1.合金：是一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或者非金属均可）熔合后而组成的具有进速特性的物质；合金可以由单一的一种固溶体构成，也可以由两种或两种以上的固溶体构成，还可以是固溶体和化合物构成，因为化合物硬度一般较高，工业用合金很少是单一化合物构成的；绝大多数实用的金属材料都是由一种或几种合金相所构成的合金。合金相的结构和性质以及各相的相对含量，各相的晶粒大小、形状和分布对合金的性能起着决定性的作用。
2. 组元：组成合金最基本的、能独立存在的物质称为组元，简称元。绝大多数情况下，组元即是构成合金的元素。但也有将化合物作为组元的，其条件是化合物在所研究的范围内，既不分解也不发生任何化学反应。根据组元的数量，可分为二元合金、三元合金或多元合金、如简单黄铜是由铜和锌两种元素组成的二元合金；硬铝是由铝、铜、镁三种元素组成的三元合金。
3. 相：合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分称为相。相可分为固溶体和化合物两种基本类型。合金在固态下可以形成单相合金，也可以形成几种不同相的多相合金，合金中相与相之间有明显的界面。
4.固溶体：合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成均匀的固相，这类固相称为固溶体；固溶体的一个特点是成分可以在一定范围内连续变化，这种变化不引起原来溶剂金属的点阵类型发生改变；固溶体不是混合物。如果合金由单一的一种固溶体构成，这种合金不是混合物。如果合金由两种或两种以上的固溶体构成，或者由固溶体和化合物构成，这种合金就是混合物。
所谓固溶体(solid solution)是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。
这种相称为固溶体，这种组元称为溶剂，其它的组元即为溶质。工业上所使用的金属材料，绝大部分是以固溶体为基体的，有的甚至完全由固溶体所组成。例如，广泛用的碳钢和合金钢，均以固溶体为基体相，其含量占组织中的绝大部分。因此，对固溶体的研究有很重要的实际意义。
当一种组元A加到另一种组元B中形成的固体其结构仍保留为组元B的结构时，这种固体称为固溶体.B组元称为溶剂，A组元称为溶质.组元A、B可以是元素，可以是化合物.固溶体分成置换式固溶体和间隙式固溶体两大类.置换式固溶体溶质原子处于溶剂原子的位置上，即置换了溶剂原子，如α黄铜中，锌置换了铜原子；间隙式固溶体是溶质原子处于溶剂原子的间隙处，如α铁中，碳原子处在铁原子排列的间隙处.
间隙固溶体：又称插入固溶体、嵌入固溶体；溶质原子占据溶剂晶格中的间隙位置而形成的固溶体；若干溶质质点嵌入固相溶剂质点的间隙中而构成的固溶体；通常，插入溶质的半径与溶剂质点的半径相比特别小时易于形成；在金属键的物质中这类固溶体很普遍，添入的氩、碳、硼都容易处在这些晶格的间隙位置中。如碳溶入γ-铁中形成的间隙固溶体称为奥氏体；间隙固溶体的形成常有助于晶体的硬度、熔点和强度的提高置换固溶体：又称取代固溶体。溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
固相溶剂中部分质点被溶质质点取代而成的固态溶液。通常两物质结构类型相同，价数相同，化学性质相似，置换质点大小相似时易于形成置换固溶体。按置换程度可分为连续固溶体和有限固溶体两类。形成无限固溶体时质点大小(离子半径大小)之差一般<15%。例如Cr3+和Al3+可无限置换成铬刚玉，而Mg2+只能有限地置换CaO晶格中的Ca2+，形成有限固溶体。
注：固溶体是金属结构中最常见的合金相类型。绝大多数金属材料或是由固溶体组成，或是以固溶体为基，其中分布一定的金属间化合物。在固溶体点阵中，原子之间的结合基本上是金属键。和固态纯金属一样，固溶体内存在着各种各样的晶体缺陷，如空位、离位原子、位错、亚晶界和晶粒间界等等；这些缺陷引起固溶体点阵的畸变。此外，由于异类原子的溶入也造成点阵的畸变。这些畸变对金属的性能产生重大影响，如提高合金的强度和电阻率等。
按固溶度来分类：可分为有限固溶体和无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体。
按溶质原子与溶剂原子的相对分布来分；可分为无序固溶体和有序固溶体。
在讨论固溶体的概念时，认为溶质质点（原子、离子）在溶剂晶体结构中的分布是任意的、无规则的，这便是无序固溶体的概念。例如，晶胞参数的测定，实际上是一个平均值；密度的测定也是统计的结果。固溶体中溶质质点无规则分布的概念，和实验结果基本一致。
