华中科技大学——工程材料学复习知识点知识点

1、工程材料学知识点第一章材料是有用途的物质。一般将人们去开掘的对象称为“原料”，将经过加工后的原料称为“材料”工程材料：主要利用其力学性能，制造结构件的一类材料。主要有：建筑材料、结构材料力学性能：强度、塑性、硬度功能材料：主要利用其物理、化学性能制造器件的一类材料.主要有：半导体材料 （Si）磁性材料压电材料光电材料金属材料：纯金属和合金金属材料有两大类：钢铁（黑色金属）非铁金属材料（有色金属）非铁金属材料：轻金属（Ni以前）重金属（Ni以后）贵金属（Ag，Au，Pt，Pd）稀有金属（Zr，Nb，Ta）放射性金属（Ra，U）高分子材料：由低分子化合物依靠分子键聚合而成的有机聚合物主要组成：C，

2、H，O，N，S，Cl，F，Si三大类： 塑料（低分子量）： 聚丙稀 树脂（中等分子量）：酚醛树脂，环氧树脂 橡胶（高分子量）： 天然橡胶，合成橡胶陶瓷材料：由一种或多种金属或非金属的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸盐组成的无机非金属材料。陶瓷：结构陶瓷 Al2O3， Si3N4，SiC等功能陶瓷 铁电 压电材料的工艺性能：主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。材料可生产性：材料是否易获得或易制备铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的能力锻造性：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等)的可能性或难易程度的度量焊接性：利用部分熔体，将两块材料

3、连接在一起能力第二章（详见课本） 密排面 密排方向 fcc 111<110>bcc 110<111>体心立方bcc面心立方fcc密堆六方cph点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是原子尺寸大小的晶体缺陷。类型：空位：在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。 间隙原子：在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。 异类原子：在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子占据原有的原子位置。线缺陷：在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是

4、晶体中的位错（Dislocation）形式：刃型位错 螺型位错 混合型位错位错线附近的晶格有相应的畸变，有高于理想晶体的能量；位错线附近异类原子浓度高于平均水平；位错在晶体中可以发生移动，是材料塑性变形基本原因之一；位错与异类原子的作用，位错之间的相互作用，对材料的力学性能有明显的影响。面缺陷：在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。形式：晶界面 亚晶界面 相界面第三章过冷： 一般地，熔体自然冷却时，随时间延长，温度不断降低，但当冷却到某一温度Tn时，开始结晶，此时随着时间的延长，出现一个温度平台，这一平台温度通常要低于理想的结晶温度

5、T0，这样在低于理想结晶温度以下才能发生结晶的现象过冷。过冷度：实际结晶温度Tn与理想结晶温度T0之差DTT0Tn 称为过冷度。 过冷度的大小随冷却速度的增加而增加过冷度愈大，G愈大，结晶驱动力愈大结晶过程：形核：符合能量条件和结构条件的短程有序集团(尺寸达到临界尺寸）将成为结晶核心。长大：金属液体中的晶核一旦形成，由于系统自由能降低，晶核将迅速长大直到液体全部消失形核率(N)：单位时间在单位母体（液体）的体积内晶核的形成数目称为形核率。一般合金相图是在常压下（P1atm）获得的，所以对于一个合金体系描述相图的参数有三个：成分，温度，相。即相只与温度和成分相关。若以成分（C）为横坐标，T为纵坐

6、标，那么坐标系任一点即表示某一成分合金在某一温度下对应的相.匀晶相图杠杆定律：设 mL和 ma分别为两相的质量，它们满足以下杠杆定律：共晶反应：在某一温度下，从液体中同时析出两种固溶体。即：L+7条线：AE、BE为液相线，温度在液相线上，为单一液态；AC、BD为固相线，温度在此以下为单一固溶体；CED：共晶反应线，对应L+；CG、DH为，固溶体的溶解度变化线，即：，固溶体的溶解度随温度变化而发生变化的曲线。6个相区：3个单相区：L、 a、b3个两相区： L+a, L+ b、 a +b注：两个单相区由一个双相区分隔 (相律）1个点：E：共晶成分点， 液体温度最低点。成分在E点以左，为亚共晶（成分

7、在 CE 范围）成分在E点以右，为过共晶（成分在 ED 范围）包晶反应：两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，并且发生包晶转变：L+a®b。Ac 和 bc为两液相线，与其对应的 ad 和 bp 为两固相线；Df 和pg 固溶体、的溶解度随温度变化线；dpc为包晶转变线。相图含三个单相区L、；三个双相区L、L、； 一个三相区 L，水平线dpc为包晶反应线， P点为包晶点，对应包晶反应： L+a®b。共析反应：特点：（1）固态反应。（2）类似于共晶反应。（3）共析反应：g®ab（4） a、b为交替的片层结构。（5） a、b的相对含量符合杠杆定律。稳定化合物（金属间化

