工程材料重点知识汇总

1、强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。硬度：衡量金属材料软硬程度的指标。材料在交变应力作用下，在一处或几处产生局部永久性积累损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳。当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂，此应力值称为材料的疲劳极限。塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。名称含义单位Z断面收缩率试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比1A断后伸长率试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比1Rm抗拉强度材料在试样断裂前所受的最大应力值MPaRr0.2规定残余延伸强度规定残余伸长率为0.2%时的应力MPaReH上屈服强度不连续屈服阶

2、段最大应力MPaReL下屈服强度不连续屈服阶段最小应力MPa-1纯弯曲疲劳极限光滑试样在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限MPaAk冲击吸收功冲断试样的吸收功JK1应力场强度因子反应应力场强度的参量MPa·m12HBS布氏硬度符号压头为淬火钢球时，布氏硬度符号Kgf/mm2或N/mm2HBW布氏硬度符号压头为硬质合金球时的布氏硬度符号同上3种最典型、最常见的金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格晶格常数aaa(底面边长)、c(高)原子半径R=34aR=24aR=12a原子数46配位数81212致密度0.680.740.74典型金属

3、-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb（铌）、Ta（钽）-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、AgMg、Be（铍）、Zn、Cd（镉）晶体中不可避免的存在着许多不完整的部位，这些晶格不完整的部位称为晶格缺陷。晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。合金：两种或者两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元素组成的，具有金属特性的新物质。相：合金中结构相同、成分和性能均一并以晶界相互分开的组成部分。合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。组织：在金属学中，组织是指用金相观察方法观察到的材料内部微观形貌的图像，又称为金相组织。固溶体是指合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。一般把与合金晶体结构相同的元素称为

4、溶剂，其他元素称为溶质。固溶体又分为置换固溶体和间隙固溶体。固溶强化：形成固溶体时，随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，这种由于溶质原子的固溶引起的强化效应称为固溶强化。固溶强化的原因是溶质原子（相当于间隙原子或置换原子）使溶剂晶格发生畸变及对位错的钉扎作用（溶质原子在位错附近偏聚），阻碍了位错的运动。问：1g铁有多少个原子，在室温和1000各有多少个晶胞。解：铁的摩尔质量：56g/mol，1mol=6.02×1023，1g铁有6.02×1023/56=1.075×1022个原子，室温下铁是体心立方晶格（-Fe），每个晶胞有两个原子，所以室温下

5、有5.375×1021个晶胞，1000时铁是面心立方晶格（-Fe），每个晶胞有四个原子，所以1000时有1.075×1022/4=2.6875×1021个原子。问：已知纯铝的原子直径为0.28683nm，试求其晶格常数。解：纯铝是面心立方晶格，R=24a，则晶格常数：a=42R=22d=2d=0.40564nm过冷度（T）：金属的实际结晶温度Tn与理论结晶温度Tm之差。即：T=Tm-Tn。过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，实际结晶温度越低，过冷度也越大。结晶的充分必要条件是液态金属必须具有一定的过冷度。结晶过程就是形核与长大的过程。晶核的形成方式有两种：均

6、匀形核（匀质形核或自发形核）和非均匀形核（异质形核或非自发形核）。晶核的长大方式有两种：均匀长大和树枝状长大。在室温下，晶粒越细小，其强度、硬度越高，塑性、韧性越好，这种利用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。少数金属在固态时会发生晶格类型的转变，这种在固态下随温度的变化由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异晶转变。问：为什么金属结晶时一定要有过冷度？答：，只有当结晶温度低于理论结晶温度时，固态金属的自由能低于液态金属的自由能，液相金属和固相金属的自由能之差构成了金属结晶的驱动力，液态金属才能结晶。问：为什么一般希望材料获得细晶粒？细化晶粒的方法有哪些？答：因为在室温下，晶粒越细小，

7、其强度、硬度越高，塑性、韧性越好，所以希望材料获得细晶粒。细化晶粒的方法有：（1）提高金属的过冷度；（2）进行变质处理；（3）附加振动、搅拌。问：简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。答：当液态金属注入锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，型壁可作为非均匀形核的基底，立刻形成大量的晶核并迅速长大至互相接触，在金属表面形成了一层厚度不大，由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。型壁被熔液加热不断升温，使剩余液体冷却变慢，并且由于结晶时释放潜热，故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，但此时长大速度受到的影响较小，因此细晶区中现有的晶体中那些适宜生长的晶粒就会长