有些固溶体中溶质质点的分布是有序的，即溶质质点在结构中按一定规律排列，形成所谓“有序固溶体”。例如，Au-Cu固溶体，Au和Cu都是面心立方格子，它们之间可以形成连续置换固溶体。在一般情况下，Au和Cu原子是无规则的分布在面心立方格子的结点上，这便是一般认为的固溶体（图
5-47(a)）。但是，如果这个固溶体的组成为AuCu3和AuCu时，并且在适当的温度下进行较长时间退火，则固溶体的结构可转变为“有序结构”。这表现为AuCu3组成中，所有的Au原子占有面心立方格子的顶角位置，而Cu原子则占有面心立方格子的面心位置（图5-47(b)）。因而，从单位晶胞来看组成应为AuCu3。同理，如果Au原子和Cu原子分层相间分布（图5-47(c)），也形成“有序结构”，其相应的组成应为AuCu。这种有序结构称为超结构。它除了和组成有关外，还和晶体形成时的温度、压力条件有关。
固溶体性能
（1）固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。
适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。
（2）固溶度：是金属在固体状态下的溶解度，合金元素要溶解在固态的钢中，前提是将钢加热到奥氏体化后，奥氏体晶格间的间隙教大，能够溶解更多的合金元素。
（3）固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力
退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.
根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。
（4）固溶体的电性能：固溶体的电性能随着杂质(溶质)浓度的变化，一般出现连续的甚至是线性的变化；然而，在相界上往往出现突变。例如PbTiO3和PbZrO3都不是性能优良的压电陶瓷。PbTiO3是铁电体，相变时伴随着晶胞参数的剧烈变化，冷却至室温时，一般会发生开裂，所以没有纯的PbTiO3陶瓷。PbZrO3是反铁电体。这两个化合物结构相同，Zr4+和Ti4+尺寸差不多，可生成连续固溶体
Pb(ZryTi1–y)O3,其中y=0～1。随着固溶体组成的不同，常温下有不同的晶体结构。在PbZrO3–PbTiO3系统中发生的是等价置换，形成的固溶体结构完整，电场基本均衡，电导没有显著变化，一般情况下，介电性能也改变不大。但在三方(rhombohedral)结构和四方(tetragonal)结构的晶型边界(MPB)处，获得的固溶体PZT的介电常数和压电性能皆优于纯粹的PbTiO3和PbZrO3其烧结性能也很好。异价置换会产生离子性缺陷，引起材料导电性能的重大变化，而且，这个改变是与杂质缺陷浓度成比例的。
5.二元相图基本类型
二元匀晶相图：二元合金系中两组元在液态和固态下均能无限互溶，并由液相结晶出单相固溶体的相图称为二元匀晶相图
二元共晶相图：通常把在一定温度下，由一定成分的液体相同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。合金系的两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，在凝固过程中发生共晶转变的相图称为二元共晶相图。
二元包晶相图：通常把在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程称为包晶转变。两组元在液态下无限互溶，固态下有限互溶，并发生包晶转变构成的相图，称为二元包晶相图。
共析转变相图：在恒定的温度下，一个特定成分的固相分解成另外两个成分不同的固相的转变称为共析转变，发生共析转变的相图称为共析相图
合金的使用性能取决于它们的成分和组织，而合金的某些工艺性能取决于其结晶特点，可以通过相图判断合金的性能和工艺性，为正确地配制合金、选材和制定相应的工艺提供依据。
合金的使用性能与相图关系
固溶体合金与作为溶剂的纯金属相比，其强度、硬度升高，到点率降低，并在某一成分存在极限。因固溶强化对强度与硬度的提高有限，不能满足工程结构对材料性能的要求，所以工程上经常将固溶体作为合金的基体。
合金的工艺性能与相图的关系
相图中的液相与固相的水平和垂直距离越大，合金的流动性就越差，合金成分偏析也
月严重，使铸件性能变差。共晶合金的铸造性能最好，故在其他条件许可的情况下，铸造合金尽量选用共析成分的合金。
单相固溶体合金具有较好的塑性，其压力加工性能良好，但其切削性能较差。当合金形成两相混合物时，合金的加工性能要好于单相合金，但压力加工性能却不如单相固溶体。
6.机械混合物：是由固溶体、化合物及纯金属按照固定比例构成的组织。工业生产中大多数合金是由机械混合物组成，如碳钢，黄铜、铝合金等。一种固溶体不是混合物，两种或多种固溶体混合在一起才组成混合物。
