工程材料基础知识点汇总

1、L工程材料按属性分为：佥堀材料、陶瓷材料、碳材料、高分子材料.复介材料、半导体材料.生物材料，2零维材料：是指亚微米级和納米级（l-100nm）的金属或陶從粉末材料如原子团簇和纳米微粒材料：一维材料：线性纤维材料如光导纤维：二维材料：就是二维薄膜状材料如金刚石薄膜、高分子分离骐：三维材料：常见材料绝大多数都是三位材料.如-股的佥屈材料、陶瓷材料等：3工程材料的使用性能泄足在服役条件下表现出的性能.包括：强度.塑性.韧性、耐磨性.耐銭劳性等力学性能耐蚀性.耐热性等化学性能.及声.光.电、磁等功能性能：工程材料按使用性能分为：结沟材料和功能材料。4金属材料屮原予Z间主耍是金屈键具待点是无方向性、无

2、饱和性：陶瓷材料屮的结合進主要是离子键和共价進大筝数是离子键离子進賦予陶遴材料相肖高的稳定性：高分子材料的结合進是共价键、氮键和分子键其中组成分子的结介键是共价键和範键而分子间的结介键是范徳瓦尔斯键：尽管范徳瓦尔斯键较弱但由于高分子材料的分子很大.所以分子间的作用力也相应较大.这使得高分子材料具有很好的力学性能半导体材料屮主要是共价键和离子键具中离子键是无方向性的.而共价毬则具冇高度的方向性。5晶胞：是指从晶格中取出的具有整个晶体全部几何特征的最小几何单元;在三维空间中用晶胞的三条梭边长a、b、c（晶格常数）和三条梭边的夹角a、Pxy这六个参数來描述晶胞的儿何形状和大小。6晶体结构主要分为7个

3、晶系、14种晶格：晶格类型原子数配位数致密度举例体心立方2868%a-Fe,Cr,V面心立方41274%YFe,Al,Cu,NivPb密排六方61274%Mg,Zn7晶向是指晶格屮各种原子列的位向.用晶向指数來表示.形式为uvwj：晶面足指晶格中不同方位上的原子而用晶面拆数来表示形式为（hkl）o&实际晶体的缺陷包括点缺陷、线缺陷.【衍缺陷.体缺陷其中体缺陷冇V孔、级纹、杂质和具他相。9实际金屈结晶温度Tn总要偏低理论结晶温度TO定的温度.结晶方可进行.该温AT=T0-Tn即称为过冷度：过冷度越大.形核速度越快.形成的晶粒就越细。10.通过向裁态金属屮添加某些符合非自发成垓条件的元素或它们的化

4、合物作为变质剂来细化晶粒，就叫变质处理：如钢水中常添加ThV.Al等来细化晶权11加工硬化是指随柠塑性变形增加金腐晶格的位错密度不断增加.位错间的相互作用增强提高了金展的塑性变形抗力便金風的强度和硬度明显捉高塑性和韧性明杲降低.也即形变强化：加工腴化是一种垂要的强化手段.可以提商金属的强度并使金展在冷加工屮均匀变形：但佥属强度的捉商往往给进一步的冷加工带来困难.必须进行退火处理.增加了成本。12金屈学以禅结晶温度区分冷加工和热加工：在再结晶温度以下进行的塑性变形加工是冷加工在再结晶濫度以上进行的塑性变形加工即热加工：热加工可以使金屈屮的U孔、裂纹、疏松焊合.便金属更加致密减轻偏折.改善朵质分布

5、.明显提高金属的力学性能。13再结晶足拆随加热渥度的捉高.加工皱化现象逐渐消除的阶段结晶的晶粒度受加热温度和变形度的影响；14掘：是指合金中具有相冋化学成分、相同晶体结构并由界面与其他部分隔开的均匀组成部分合金相图足用图解的方法表示介佥在极氏缓慢的冷却速度下介金状态随渥度和化学成分的变化关系：固溶体：是指在固态下.介金组元相互溶解而形成的均匀固相：金属间化合物：是指俩纽元组成介金时.产生的晶擀类型和特性完全不同干任一组元的新固相。15固溶强化：是指固溶体的晶格畸变增加门立错运动的阻力使金属的塑性和韧性略冇下降强度和谀度随溶质原子浓度増加而略冇捉高的现仪：弥散强化：是拆以同溶体为主的介金辅以金腐

