工程材料及成型工艺.docx

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工程材料及成型工艺

第一章材料的种类与性能

1．强度：

强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2．屈服强度：

材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：

产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。

4．弹性模量：

材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：

抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：

断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。

7．硬度：

硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。

8．冲击韧度：

冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。

9．断裂韧度：

断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。

10．疲劳强度：

疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：

黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：

磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：

腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：

是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：

是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：

是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。

17．交变载荷：

大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：

是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。

20．蠕变：

固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21．脆断：

在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：

是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。

23．腐蚀：

材料因化学侵蚀而损坏的现象。

24.低应力脆断：

工作应力远低于材料屈服强度甚至低于许用应力的条件下突然发生脆性断裂，这种工作应力远低于材料屈服强度的断裂

二、填空题。

1．工程材料通常分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料和功能材料。

2．金属材料通常分为钢铁合金和非铁合金材料。

3．高分子材料通常分为纤维、橡胶和塑料。

4．复合材料按其基体分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。

5．塑料通常分为通用塑料、工程塑料、特种塑料和胶黏剂。

6工程材料的性能分为使用性能和工艺性能。

7．工程材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能。

8．金属材料常用的力学性能指标有：

бb表示抗拉强度；бs表示屈服强度；H表示硬度；伸长率δ和断面收缩率φ表示塑性；αk表示冲击韧性。

第二章材料的组织结构

1．晶体：

晶体是原子或分子在三维空间做有规律的周期性重复排列的固体。

2．晶格：

为便于理解和描述，常用一些假想的连线将各原子的中心连接来，把原子看做一个点，这样形成的几何图形称为晶格。

3．各向同性：

材料在各方向的力学和物理性能呈现相同的特性

4．各向异性：

材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性

5．晶胞：

能完全反映晶格特征的最小几何单元。

5.5.晶胞的致密度：

晶胞中原子所占的体积与晶胞总体积之比，它表示原子在晶胞中排列的紧密程度。

6．晶向：

晶格中各原子列的位向。

7．单晶体：

由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的称为单晶体。

8．晶体缺陷：

偏离晶体完整性的微观区域称为晶体缺陷。

8.1.点缺陷：

三维尺度都很小，不超过几个原子直径的缺陷，主要有间隙原子和空位。

9．空位：

是指未被原子占据的晶格节点。

10．间隙原子：

是指位于晶格间隙中的原子。

11．晶界：

晶格中由一系列原子组成的平面。

12．位错线：

是指在晶体中，某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。

13．晶界：

晶界是位向不同，相邻晶粒之间的过渡层。

14．合金：

是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的，具有金属特性的物质。

15．组元：

组成合金最基本的独立物质。

16．合金系：

一系列相同组员组成的不同成分的合金称为合金系。

17．合金化：

采用合金元素来改变金属性能的方法称为合金化。

18．相：

合金中具有相同化学成分，相同晶体结构和相同物理或化学性能并与该系统其余部分以界面相互隔开的均匀组成部分。

19．固溶体：

是指溶质组员溶入溶剂晶格中而形成的单一的均匀固体。

20．置换固溶体：

置换固溶体是指溶质原子取代了溶剂晶格中某些节点上的原子。

21．间隙固溶体：

间隙固溶体是溶质原子嵌入溶剂晶格间隙中，不占据晶格节点位置。

22．有限固溶体：

在一定条件下，溶质组员在固体中有一定的限度，超过这个限度就不再溶解了。

23．无限固溶体：

若溶质可以任意比例融入溶剂，即溶质的的溶解度可达%100，则固溶体称为无限固溶体。

24．固溶强化：

固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而提高合金的强度和硬度。

25．金属化合物：

两组元A和B组成合金时，除了可形成以A或以B为基的固溶体外，还可能相互作用化和形成新相，这种新相通常是化合物，一般可用AmBn表示。

26．晶体相：

晶体相是一些以化合物或以化合物为基的固溶体，是决定陶瓷材料物理，化学和力学性能的主要组成物。

27．玻璃相：

P12

28．气相：

气象是指陶瓷材料中的气孔。

29．单体：

可以聚合成大分子链的小分子化合物称为单体。

30．聚合度：

衡量聚合物分子大小的指标。

31．结晶温度：

金属结晶时都存在着一个平衡结晶温度Tm，液体中的原子结晶到晶体上的数目，等于晶体上的原子溶入液体中的数目。

32．过冷度：

实际结晶温度与平衡结晶温度Tm之差称为过冷度。

33．细晶强化：

细小的晶粒，可以使金属获得更高的强度和硬度，与此同时还可以提高金属的韧性，是提高金属强度和韧性非常重要的方法

34．同素异构：

同种元素多种晶格形式

35．同分异构：

化学成分相同而分子中原子排列不同的现象称为同分异构。

36．共晶反应：

共晶反应是指从某种成分固定的合金溶液中，在恒温下同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相反应。