7.组织：用金相（显微镜）观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体，以及各种材料的缺陷和损伤。
8.储氢合金：是合金，一定有固溶体相，是否有化合物相，则要看它是什么合金。如：奥氏体不锈钢只有固溶体相。而低碳钢则有固溶体和化合物两相。储氢合金是不是指储存氢的容器用材料，如果是指材料，那储氢合金就是合金。储氢合金具体是由一种固溶体构成，还是由两种或两种以上的固溶体构成，或者是由固溶体和化合物构成，要看它的成分（牌号也行）、热处理等。
9.金属的晶体结构
固态物质按其原子（或分子）的聚集状体进行分类，可分为晶体和非晶体两大类。
晶体与非晶体根本区别在于原子（或分子）在三维空间的排列是否有规则。
晶体：原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列
非晶体：原子（或分子）是无规则地堆积在一起
性能上的区别：
晶体由固态变为液态或液态变为固态时，总是在固定的温度下发生的，即具有固定的熔点或凝固点；而非晶体则没有固定的熔点。
晶体表现出各项向异性；非晶体物质则沿任何方向测得的性能则因方向不同而异，所得的结构是一致的，称为各向同性。
晶体在一定的条件下可以转换为非晶体
单晶体：原子从一个核心（称为晶核）按同一方向进行排列生长而成的晶体称为单晶体。一些天然的晶体，如金刚石、水晶等均为单晶体。
金属材料通常是由许多不同方位的小晶体组成，称为多晶体。虽然多晶体中每个晶体都呈各向异性，但是整个金属的性能则是多晶体性能的平均值。所以多晶体材料一般不显示各向异性，这种情况称为假等向性。
金属的性能不仅决定于其组成原子的本性和原子之间结合类型，同时也取决于规则排列的方式。
10.晶体结构
阵点：通常把原子（正离子）在晶体中呈有规则的重复排列的队形称为空间阵点，点阵中结点称为阵点。
晶体点阵：用一些假想的几何体线条将阵点的中心线连接起来构成空间格子称为晶体点
阵。晶格阵点为原子（离子）振动平衡中心的位置
晶面：在晶体中通过原子中心的平面称为晶面
晶向：通过原子中心的直线称为原子列，其所代表的方向称为晶向
晶胞：由于阵点周围的环境相同，晶体点阵具有周期重复性，因此可以从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征、具有代表性的最小的空间几何单元作为点阵的组成单元，这个基本的组成单元称为晶胞。晶胞在三维空间的重复排列构成晶体，研究晶体结构就是研究晶胞的基本特征。
晶格尺寸：虽然许多金属都具有一定的晶体结构，但他们晶胞大小各不相同，每种金属在一定温度下都有其特有的晶格尺寸
晶格常数：晶格尺寸可用晶格常数表达，金属的晶格常数大都为1~7×10-10 m。
晶胞原子数：晶胞原子数是指一个晶胞内包含的原子数目。晶胞原子数可通过计算每个原子在晶胞中所占的份数，然后加和或得。
原子半径：原子半径通常是指晶胞中原子密度最大的方向上相邻的两个原子之间平衡距离的一半。它与晶格常数有一定的关系。同一种金属处于不同类型的晶格中，原子半径是不一样的。
配位数：配位数是晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。配位数越大，原子排列的致密度就越高。
致密度：晶胞中原子本身所占有的体积与该晶胞体积之比的百分数，称为晶格的致密度。
11.铁碳合金相图
铁和碳是钢铁中两个最基本的元素，故称为铁碳合金。在铁碳合金中，铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为一个独立的组元。因此，一般所说的铁碳合金图，实际上是指铁-渗碳体（Fe-Fe3C）相图。
Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。由于铁和碳之间的相互作用不同，使铁碳合金固态下的相结构也有固溶体和金属化合物两类。属于固溶体相有铁素体和奥氏体，属于金属化合物相的有渗碳体。
铁素体：纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格的α-Fe。碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极小，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218%。随着温度的下降，铁素体的溶碳量逐渐减小，在室温时溶碳量几乎为零。因此其性能几乎和纯铁相同，即铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边行晶粒组织。铁素体在770℃以下具有铁磁性，而在770℃以上则失去铁磁性。
奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。γ-Fe是面心立方体晶格结构，由于γ-Fe晶格间的最大空隙要比α-Fe大，所以溶碳能力比较大。γ-Fe 在1148℃时溶碳量最大，可达2.11%。随着温度的下降，溶碳量逐渐减小，在727℃时溶碳量最低，为0.77%。奥氏体的性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的硬度为170～220HBW,延伸率δ为40%～50%，易于锻压成形。高温下奥氏体的显微组织，其晶粒也呈多边行，一般情况下，其晶界较平直，且晶粒内常有孪晶出现。奥氏体为非铁磁性相组织。
渗碳体：渗碳体的分子式Fe3C，是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。渗碳体的碳质量分数为6.69%；熔点为1227℃左右；没有同素异晶转变。Fe3C有磁性转变，它在230℃以下具有弱磁性，而在230℃以上失去磁性。Fe3C的硬度很高（～800HBW）,而塑性和冲击韧性几乎为零，脆性极大。渗碳体不易受硝酸酒精溶液腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但在碱性苦味酸钠溶液下腐蚀呈黑色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。
珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体组成的两相机械混合物，常用符号P表示。珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间，具有良好的力学性能（σb≈750MPa，硬度为180HBW，δ≈20%）。
莱氏体：莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物，常用符号L d表示。它存在于高温区（727～1148℃），在727℃以下时变成渗碳体和珠光体的混合物，称为低温莱氏体，用符号L′d表示。由于莱氏体中含有大量的渗碳体，所以塑性、韧性很差，是硬而脆的组织。
碳的质量分数与力学性能的之间的关系
当钢的W c﹤0.9%时，随着钢中碳的质量分数的增加，钢的强度、硬度直线上升，而塑性、韧性不断降低；当钢中W c﹥0.9%时，因网状渗碳体的存在，不仅使钢的塑性、韧
性进一步降低，而且强度也明显下降。为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的碳质量分数一般都不会超过1.3%～1.4%。
由于W c﹥2.11%的白口铸铁存在较多的渗碳体，在性能上显得特别硬而脆，难以切削加工，因此在机械制造业中很少应用。
共析钢、亚共析钢、过共析钢 1. 共析钢 碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到a――中的固溶体叫铁素体， 溶解到丫一一中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。 从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如 果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是 0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。 2. 亚共析钢 常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于 0.77%，所以组织中的 渗碳体量也少于 12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体 比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。 3. 过共析钢 工具用钢的含碳量往往超过 0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过 12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+ 渗碳体。这类钢统称为过共析钢。 二、有关钢材机械性能的名词 1?屈服点（＜rS 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点 d s =Ps/Fo（MPa,） Mpa 称为兆帕等于 N （牛顿）/mm2 , （ MPa=106Pa, Pa：帕斯卡=N/m2 ） 2?