6、间化介物弥散分布.以提高介金整体的强度、碾度和耐睛性的强化方式。16匀晶反应：是指两组元在液态和固态都能无限互溶.随濫度的变化.形成成分均匀的液相.固相或满足杠杆定律的屮间相的固溶体的反应：共晶反应：是拆由种液态在恒温下同时结晶折出两种固相的反应：包晶反应：是拆在结晶过程先析出相进行到一定温度后.新产生的固相大多包围在己冇的固相周I科生成的的反咸：共析反应：一定隘度下.由一定成分的固相同时结晶出一定成分的刃外两种固相的反施17铁素体（FN碳溶于a丘中形成的体心立方晶格的间隙固溶体：金相在显做镜下为多边形晶絡铁素体强度和换度低.塑性好.力学性能与纯铁相似.770C以下有磁性：奥氏体-A）:碳溶于

7、丫Fe屮形成的面心立方晶格的间頤固溶体：佥相显微锐下为规刖的多边形晶粒：奧氏体强度和破度不商塑性好.容易圧力加工.没右直性潼碳体（Fe3C）：含碳量为6.69%的复杂铁碳间隙化介物：渗碳体唤度很高.强度极低.脆性非常大：珠光体（P）：铁素体和港碳体的共析混合物：珠光体强度较高韧性和塑性在渗碳体和铁素体Z间：莱氏体三相共存:As-*Fp+Fe3Ck（恒温727*C）19碳钢是拆含碳址在0.02%2.11%的铁碳合金：生铁足指會碳址大于2%的铁碳汁金：铸铁足拆倉碳址大千2.11%的铁碳介佥具屮碳多以石墨形式存在。20刚的热处理：就是将固态金属以亠定的升温速度加热到既定的温度保温一定时间在以，定的降

8、温速度冷却的工艺方法：基本类型及具目的：退火.正火：消除内应力.改善组织.提高性能.为下道工序做准备：淬火：获得马氏体组织以捉高刚的强度和破度：回火：稳定组织.减少内应力.降低脆性.调整淬火工件的锁度。21铁碳介金相图如右：C：共晶点S：共析点E：碳在丫Fe中溶解度般大的点P：碳在铁素体屮溶解度最大的点N：5Fe与T-Fe的同素异沟转变点G：YFe与Q-Fe的同索异构转变点PSK线：共析线.冷却到该线渥度是开始发生共析反应生成珠光体;SE线:奥氏体对碳的溶解度曲线GS线:铁素体开始析出线PQ线：铁素体析出渗碳体的开始线22.Fe-Fe3C加热时相应相点变化如右图:完全退火：图屮Ac3以上30C

9、左右：原理是通过完全垂结晶获得细化晶粒.并降低破度.改善切削性能消除内应力:等爲退火：图屮Ac3以上：原理是加热保隘后很快冷却到珠光体区的某温度.保持等爲以便奥氏体转变为珠光体:球化退火：图中Acl以上30C左右：原理是通过加热保溫后随炉冷却到600C后出炉冷却.是二次漆碳体和珠光体中的渗碳体球状化:去应力退火：图中低于Acl处500-650-C：原理是使钢发生应力松弛.部分弹性变形变为塑性变形.便内应力消除：扩散退火：图中Ac3以上200C：原理是通过长时间保温.使碳和介佥元索充分扩敬.消除偏折.减少组织成分的不均匀：正火：图中Ac3以上3O-5OC（亚共析钢或Accm以上3650C（过共析

10、钢人原理是通过得到索氏体组织改善钢的纽织结构性能。23.如右图.共析钢等温转变曲线（图中实线和连续转变曲线（图屮虚线）及转变产物：24表面淬火的目的是为了在钢件表面得到马氏体纽织：常用方法：感冏加热淬火火焰加热淬火：25常用的化学热处理了法：漫碳、氮化、碳氮共港及多元共淇渗辂、漆硼等。26勻賤化物元素仃Si.Ni、Cu、ALCo它们可以增大碳在奥氏体屮的扩散速度.加快奥氏体的形成：27强碳化物形成元素TiZr.NbV都就茗阻I上晶粒长大.对介佥起到细化晶粒作用。28中等碳化物形成元素W、Mo、Cr具仃中等阻止晶粒长大作用。29弱碳化物形成元素MmFe少部分溶干港碳体中大部分溶于铁索体和奥氏体。