8、大。只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，受邻近晶粒的限制而不能发展，因此这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，阻止柱状晶的快速生长。在柱状晶区前沿，出现一个过冷度更小、温度比较均匀、没有明显散热方向的液态金属区。当整个熔液温度降至熔点以下时，剩余液体中某些未熔杂质或从柱状晶上被冲下的晶枝成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个中心粗等轴晶区。（此系书上原文，答题时需简化）细晶区的晶粒十分细小，组织致密，力学性能很好。在柱状晶区中

9、，晶粒彼此间的界面比较平直，气泡缩孔很小，组织比较致密。柱状晶的性能具有明显的方向性，沿柱状晶晶轴方向的强度较高。柱状晶的接触面易形成弱结合面，在热轧、锻造时容易开裂。等轴晶没有弱面，其枝晶彼此嵌入，结合较牢，性能均匀，无方向性。问：纯铁在常压下有哪几种同素异构体？各具有何种晶体结构？答：纯铁在常压下有三种同素异构体，分别是-Fe、-Fe、-Fe。晶体结构分别是：体心立方（-Fe）、体心立方（-Fe）、面心立方（-Fe）。铁碳合金中的基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体。符号组织特征力学性能铁素体F或明亮的多边形晶粒性能与纯铁相似，强度、硬度低，塑性、韧性好奥氏体A或不规则多面体晶粒晶界较铁素体平直

10、塑性、韧性好，强度、硬度较低渗碳体Fe3C或Cm常以片状、球状、网状等形式与其他相共存硬度很高，塑性、韧性几乎为零，极脆珠光体P铁素体与渗碳体的机械混合物强度比铁素体高，脆性比渗碳体低高温莱氏体Ld渗碳体和奥氏体的共晶体硬而脆低温莱氏体Ld由珠光体和渗碳体组成硬而脆铁碳合金相图（以书上P58 图5-15为准，此处仅供参考）共析转变：0.770.0218+Fe3C共晶转变：L4.32.11+Fe3C在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应称为共析反应或共析转变

11、。问题：分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程。并示意地画出它们在室温时的显微组织。解：45钢（亚共析钢）：LL+P+T8钢（共析钢）：LL+PT12钢（过共析钢）：LL+Fe3CP+Fe3C图样参考课本上图5-17最后一张（T8钢）、图5-19最后一张（45钢）、图5-21最后一张（T12钢）钢按含碳量分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢。按冶炼方法分：按炼钢炉的不同分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。按脱氧方法分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。按质量分类：普通质量钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。钢的牌号：碳素工具钢：第一部分：前缀符号+强度值（MPa）。通用结构钢前缀符号Q

12、（屈）。第二部分（必要时）：钢的质量等级，用英文字母A、B、C、D、E、F表示。第三部分（必要时）：钢的脱氧方式表示符号，即沸腾钢（F）、半镇静钢（Z）、镇静钢（b）和特殊镇静钢（TZ）。半镇静钢和特殊镇静钢的表示符号可以省略。第四部分（必要时）：产品用途、特性和工艺方法的表示符号。优质碳素结构钢：第一部分：以两位阿拉伯数字表示含碳量（万分之）。第二部分（必要时）：较高含锰量的优质碳素结构钢，加锰元素符号Mn。第三部分（必要时）：钢材冶金质量。高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。第四部分（必要时）：脱氧方式表示符号。第五部分（必要时）：产品用途、特性和工艺方法的表示符号。碳素工具钢：第一部分：

13、T+碳含量（千分之）。第二部分（必要时）：较高含锰量的优质碳素结构钢，加锰元素符号Mn。第三部分（必要时）：钢材冶金质量。高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。铸钢：（1） 用强度表示：ZG（铸钢）后面加两组数字表示力学性能，第一组表示屈服强度最低值，第二组表示抗拉强度最低值，用“-”相连。例如：ZG200-400（2） 用化学成分表示：ZG后面用一组数字表示铸钢的名义含碳量（万分之）含碳量大于1%不标注，含碳量小于0.1%，标注第一位数字为0。例如：ZG25铸铁的石墨化程度与组织之间的关系石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一阶段石墨化第二阶段石墨化完全进行完全进行+G灰口铸铁部分进行+P+