屈服强度（d 0.2 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服 特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力， 称为条件屈服强度或简称屈服强度 d 0.2。 4. 抗拉强度（db）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度 d b= Pb /Fo （ MPa）。 4.伸长率（3） 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5. 屈强比（（T s/ ）r b 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构 零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
金属材料及处理工艺基础知识 一、金属材料分类: 金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。 1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用； 钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。 2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。 屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。 塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。 弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。 伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型晶胞中的原子 数原子半 径 配位 数 致密度 体心立方 2 a 4 38 68% 面心立方 4 a 4 212 74% 密排六方 6 a 2 112 74% 晶格类型fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3) 间隙类型正四面 体 正八面 体 四面体扁八面体四面体 正八面 体 间隙个数8 4 12 6 12 6 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶
创造性思维与方法笔记整理 目录 第一章导论 1.1困惑与思考 1.2创造 1.3创造学 1.4创造力及其构成 第二章创造性思维及思维定势 2.1 创造性思维概念 2.2 创造性思维的特征 2.3 思维定势的类型 2.4突破思维定势 第三章方向性思维 3.1 发散思维与收敛思维 3.2正向思维与逆向思维 第四章形象思维 4.1 形象思维及特点 4.2 想象思维 4.3 联想思维 4.4 直觉思维 4.5 灵感思维 第五章头脑风暴法 5.1 头脑风暴法基本原则及规则5.2 头脑风暴法实施程序 第六章设问法 6.1奥斯本检核表法 6.3 和田十二法 6.2和田十二法 第七章列举法 7.1 列举法概述 7.2 属性列举法7.3 希望点列举法 7.4 缺点列举法 7.5 成对列举法 7.6 综合列举法 第八章思维导图 8.1 思维导图概述 8.2 思维导图绘制 第九章组合分解法 9.1 组合法概述 9.2 常见的组合方法 9.3 形态分析法 9.4 信息交合法和主体附加法9.5 分解法 第十章六顶思考帽法 10.1 水平思考法 10.2 六顶思考帽的特征 第十一章类比法 11.1 类比法概述 11.2 类比法的原理 11.3 类比法的类型 11.4 综摄法 11.5 引申方法 第十二章 TRIZ法 12.1 TRIZ的由来 12.2 TRIZ理论的体系结构12.3 TRIZ理论专利等级划分12.4 技术系统进化S曲线12.5 物理矛盾及其解决原理12.6 技术矛盾及其解决原理