11、30渗碳体、合金渗碳体.介佥碳化物、持殊碳化物稳定性和换度依次增高。31介金元素Si、Mn对铁素体固溶强化效果址为W.：介金元素Ni可以减少钢的冷脆性.并增加塑性和韧性。32奥氏体稳定化元素仔Mn、NixCo、C、N.Cu.其屮Ni.Mn被称为完全扩大丫相区元素。33铁素体稳定化元素有CnMo.V、W、Ti、Si、Al、B、Nb.其中Cr、Ti、Si被称为完全封闭Y相区元素。34根据钢的化学成分可借助Schaeffler图來近似判别钢的组织类别.可以很据探当虽和珞当址质城分数來查图得出其中探当虽计处來源于元索NiC.N、Mn和Cu的贞献.俗肖虽计算來源于元素SSi、Mo.Nb和Ti的贞献,35

12、.除Co外几乎所冇汁金元素都会增大过冷奥氏体的稳定性.便C曲线右移.提高了钢的碎透性。36除Co、Si、AIZ外.大多数介金元索会降低Ms和Mf点.便钢中残余奥氏体増加.从而降低钢的硬度.抗疲劳性和耐弊性。解决的方法是冷处理或多次回火。37介金元索会提鬲回火稳定性即在同一温度下回火.介金钢的换度和强度比碳钢高。介金在450650遢度范鬧内容易出现高温回火脆性.可以通过回火快速冷却或加入元索W、Mo避免或消除这类脆性。38钢中的杂质主要有MruSi、S、P.其中杂质S使钢材产生热脆,杂质P使钢材产生冷脆。39碳钢的分类表.40.介金钢的分类表碳钢分类方法类别合金钢的分类方法类别含碳屋低碳钢、中碳

13、钢、高碳钢合金元素含量低合金钢中含金钢、高合金钢钢的质屋普通碳素钢、优质碳素钢.高级优质碳素钢刚的主要合金元素锯钢、格锚钢.镭钢、硅锈刚、硅钢刚的用途碳素结构钢、碳素工具钢钢的用途结构钢、工具钢、特俗性能刚冶炼方法平炉钢、转炉钢刚的组织珠光体钢、马氏体钢、奧氏体钢、铁素体刚、莱氏体刚41砚度值类：布氏便度（HBS.HBW）.洛氏唤度（HRA、HRB、HRC）.维氏映度（HV）42弹性模量：在弹性变形范圈内.当应力低于比例极限时.炖力与应变呈线性关系.即。=E上式称为虎克定律.式屮E被称为弹性模呈。材料处于弹必状态下.具賊力与应变成正比：这部分賊力应变曲线通常呈直线.E是曲线的斜率。E值反映材料

14、的刚度.E值越大.则刚度越高.即在丿定賊力下所产生的弹性应变越小。43奥氏体不锈钢中加入18%以上的Cj9%以上的Ni的作用是什么？加Ti的作用是什么.除了加Ti我们还冇别的方法达到同样的腹至更好的目的吗？答：加Cr的作用是提高钢基体的电极电位.减小介金腐蚀率;Ni和6同时加入作为不锈钢的主要介金化元素.便不锈钢既耐氧化性腐蚀.也对不太强的还原性介质具冇一定耐蚀性。Ni还可使不锈钢获得具冇优便冷热加工性能.可焊性的奥氏体组织;加Ti的作用是优先与碳形成TiC等稳定化合物.取代了Cr的碳化物.从而避免了晶界Cr的碳化物形成带來的C的贫化.冇效地提高了抗不锈钢晶间腐蚀性能其他方法:降低碳含虽.添加