14、G未进行P+G部分进行未进行Ld+P+G麻口铸铁未进行未进行Ld白口铸铁铸铁的牌号：第一部分：铸铁的代号由表示该特征的汉语拼音的第一个大写字母组成当两种铸铁名称代号相同时，可加小写字母区别。例如：HT（灰铁）QT（球铁）RuT（蠕铁）。第二部分：元素符号、名义含量、力学性能。（1） 以化学成分表示：合金元素符号及名义含量（质量分数）排列在铸铁代号之后，按含量递减，含量相同时，按元素符号字母顺序排序。（2） 力学性能值排在铸铁代号之后。牌号中有合金元素时，抗拉强度值排在元素符号及含量之后，以“-”隔开。牌号后有一组数字时表示抗拉强度值（MPa），有两组数字时，第一组表示抗拉强度，第二组表示伸长率

15、（%），并用“-”隔开。单晶体的塑性变形方式主要有：滑移与孪生。加工硬化：也称形变硬化。即随着变形量的增大，金属的强度和硬度显著提高而塑性和韧性明显下降。变形金属加热时的组织和性能的变化随着温度的不同大致分三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大。冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的变形之中产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，该过程称为再结晶。回复阶段：在加热温度较低时，仅因金属中的一点点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化，而变形金属的显微组织基本上没有发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织。再结晶

16、阶段：当变形金属被加热到较高温度，具有较高的原子活动能力时，其晶粒的外形便开始发生变化，从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。晶粒长大阶段：再结晶完成后，若再继续升高加热温度或过分地延长加热时间，金属的晶粒便会继续长大。问：为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越低，塑性、韧性越好？答：金属的晶粒愈细，其晶界总面积便愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也便愈大，其强度也就愈高。晶粒愈细，金属的单位体积中的晶粒数便愈多，变形时同样的变形量可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因而，断裂前可发生较大的塑性形变量，具有较高的

17、冲击载荷抗力。所以，金属的晶粒越细，其塑性、韧性越好。问：什么是加工硬化？加工硬化有什么意义？答：加工硬化也称形变硬化。即随着变形量的增大，金属的强度和硬度显著提高而塑性和韧性明显下降。加工硬化的意义：（1）加工硬化是一种非常重要的强化手段，可用来提高金属的强度；（2）加工硬化有利于金属进行均匀变形；（3）加工硬化可保证金属零件和构件的工作安全性。问：钢在奥氏体区锻造会不会发生加工硬化？为什么？答：不会发生加工硬化。钢的再结晶温度在500650之间，钢在奥氏体区的温度高于其再结晶温度，所以不会产生加工硬化。钢热处理是将钢加热到一定温度,保温一段时间,并以适当的速度冷却,以改变钢的内部或表面组织

18、,从而获得所需材料性能的工艺方法。共析碳钢在加热过程中组织转变，珠光体将转变成奥氏体，转变过程包括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四个过程。两个图：共析钢过冷奥氏体等温转变曲线图及转变产物（P103 7-5）、过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用（P111 7-18）。过冷奥氏体在A1550温度范围内，将分解为珠光体类型组织。大致是在A1650温度范围形成珠光体、650600温度范围形成索氏体、600550温度范围形成屈氏体。珠光体、索氏体、屈氏体三者均属层片状的铁素体与渗碳体的机械混合物，其差别仅在于粗细不同。即索氏体是过冷奥氏体在650600温度范围形

19、成的层片状的铁素体与渗碳体的机械混合物。屈氏体是过冷奥氏体在600550温度范围形成的层片状的铁素体与渗碳体的机械混合物。马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。问：什么是退火？什么是正火？什么是淬火？答：退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。正火是将钢加热到Ac3或Acm以上3050，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。淬火：将钢加热到Ac3亚共析钢或Ac1（共析钢、过共析钢）以上3050，经保温后，快速冷却获得马氏体的热处理操作。问：下列说法是否正确？为什么？（1） 马氏体是硬而脆的相。（不对。马氏体硬度高，而低碳板条状马氏体的韧性塑性非常好。所以马氏体是硬而脆的相的判断是错误的。渗碳体是硬而脆的