工程材料复习提纲.docx

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工程材料复习提纲

《工程材料》复习提纲

1.各力学性能大小的衡量指标分别是什么？

各力学性能在工程中的意义？

刚度--弹性模量E抵抗弹性变形的能力强度--屈服强度抵抗永久变形和断的能力

塑性--伸长率断面收缩率静力作用产生塑性变形而不破坏的能力

硬度--布氏硬度HBW和洛氏硬度HB，维氏硬度HV材料抵抗局部塑性变形的能力（布氏硬度压痕大.不宜测试成品或者薄片金属的硬度--洛氏硬度压痕小可在工件表面或者较薄的金属）

冲击韧性--冲击吸收功Ak材料在冲击力的作用下，抵抗破坏的能力叫做冲击韧性

断裂韧度--K1C抵抗内部裂纹扩展的能力

2.强度、塑性指标的计算方法?

弹性模量《E=应力/应变》和伸长率的计算方法

4.金属的常见晶体结构？

性能如何？

（具体到纯铁的同素异构转变过程是怎样的？

）

体心立方晶格--α-Fe丶Cr丶W丶Mo丶V

面心立方晶格--γ-Fe丶AL丶Cu丶Ag丶Pb丶Ni

密排六方晶格--Mg丶Zn。

γfe为面心立方晶格

剩下的都是体心立方晶格

实际金属--多晶体有缺陷点线面缺陷各向同性

理想金属--单晶体无缺陷

单晶体--力学性能高各向异性

5.什么是相？

什么是组织？

各有哪些类型？

性能如何？

（具体到铁碳合金呢？

）

相--合金中具有同一化学成分且结构相同并与其他部分有界面分开的均匀部分叫做相（固溶体、化合物）

组织--是指合金中有若干相以一定的数量、形状、尺寸组合而成的并且具有独特形态的部分（0、固溶体、化合物机械混合物）

----铁素体（F）：

铁素体是碳在中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。

由于碳在中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。

塑性、韧性好，强度、硬度低。

它在钢中一般呈块状或片状。

----奥氏体（A）：

奥氏体是碳在中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。

因其晶格间隙尺寸较大，故碳在中的溶解度较大。

有很好的塑性。

渗碳体（Fe3C）：

铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。

渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。

在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。

在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。

----珠光体（P）：

由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

铁素体和渗碳体呈层片状。

珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。

----莱氏体（Ld）：

由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。

在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。

由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。

6.高分子材料和陶瓷材料的微观结构是怎样的？

----高分子微观结构为共价键连接但是体现高分子性能的主要是官能团，还有就是高分子键与高分子键之间的化学键

----陶瓷材料主要是共价键连接构成的

7.结晶的宏观和微观过程怎样？

金属结晶的微观过程--就是原子由液态的短程有序逐渐向固态的长程有序转变的过程，

两个重要的宏观--过冷现象结晶过程伴随着潜热的释放

8.为什么晶粒越细综合性能越好？

解释细晶强化的原理，凝固过程中和热处理过程中分别如何细化晶粒？

-----晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。

因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，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愈大。

因此，金属的晶粒愈细强度愈高。

----晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便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。

因此，塑性，韧性也越好

----凝固过程可以通过增加过冷度，变质处理，震动及搅拌的方法增加形核率细化

----退火和正火的热处理方法来细化晶粒

10.了解相图的基本类型；如何利用相图计算某成分合金在某温度下的相的相对含量和组织的相对含量？

（具体到铁碳合金相图呢？

）

二元合金相图

二元匀晶相图--杠杆定律

二元共晶相图--

11.了解铁碳相图中点、线、面（相区）的含义；铁碳合金结晶过程中有哪些相变？

分别对应相图的哪些温度线？

特性点温度Wc%含义

A15680纯铁的熔点

C11484.3共晶点

D11276.69渗碳体的熔点

E11482.11碳在奥氏体中的最大溶解度

F11486.69渗碳体的成分

G9120fe的同素异构体的转变点

K7276.69渗碳体的成分

P7270.0218碳在铁素体中的最大溶解度

S7270.77共析点

Q6000.0057碳在铁素体中的溶解度

AC--液相线，液态合金开始结晶析出奥氏体

CD--液相线，液态合金开始结晶析出渗碳体

AE--固相线，奥氏体的结晶终了线

ECF--共晶转变线

GS--奥氏体转变为铁素体的开始线A3

GP--奥氏体转变为铁素体的终了线

ES--碳在奥氏体中的固溶线Acm

PQ--碳在铁素体中的固溶线

PSK--共析线出来珠光体A1

12.铁碳合金基本相有哪些？

机械性能如何？

铁素体--强度硬度不高但是有良好的塑性和韧性

奥氏体--硬度低而塑性较高，易于锻压成型

渗碳体--硬度很而塑性和韧性几乎为零，脆性大

14.利用在铁碳相图上画成分线的方式分析某成分钢的结晶过程（指出每个交点的相变类型、点与点之间的相变产物、室温下组织和性能、会画冷却曲线和金相示意图）

1--共析钢.与AC相交于1点时从液相中开始析出奥氏体.到二点温度时液相全部结晶成奥氏体从2到3组织不变待到3点发生共析转变形成珠光体--室温组织珠光体

2--亚共析钢，1-3过程与共析钢相似.冷却到与GS交于3点时.奥氏体开始转变为铁素体.冷却到与PSK相交于4点时.剩余的奥氏体发生共析转变形成珠光体--室温组织铁素体珠光体