15、稳定剂（如加Ti、Nb等）.进行固溶化处理等。44钢号的综合分类和用途碳钢:普通碳素结构钢优质碳索结构钢碳素工具钢洽佥钢：介金结构钢合佥工具钢待殊性能钢（详情参见课木P53）45屈服点：呈现屈服现象的金屈材料.试样在试验过程中力不增加（f呆持恒定）仍能继续伸长的賊力.称为亦服点即屈服强度：屈瑕点过后材料开始明泉的塑性变形，常以产生一定残余伸长的条件屈服应力作表征.称为屈服强度。标准名称是规定残余伸长应力。（P58）抗拉强度：表征材料在拉伸条件下所能廉受的报大标称咸力值.常以ob表示。屈爱比：即。5/ob可映材料屈服后强化能力的高低，朋服比越小.表示材料屈服强度极限的差距越大.塑性越好.发生脆性

16、破坏的可能性越小。46疲劳：材料或构件在长期交变我荷持续作用下产生裂纹直至失效或断裂的现象。疲劳极限：材料能长久经受的瑕大交变应力増变，金屈材料在长时间恒温、恒应力作用下.即使应力低于庙服点也会缓慢产生塑性变形.这种现檢称为蠕变。塔变极限:是表示材料抵抗埔变能力大小的拆标，般用规定型度下和规定时间内达到一定总变形量的应力值表示.例如o1/10000和。1/100000分别代表经历10000小时和100000小时总变形邑为1%的墙变极限，又称为条件墻变极限.47持久强度：在指定的温度下.规定的时间内刚好发生断裂的拉战力.冲击吸收能（功）：用摆锤冲击试样试样在冲击试验中一次作用卞折断时所吸收的功即

17、为冲击吸收功。Ak反映在冲击叔下裂纹的形成扩展直至断裂全过程所消耗的总能虽.即材料抵抗冲击断裂全过程的能力。（P63）4&无延性转变沮度材料由延性断裂完全转变为脆性断裂时的温度。对于斥力容器铁索体钢长期强中子辐照可使该值升高：温度低于该值时钢材在破断前无变形且起始裂纹极易传播.十分危险。（刃种解释：当材料失去韧性.其亦服强度等于断裂强度.没有任何延展性.即无延性时.材料在应力作用下开裂的放高温度就叫做材料的无延性转变温度）韧脆转变温度：工程材料的冲击吸收功在不同的温度下冇不同的数值.随温度下降而降低，当试验温度低于某一温度值TIM.Ak值会冇明報的降低材料由韧性状态变为脆性状态.这种现象称为低

18、温脆性。Tk称为韧脆转变隘度。49选材时需要考电的物理性能：弹性摸SL密度.熔点、比热容.导热系数、线膨胀系数等。（P69）50常用什么拆标来估算金属材料的焊接性能：碳当虽冷裂纹敏感系数。（P67）51洛种性能指标:强度：应力应变曲线、比例极限op、屈瑕极限。s.抗拉强度（。13和。02）、庙强比os/ob。塑性:延伸率、断面收缩率屮。硬度：布氏破度HBS和HBW.洛氏硬度（HRAxHRC和HRB）.錐氏硬度及显微硬度HV。韧性：静力韧度、冲击韧度.断裂韧度52常见的腐蚀形态：均匀腐蚀.点腐蚀.缝隙腐蚀、晶间腐蚀.賊力腐蚀开裂（般常见且址危险的一种）、氢腐蚀.腐蚀疲劳。53工程材料的主要失效形

19、式分类及其原因和典型特点：变形失效：在外力作用下产生开头和尺寸的变化的种失效形式。变形失效都是逐步进行的.-股堀于非空难性的.因此这类失效并不引起人们的关注。但是忽视变形失效的监齊和预防也会导致很大的损失。断裂失效：断裂是佥属材料在的作用下分为互不相连的两上或两个以上部分的现象。断裂是金屈材料常见的失效形式又是危害性较大的失效形式。且工程中构件断裂的原因往往又不是单一的.而是几个因素共同作用的结果.因此对断裂失效耍足够直视。表而损你分为腐蚀和磨损，腐蚀：是材料表面与服役环境发生物理或化学的反应使材料发生损坏或变质的现象。随猎过程装备的大型化及高压、高温化、高涼速开拓材料的腐蚀更杲严垂。腐蚀造成