8、合物）在相图中的形式：稳定化合物在相图中表现为一直线，可将其视为独立组元，并以其为界将相图分开进行分析。第四章纯铁：-Fe 在770（居里温度）发生由铁磁性转变为顺磁性，即铁磁性消失。工业纯铁的力学性能特点是：强度、硬度低，塑性、韧性好C在钢铁中存在的三种形式：溶入Fe的晶格形成固溶体（间隙固溶体）钢以游离石墨存在于钢铁中铸铁。与铁成金属间化合物 如Fe3C, Fe2C, FeC）金属间化合物石墨性能：耐高温，可导电，润滑性好，强度、硬度、塑性和韧性低。实线为 FeFe3C 相图虚线为 FeC 相图相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由相形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferri

9、te)。 = F相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由相形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。 = A相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，相出现的温度较高，组织形貌一般不易观察，也有称高温铁素体。Fe3C相 铁与碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为 Cm(Cementite)。石墨 在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。L相 碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。这是一包晶反应(1495 C)，发生在高温

10、，并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化。共晶反应(1148 C)，产物共晶体组织称为莱氏体，记为Ld(Ledeburite)共析反应(727 C)，产物为F、Fe3C两相层片交替分布的共析体组织,称为珠光体，记为P(Pearlite)（1） ABCD 液相线（2） AHJECF 固相线（3） HJB 包晶反应线 (1495 C)LB+dH¬®AJ（4） ECF 共晶反应线 (1148 C)LC¬® AE+Fe3CI (称为莱氏体)（5） PSK 共析反应线 (727 C)As¬®Fp+Fe3C (称为珠光体)（6） ACM线（ES线

11、） 从奥氏体析出Fe3C的临界温度线 （7） A3线 （GS线）从奥氏体转变为铁素体线五个单相区：液相区 L 高温固溶体 d；g相 （奥氏体 ，A) ；a相 （铁素体 ，F)Fe3C相 （渗碳体，Cm）七个双相区：L d， L g， L Fe3C，d g，g Fe3C， a g ；a Fe3C三个三相区：HJB线 Ld g；ECK线 L g Fe3C；PSK线 g a Fe3C工业纯铁 (C%<0.02%)碳钢 ( C%= 0.02% 2.11 wt %）依据C含量不同，又分为： 亚共析钢：C<0.77 wt% 共析钢： C=0.77 wt% 过共析钢：C>0.77 wt%白

12、口铸铁 (生铁）（C%= 2.11 6.69 wt %）依据C含量不同，又分为：亚共晶白口铸铁 C<4.3 wt% 共晶白口铸铁 C=4.3 wt% 过共晶白口铸铁 C>4.3 wt% 灰口铸铁（C%= 2.11 6.69 wt %）亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁工业纯铁(C%<0.02%)：组织： F相：a (F) 共析钢(C%0.77%)：组织： P相： a (F)Fe3C亚共析钢(C%=0.020.77%)：组织： FP相：a (F)Fe3C组织转变： LL+AAF+AF+P过共析钢(C%=0.772.11%)：组织： PFe3CII相；a (F) Fe3C组织转变：LL

13、A AAFe3CIIPFe3CII共晶白口铁(C%4.3%)：组织： Ld 相： a (F) Fe3C组织转变 L ® Ld（A+Fe3CI)®A+Fe3CII+Fe3CI ® (P + Fe3CI（Fe3C)）亚共晶白口铁(C%=2.114.3%)：组织： PFe3CIILd 相： a (F) Fe3C组织转变 L®LA®ALd®AFe3CIILd®PFe3CIILd 过共晶白口铁(C%=4.3 6.69%)：组织： Fe3CILd 相： a (F) Fe3C组织转变 LL+Fe3CIFe3CI+LdFe3CI+Ld1、各

14、组成相的力学性质：F：软， 塑 Fe3C：硬，脆 P（F+ Fe3C）：介入二者之间2、C对性能的影响：随C含量增加，硬度持续增加 ,持续下降 b先增加（C 2.11）后下降（由于网状Fe3C的出现）按含碳量分：低碳钢 WC£ 0.25中碳钢 0.25 < WC£ 0.6高碳钢 WC>0.6按用途分：碳素结构钢（建筑材料,如桥梁,房屋，机器零件等） 碳素工具钢 （刀具， 模具等）根据P， S含量的多少普通碳素钢 WP£ 0.045 WS£ 0.055优质碳素钢 WP£ 0.040 WS£ 0.040高级优质碳素钢 WP&#