3--过共析钢1-3一样.与ES线交于3.奥氏体开始析出二次渗碳体.冷却与PSK交于4点时剩余奥氏体共析为珠光体.--室温组织渗碳体网和珠光体

16.根据组织的不同及相对含量的变化，分析钢的含碳量是如何影响性能的，并画出相应曲线图

当Wc小于0.9%随着钢中含碳量的增加，钢的硬度强度呈直线上升而塑性韧性不断降低.当Wc大于0.9%时因渗碳体网的存在.不仅使刚的塑性韧性进一步降低，而且强度也明显下降.所以保证钢的使用Wc一般不超过1.3%~1.4%.Wc大于2.11%的白口铸铁由于组织中存在大量的渗碳体使性能特别硬脆难以切削加工！

17.会在铁碳相图上标出钢的各类热处理加热温度

18.滑移的特点？

机理？

滑移的特点--只能在切应力的条件下才会发生...滑移是晶体内部位错在切应力的作用下运动的结果，滑移并非是晶体两部分沿滑移面做整体的相对滑动，而是通过位错的运动来实现的

由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍！

滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面和其上晶向密度最大的方向进行！

20.冷变形后组织和性能怎样？

生产中如何利用和消除加工硬化？

1、组织：

晶粒发生滑移，产生位错，而在切应力作用下，其一部分将沿一定的晶面（孪晶面）产生一定角度的切变产生孪晶;从而使晶粒拉长、破碎和纤维化，内部产生了残余应力等

2、性能：

使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低，从而使其相关的机械性能发生改变

-----加工硬化是强化金属的方法之一、提高金属的强度硬度和耐磨性！

可以使工件利用塑性变形方法成型.还可以在一定程度上提高构建在使用过程中的安全性

----加工硬化是金属的塑性降低，给进一步冷塑型变形带来困难，并使压力加工时能量消耗增大！

-----再结晶退火消除加工硬化！

21.热变形后组织和性能怎样？

生产中怎样对待锻造溜线？

改善铸造金属组织，增加密度，改善力学性能和降低化学成分的偏析与组织的不均匀性。

22.加热时奥氏体形成过程分哪四个阶段？

1--奥氏体形核2--奥氏体晶核的长大3--残余渗碳体的溶解4--奥氏体的均匀化

23.过冷奥氏体转变温度、产物、性能、具体冷却方式？

C曲线！

24.低碳马氏体和高碳马氏体性能有何不同？

马氏体的塑性和韧性随含碳量的增高而急剧的降低！

而强度硬度则随之增高！

25.什么是淬透性？

如何提高淬透性？

钢的淬透性是指钢在淬火的时候可以获得淬硬深度的能力！

Mo、Cr、Mn、Ni等合金元素的加入能明显降低钢的临界冷却速度，故这些元素的加入能使淬火时马氏体的转变更加完全（未转变的奥氏体残余量更少），由此Mo、Cr、Mn、Ni等合金元素能改善钢的淬透性.

26.利用C曲线确定钢不同冷却速度下的产物

27.马氏体回火过程中随着温度提高，组织和性能如何改变？

28.中碳钢如何“表硬里韧”？

低碳钢呢？

两者有何不同？

29.说明热处理各工艺的工艺参数、组织、性能、目的、适用材料和零件

工艺

工艺参数

组织

性能

目的

适用材料、零件

退火

完全退火

将亚共析钢工件加热到Ac3以上30~50℃随炉保温冷却到600度以下再出炉在空气中冷却.

奥氏体

细化晶粒消除内应力与组织缺陷降低硬度为随后的切削加工和淬火做好准备

亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件，锻件以及热轧型材.

等温退火

将亚共析钢加热到Ac3以上的30~50℃，共析钢和过共析钢加热到Ac1以上的20~40℃奥氏体化后以较快速度冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，等温使奥氏体在等温中发生珠光体转变然后空冷冷至室温.

珠光体

细化晶粒消除内应力与组织缺陷降低硬度为随后的切削加工和淬火做好准备但是较易控制

再结晶

去应力

将工件缓慢加热到Ac1以下100~200℃（一般为500~600℃）保温一段时间，随炉缓慢冷却至200℃再出炉冷却

消除残余内应力

正火

亚共析钢

将钢加热到相变点Ac3Acm以上完全奥氏体化后再在空气中冷却得到较细珠光体为主的组织的热处理工艺

较细的珠光体

正火后的强度硬度韧性都比退火后的高且塑性也并不降低

1.--作为普通结果零件的最终热处理

2.改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性

3.作为中碳结构钢制作的较重要零件的预备热处理

4.消除过共析钢中的二次渗碳体网

5.特定情况下代替淬火、回火

过共析钢

淬火

回火

低温

（150~200℃）所得的组织是回火马氏体----目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下降低其淬火内应力和脆性以免使用时崩裂或者过早的损坏回火后的硬度一般58~64HRC

1.获得工件所需要的组织和性能

2.稳定工件的尺寸

3.消除或者减少淬火的内应力

中温

所得的组织为回火托氏体.----目的是获得高的屈强比、弹性极限和较高的韧性硬度一般为35~50HRC

高温

所得的组织为回火索氏体.习惯上将淬火和高温回火相结合的热处理叫做调制处理.目的是获得强度硬度和塑性韧性都较好的综合力学性能.硬度一般为200~330HBW

表面淬火

渗碳

就是把刚置于渗碳介质（称为渗碳剂）中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间使碳原子渗入钢表层的化学热处理工艺----目的是使零件的表面具有高的硬度、耐磨性、及疲劳极限，而心部具有较高的强度和韧性.

29.在不同的温度范围内回火，将发生哪四种转变？

----马氏体的分解（小于200℃）一部分的过饱和C以碳化物Fe2C的形式析出，得到回火马氏