37．共析反应：

共析反应是指由一种固相在恒温（共析温度）下同时转变成两种新的固相。

38．铁素体：

是碳在α－Fe中形成的间隙固溶体。

39．奥氏体：

是碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体。

40．渗碳体：

是铁和碳的金属化合物（Fe3C），其碳的质量分数为6.69%。

41．珠光体：

是铁素体与渗碳体的机械混合物。

42．莱氏体：

A+Fe3C

42.低温莱氏体：

P+二次渗碳体+共晶渗碳体

44．共析钢：

碳的质量分数为0.77%，组织是珠光体。

45．亚共析钢：

碳的质量分数小于0.77%，组织是珠光体和铁素体。

46．过共析钢：

碳的质量分数大于0.77%，组织是珠光体和二次渗碳体。

47．共晶铸铁：

碳的质量分数为4.3%，组织是莱氏体。

48．亚共晶铸铁：

碳的质量分数小于4.3%，组织是莱氏体、珠光体和二次渗碳体。

49．过共晶铸铁：

碳的质量分数大于4.3%，组织是莱氏体和一次渗1．实际金属中存在着的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。

2．世界金属中晶体的点缺陷分为空位和间隙原子两种。

3．常见合金中存在的相可以归纳为固溶体和金属化合物两大类。

4．固溶体按照溶质原子在溶剂原子中的位置可以分为置换固溶体和间隙固溶体。

5．固溶体按照溶解度的大小可以分为有限固溶体和无限固溶体。

6．固溶体按溶质原子在溶剂晶格中分布的特点分为无序固溶体和有序固溶体。

7．线型无定型高聚物随温度不同可处于玻璃态、高弹态和黏流态。

8．实际结晶温度总是低于平衡结晶温度，两者之差称为过冷度。

9．共析钢随温度下降至727C时发生共析反应，有奥氏体中析出珠光体和三次渗碳体。

10．共晶铸铁随温度下降至1148C时发生共晶反应，有液体中同时析出莱氏体和珠光体。

11．典型的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。

12．纯铁具有同素异构性，当加热到912C时，将由体心立方晶格的α-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe，加热到1394C时，又由面心立方晶格的γ-Fe转变为体心立方晶格的δ-Fe。

13．液态金属冷却到平衡结晶温度以下才开始结晶的现象称为有效结晶现象。

14．金属的平衡结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。

15．实际金属结晶时，其行核方式有自发行核和非自发行核两种，其中，非自发行核又称为变质处理。

16．金属结晶后的晶粒越细小，强度、塑性和韧性越高。

17．合金是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质，组成合金最基本的独立物质称为组员。

18．由于构成合金各组员之间的相互作用不同，合金的结构有固溶体和金属化合物两大类。

19．铁碳合金是由铁和碳组成的二元合金，其基本组织有铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体、莱氏体。

四、问答题：

见教材、习题集及补充题。

1.简述金属三种典型晶体结构的特点。

答：

体心立方晶格：

在立方体的8个顶角上和立方体中心各有1个原子；

面心立方晶格：

在立方体的8个顶角上和6个面的中心各有1个原子；

密排六方晶格：

在六棱柱的上、下六角形面的顶角上和面的中心各有1个原子，在六棱柱体的中间有3个原子。

2.金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？

它们对性能有什么影响？

答：

金属的实际晶体中存在三种晶体缺陷：

点缺陷——空位和间隙原子；线缺陷——位错线；面缺陷——晶界；

影响：

一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，而且金属缺陷常常降低金属的耐腐蚀性能，可以通过腐蚀观察金属的各种缺陷。

3.合金元素在金属中的存在形式有哪几种？

它们各自具有什么特性？

答：

合金元素在金属中的存在形式有两种：

固溶体和金属化合物

特性：

固溶体，保持溶剂的晶格结构，但会引起溶剂晶格不同程度的畸变，试晶体处于高能状态，从而提高合金个强度和硬度。

金属化合物，一般都具有高熔点、高硬度，但很脆，可提高合金的强度、硬度及耐磨性能。

4.什么事固溶强化？

造成固溶强化的原因是什么？

答：

固溶强化：

固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而合金的强度和硬度，即为固溶强化。

5、6、7（略，为第2.2节非金属内容）

8.金属结晶的基本规律是什么？

答：

结晶时首先是从液体中形成一些称之为晶核的细小晶体开始的，然后已形成的晶核按各自不同的位向不断长大。

同时，在液体中有产生新的晶核并逐渐长大，直至液体全部消失，形成由许多位向不同、外形不规则的晶粒所组成的多晶体。

9.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小

（1）金属型浇注与砂型浇注

（2）铸成薄件与铸成厚件（3）浇注时采用振动与不采用振动

答：

砂型浇注比金属型浇注的晶粒小：

因为砂型浇注中有杂质渗入，形成晶粒细化；

铸成薄件比铸成厚件的晶粒小：

以为薄件的冷却速度快，冷却度大，使得晶粒细化；

浇注时采用振动比不采用振动的晶粒小：

因为浇注时振动具有细化晶粒的作用。

10.过冷度与冷却速度有何关系？

它对金属结晶过程有何影响？

对铸件晶粒大小有何影响？

答：

冷却速度越快，冷却度越大。

使晶核生成速度大于晶粒长大速度，因而使晶粒细化。