15、163; 0.035 WS£ 0.030根据含氧量： 沸腾钢镇定钢Q275AF普通碳素结构钢（Q：屈服 数字为强度值 A为等级 F为沸腾钢）特点：这一钢种仅关心材料的力学性能，不考察其成分，大多为轧制的型材(钢板、圆、管、角)。用途：合适的强度，一定的塑性和韧性，价格较低，大量用于普通简单结构零件。如：桥梁，建筑。优质碳素结构钢（数字表示钢中C的含量(万分之几) F表示沸腾钢）特点：这类钢种要求保证 C 含量。用途：优质碳素结构钢主要用来制造机器零件。一般都要热处理以提高其力学性能。随着C含量的增加，材料的强度和硬度愈高，塑性相应会降低。T12A碳素工具钢（“T” 表示“碳” 数字表

16、示含碳量(千分之几) 全部为优质钢，后缀A为高级优质钢）特点：过共析钢，组织为：颗粒状的碳化物球化珠光体（经球化退火）， 可以直接进行机械加工。用途：碳素工具钢的硬度高、变形量小，适合用于量具，刃具，模具 。工业铸铁是指 Wc >2.11wt的Fe-C合金 为铸铁。当C以Fe3C相似存在： 白口铸铁当C以石墨形式存在：灰口铸铁铸铁性质：铸造，切削加工，减震性较好。强度，塑性，韧性低石墨化过程：第一阶段 高温石墨化温度: >1154，从液体中直接析出初生或共晶石墨。共晶反应：LC®AEGI组织：（奥氏体石墨）的共晶体。第二阶段 中温石墨化温度：1154738之间，从奥氏体中

17、析出石墨， 称为二次石墨GII过饱和析出反应：A ®AGII组织：AGII第三阶段 低温石墨化温度：738，奥氏体发生共析反应析出石墨，称为三次石墨GIII。共析反应： AS ® FpGIII。组织： (铁素体石墨)共析体注：这一阶段析出的石墨往往在前两阶段出现的石墨基础上长大。按铸铁中石墨的形状分： 普通灰铸铁（片状）球墨铸铁（球状）可锻铸铁 （团絮状）蠕墨铸铁（蠕虫状）等铸铁性能：1 抗拉强度低、塑性韧性差石墨相当于孔或裂缝，明显降低了材料的力学性能。球状石墨对基体的破坏作用相对较小，故球墨铸铁的力性接近低碳钢，且可以用热处理改善基体组织，提高性能。2。铸造性能好。3。

18、耐磨性好。4。消震性好。5。切削加工性能好。6。缺口敏感性低。普通灰铸铁：如 HT150, HT200, HT250 牌号：HTxxx ，HT表示灰铁，三个数字表示最低抗拉强度，单位MPa。用途：用于要求消震、耐磨，如机床床身、汽缸、箱体、活塞等。热处理： 只进行去应力退火。球墨铸铁：如 QT400-15, QT500-05 , QT600-03 牌号： QTxxx-xx, 数字表示最低抗拉强度和伸长率，单位MPa和%。用途：用于一般机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等。热处理： 可通过热处理改善基体组织和性能。可锻铸铁 蠕墨铸铁 合金铸铁第五章引起加工硬化：随塑性变形量增加，金属强度、硬度会升高

19、，而塑性、韧性会降低，这种现象称为加工硬化。（折铁丝是一实例）产生加工硬化的原因：变形产生位错，随着变形量增加，位错密度增高，位错发生缠结和在晶界上塞积，导致位错运动困难，从而引起加工硬化。加工硬化的作用： 强化材料的一种手段保持材料均匀形变在加热过程中，形变了的材料会发生回复、再结晶和晶粒长大三个过程回复、再结晶和晶粒的长大，他们都是减少或消除结构缺陷的过程。相应地,材料的结构和性能也发生对应变化。回复：经冷加工的材料在在小于0.4Tm （以K表示）以下的温度保温， 这时材料发生点缺陷消失，位错重排，应力下降的过程为回复。变化：宏观应力（第一类应力）基本消除，但微观应力（第二、第三类）仍然残存。力学性质，如强度没有明显变化。再结晶：当加热温度达到0.4Tm以上，晶粒形状开始发生变化，在亚晶界或晶界处形成了新的结晶核心，并不断以等轴晶形式生长，取代被拉长及破碎的旧晶粒，这一过程称为再结晶。