第一章导论 1.1困惑与思考 东亚人平均智商最高，但智商高不等于创造力高。 美国教育哲学：鼓励广泛的兴趣，灵活多变，善于质疑，东跑西跳，注重培养自信心；中国教育哲学：注重狭隘的专业，扎实的操练，被动接受，按部就班，常常缺乏自信心。 中国学生知识丰富，善于考试，但却不善于想象、发挥、批判和创造。高知识不等于高创造力。 李约瑟悖论：中国有四大发明，近代科学技术为什么未起源于中国？因为我们停留在经验的基础上，没有形成理论，不能指导我们实践。发明的目的不是为了探求未知世界，也不是为了人类谋求福祉，而是政治的需要。 什么是高创造呢？知识，技术。 钱学森之问：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？缺乏创新型人才是问题所在！所以大学的责任是开展创新创业教育，培养创新创业型人才。 什么是创新型人才？·就是俱有创新精神和创新能力的人才。通常表现出灵活、开放、好奇的个性，俱有精力充沛、坚持不懈、注意力集中、想象力丰富以及富于冒险精神等特征。 1.2创造 （1）创造与发现。发现科学事实，发现科学规律。 （2）创造与发明。新产品的研制，新方法的发明。 （3）创造与创新。更新，改造新的东西，改变。先创造，滞后期，后创新。 （4）创造与创意。新奇，简单，实用，与众不同，能使人眼前一亮，会令人久久难忘。 创意产生思路，创造产生作品，创新产生效益。 1.3创造学 赫曼全脑模型： A左上逻辑性B左下纪律型C右上空想型D右下表现性 创造学的涵义：指研究人类的创造能力，创造发明过程及其规律的科学。 创造学的特点：一般性，不能取代其他科学。 创造学的研究目的：尽快开发每一个普通人的创造力，提高其创造性。 创造学的基本原理：（1）创造力是人人皆有的一种潜在的自然属性，即人人都有创造力，因此都具有开发的创造潜能。（2）人们的创造力可以通过科学的教育和训练而不断被激发出来，转化为显性的创造能力，并不断得到提高。 1.4创造力及其构成 1、创造力的含义：发现和解决新问题、提出新设想、创造新事物的能力。 2、创造力的构成：知识→一般知识、专门知识， 智力因素→一般智能、创造性和批判性思维、特殊才能， 非智力因素→创造意识因素、创造精神因素。 格林提出创造力由10要素构成：知识、自学能力、好奇心、观察力、记忆力、客观性、怀疑态度、专心致志、恒心、毅力等。庄寿强创造力公式：创造
金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。
2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映
《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
1、什么是创造学？其基本原理有哪些？ 创造学（Creatology): 是研究人们在科学、技术、管理、艺术以及其它所有领域中的创造活动并探索其中创造的过程、特点、规律和方法的一门科学。 研究目的：开发普通人的创造力，提高其创造性。 第一条基本原理： 创造力是人人皆有的一种潜在的自然属性。 第二条基本原理： 创造力是可开发的。即人们的创造力是可以通过科学的教育和训练而不断被激发出来，转化为显性的创造能力并不断得到提高的。 2、什么是创造力？创造力的特征和构成要素，如何提高创造力？ 一、创造力的含义 创造力是指每个正常人或群体在支持的环境下运用已知的信息，发现新问题，并对问题寻求答案，以及产生出某种新颖而独特、有社会价值或个人价值的物质或精神产品的能力。 创造力是创造者在创造过程中表现出来的特殊能力。不同的创造者在类似的条件下可以表现出不同的创造力，同一创造者在不同条件下也可能表现出不同的创造力。 特征： 1、创造力是有特定功能的生产力 2、创造力是人人皆有的一种能力 3、创造力有高低之分 五层次：
发表的能级 技术的能级 发明革新的能级(大多数人能达到） 发现的能级 创新的能级 三、创造力的类型 A、非凡 B、局部 C、自我实现 提高创造力 一、创造力开发的依据 1、创造力普遍存在 2、创造障碍制约创造力
一是外部社会文化环境创造障碍 二是内部心理活动创造障碍 创造心理障碍的表现形式 （1）固定观念 （2）遵守规则 （3）严守逻辑 （4）怕犯错误 （5）迷信权威 （6）兴趣狭窄 3、教育和训练可以提高创造力 一个创新者如果具备了哲学头脑，他的创造成果就可以比原来增加一倍；如果他同时又具有创造学头脑，那么他的创造成果还可以再增加一倍。 二、创造力开发的内容 1、知识的掌握和优化 2、智能因素的开发 观察力， 记忆力，记忆大师 注意力， 想象力，想象力， 操作能力 3、非智力因素的开发 独立的个性，强力的求知欲，坚强的意志 4、创造技法的训练 三、创造力开发的途径 1、创造教育 2、创造实践