20、的损失是巨大的。磨损：当材料的表面相互接触或材料表而与流体接触并作相对运动时由干物理或化学的作用材料表面的形状.尺寸或质虽发生变化的过程叫做磨损。由磨损而导致沟件功能丧失.称为磨损失效。磨损失效是普遍存在并且引起损失也是巨大的。试分析过程装备及其构件失效的主要原因：设计不介理、选材不当及材料缺陷、制造工艺不合理.操作和维修不当。54压力容器对材料性能的要求答：圧力容器用钢大都低碳钢良好的冶金质磴优良的综合力学性能夷好的材料组织和组织稳定性良好的Ijnrr艺性能和焊接性能.（P91）55常见钢材品种有哪些：磯素钢、低介佥高强度钢和低温钢.中温抗氢钢、不锈钢和耐钢.还冇复介钢板。常用斥力容器钢材：

21、Q235BQ235C15MnVR18MnMoNbR13MnNiMoNbR07MnCrMoVR20RQ245R16MnRQ345R15MnNbRX1370R（此三种都是有钢号新旧变化的.符号前后只写一个）56高温下钢材现欽及常用的高涅用钢：高温下钢会产生埔变现象。高温下钢的力学性能随谧度及我荷持续时间而变化。鬲温下钢的组织结构常会发生转变。珠光体耐热钢15CrMo马氏体耐热钢如4Cr9Si2铁索体耐热钢lCrl3Si3奧氏体耐热钢0O19Ni92Cr25Ni2057影响低沒韧性的因囊及常用的低温用钢：晶体结沟.化学成分.晶粒尺寸、热处理与显做组织.缺口效应和腹力如1、具他彩响金展材料韧度的因素。

22、钢种：低合金低温用钢16Mn探钢（3.5%Ni钢）58.高镭奧氏体钢20Mn23AI珞做奧氏体不锈钢1Crl8Ni959低介金耐大气腐蚀及耐海水介质腐蚀的机理冇何异同：打开谍本114见60超级奥氏体不镌钢：一类高钳（约6%）含氮（0.20%-0.40%）的俗探奥氏体不锈钢。除在还原性介质中冇优异的耐蚀性外.并冇好的抗应力腐蚀、点腐蚀与缝隙腐蚀的能力。61耐蚀高合金钢分类：马氏体钢lCrl3索体钢0Q13,奥氏体钢!Crl8Ni9奧氏体铁索体双相钢Cr22Ni5MoNo62氢腐蚀和氯脆：氨合成.炼油厂催化垂整和加氢工艺中。（2）原因：在铁的傑化作用下屮温的氢气.氮气、氨气分子都能部分分解成氢原子

23、和氮原子在高圧作用下.这些原子能渗入钢屮.造成钢的脆化。这里一方面是氮原子或氢分子与钢屮的碳反应生成.使钢脱碳.塑性和强度降低.直至鼓泡和开裂.发生氮腐蚀：月一方面是氮原子进入与铁及各种上合金元素化介生成氮化物.低合金钢的介金元索律呈低.在钢材表面形成的氮化层较为疏松.氮化容易往深发展.引起钢的渗氮脆化。3）机理：耐氢.一是尽虽降低钢屮的含碳址。二是加入碳化物形成元素便碳稳定的合金碳化物中。耐氮.加入氮化物形成元索.而且要求所加的元索及其含扯足以便钢表面形成由稳定氮化物构成的薄而致密的渗氮层.能阻I上氮原子继续向钢内部扩展。（见谍本116页）63奥氏体钢的固洛处理和穗定化处理：前者是将奥氏体钢加热到1050.1150摄氏度保温2到4小时.使碳化物落干高温奥氏体屮.再通过快速水冷却至室温获得单一的奧氏体组织。后者是指把钢回执为到850到900摄氏度保溫2至4小时再水冷快速降至室型。它们的目的在于使奧氏体成分均匀化.抑制高珞碳化物的形成.将明显提高抗腐蚀能力。64分析举例如何选择零部件用钢。（P126-127）工况分析材料性能耍求选材65钛晶体结构：a钛密排六方.B钛体心立方在B相点882.5C转变。物理力学特点：比强度高、弹性摸量小.膨胀系数小、塑性好.强度低.屈强比大、无低温脆性现象、常濫蠕变。