塑性變變形量增加加，金屬的的強(qiáng)度、硬硬度提高，，塑性、韌韌性下降的的現(xiàn)象稱加加工硬化。。原因：4條條原因24四、回復(fù)與與再結(jié)晶回復(fù)——再再結(jié)晶———晶