最新金属和金属材料基础知识汇编及练习测试题 一、金属和金属材料选择题 1．取甲、乙、丙、丁四种金属粉末，分别投入相同浓度的稀盐酸中，只有甲、乙能产生气体，甲反应更剧烈；再取一小块丁投入丙的硝酸盐溶液中，丁的表面有丙析出。则甲、乙、丙、丁四种金属的活动性顺序为（） A．甲＞乙＞丁＞丙B．乙＞甲＞丙＞丁 C．丁＞丙＞乙＞甲D．乙＞甲＞丁＞丙 【答案】A 【解析】 投入相同浓度的稀盐酸中，只有甲、乙能产生气体，甲反应更剧烈，说明甲和乙均排在氢前面，甲比乙活泼；取一小块丁投入丙的硝酸盐溶液中，丁的表面有丙析出，说明丁比丙活泼，活泼金属可以把不活泼金属从他的盐溶液中置换出来。甲、乙、丙、丁四种金属的活动性顺序为甲＞乙＞丁＞丙。故选A。 点睛∶金属活动顺序表的应用⑴排在氢前面的金属可以与稀硫酸或盐酸反应置换出氢气，排在氢后面的金属则不能⑵排在前面金属可以把排在其后面的金属从它的盐溶液中置换出来⑶从左到右金属活动性越来越弱。 2．向Cu(NO3)2、AgNO3、Al(NO3)3的混合溶液中加入一定量的Zn，充分反应后过滤。关于滤渣和滤液有以下四种说法，正确的有（） ①滤渣的组成有三种可能②滤液中一定含有Zn(NO3)2和Al(NO3)3 ③向滤渣中加入稀盐酸一定有气泡产生④反应前后溶液的质量可能相等 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 【答案】C 【解析】 【详解】 锌的金属活动性比铜、银强，比铝弱，不能与硝酸铝溶液反应；向Cu(NO3)2、AgNO3、 Al(NO3)3的混合溶液中加入一定量的Zn，锌首先与AgNO3溶液反应生成硝酸锌溶液和银，AgNO3反应完，若还有锌粉，锌才能与Cu(NO3)2溶液反应生成硝酸锌溶液和铜； ①滤渣的组成有三种可能，可能只含有银，也可能含有银和铜，也可能是银、铜和过量的锌，故①正确； ②硝酸铝没有参加反应，反应后生成硝酸锌，滤液中一定含有Zn(NO3)2和Al(NO3)3，故②正确； ③向滤渣中加入稀盐酸不一定有气泡产生，滤渣中可能不含锌，故③错误； ④锌与硝酸银、硝酸铜反应的化学方程式分别是Zn+2AgNO3═Zn(NO3)2+2Ag、Zn+ Cu(NO3)2═Zn(NO3)2+Cu，根据化学方程式可知，每65份质量的锌反应生成216份质量的银，参加反应的锌的质量小于生成银的质量，反应后溶液质量减小；每65份质量的锌反应生成64份质量的铜，参加反应的锌的质量大于生成铜的质量，反应后溶液质量增大；所以反应前后溶液的质量可能相等，故④正确。正确的是①②④有3个。故选C。
第一讲基础概念 一、创造 1. 创造基本概念 概括地认为：创造就是首创或改进的形形色色的事物。所谓事物是指客观存在的一切物体和现象。自然界的一切物体及其变化的现象和人类社会的一切活动现象及其发展变化的状况都可称为事物。首创或改进的事物就是创造，例如星云的收缩创造了星球，地壳的运动创造了山脉湖泊……这些属于自然的创造。再如，古人类在劳动中创造了工具，人类在探寻自然的奥秘的过程中创造了各种自然科学，在探寻社会发展规律的过程中创造了各种社会科学……这些属于人类的创造。所谓创造，是指人们首创或改进某种思想、理论、方法、技术和产品的活动。有关专家将人类的创造分为“第一创造性”和“第二创造性”。“首创”就属于“第一创造性”。它是指人类历史中出现的重大发明和创造，如中国的“四大发明”、爱因斯坦的相对论、瓦特的蒸汽机等。第一创造性是为少数人所拥有的活动。“改进”是属于第二创造性。它是指人们在理解和把握某些理论与技术的基础上，根据自身的条件加以吸收和溶解，再创造出大量的具有社会价值的新事物。第二创造性是较为广泛的社会性活动。 2. 创造的特点 （1）目的性 人类和其他动物的根本区别在于人的能动性，任何创造性活动者都是有目的的，人们总是为了某种目的而从事创造活动。像瓦特发明蒸汽机、爱迪生发明电灯等，如企业的新产品开发、组织机构重组等。 （2）新颖性 创造活动与人类其他活动的最大区别是其具有的新颖性。新颖性、主要表现在创造活动的结果上。有些是全新的结果，如电灯的发明，有些是局部的革新，或对原有产品的重新设计等。 （3）否定性 “新”的事物总是对“旧”的事物一定程度的否定，创造活动是新事物的产生活动，必然包含对过去或现在事物的否定，即使是全盘接受旧事物而增加某些特性也是对旧事物没有增加的特性所产生结果的否定，这才导致增加新特性。步行——自行车——汽车——飞机。 （4）过程性 尽管有些创造活动很短暂甚至于说不清道不明其中的详细步骤，但是任何创造活动都是一个在时间甚至于空间有一定持续性并且有资源消耗的过程。目前有许多学者提出了不同的过程模式，如美国人提出的三阶段模式：发现问题、提出假说、解决问题；英国人提出的四阶段模式：准备、酝酿、明朗和验证等。 （5）实践性 任何的创造活动都是为了满足一定实际需求的，只有真正创造出与其他事物不同的新事物的活动才能称为创造，不能把凭空想象而没有任何结果的活动称作创造。实践性一方面指满足实际需求而产生新的事物，另一方面指创造过程是一个实践的过程。 （6）持续性 持续性是指创造活动能够而且必须不断进行下去的特性。对于没有的事物可以通过创造活动予以创造，对于已经存在的事物可以通过创造活动不断改进，而且从宏观角度讲，不同的时空都会存在不同层次的创造活动。 （7）主体依赖性 创造活动都是有人参与的活动，人是创造活动的主体，具有创造力的是人而不是其他。不同的人或组织由于知识、经历、能力及周围环境对其影响的不同而具有不同的创造力，导致不同的创造结果，某种程度上创造活动过程也是不同的。同样从事同一研究发明，有些人做出来了，有些人没有做出来，也可能有些人虽然做出来但是时间上却慢了几拍。 （8）普遍性 创造活动普遍存在于人们的各种不同类型的活动之中，并不是某些地区、某些时间或某些人所独具
金属材料基本知识 1、什么是变形？变形有几种形式？ 构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。 3、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？ 材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。 4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。 5、什么是应力、应变和弹性模量？ 材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。 6、什么叫应力集中？ 应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。 7、什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？ 强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
一：大纲分析： 北京科技大学2009年攻读硕士学位 《金属学》复习大纲 （适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程、材料物理与化学） 一、金属与合金的晶体结构 1.原子间的键合 1)金属键, 2)离子键, 3)共价键 2．晶体学基础 1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数 3．金属的晶体结构 1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙， 4）晶体缺陷 4．合金相结构 1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素 4）中间相 5．晶体缺陷 1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷 二、金属与合金的凝固 1．金属凝固的热力学条件 2．形核 1）均匀形核，2）非均匀形核 3．晶体生长 1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷 4．凝固宏观组织与缺陷 三、金属与合金中的扩散 1．扩散机制 2．扩散第一定律 3．扩散第二定律 4．影响扩散的主要因素 四、二元相图 1．合金的相平衡条件 2．相律 3．相图的热力学基础 4．二元相图的类型与分析 五、金属与合金的塑性变形 1．单晶体的塑性变形
1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折 2．多晶体的塑性变形 1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响， 3.塑性变形对组织与性能的影响 1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等 六、回复和再结晶 1．回复和再结晶的基本概念 2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化 3．再结晶动力学 4．影响再结晶的主要因素 5．晶粒正常长大和二次再结晶 七、铁碳相图与铁碳合金 1．铁碳相图 2．铁碳合金 3．铁碳合金在缓慢冷却时组织转变 八、固态相变 1．固态相变的基本特点 2．固态相变的分类 3．扩散型相变 1）合金脱溶，2）共析转变，3）调幅分解 4．非扩散型相变 参考书： 1.金属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶金工业出版社，1998； 2.材料科学基础, 余永宁主编, 高等教育出出版社，2006； 3.材料科学基础（第二版）, 胡赓祥等主编, 高等教育出出版社，2006； 4.任何高等学校材料科学与工程专业《金属学》或《材料科学基础》教学参考书。 复习方法的话大家还是根据自己的习惯有所不同。重要的是坚持。我个人有一些看法希望与大家分享。 刚开始看，很难把握重点，看的太细，会浪费时间。而且，第一遍看完之后，往往都是只有一个大概的轮廓，细节部分是很难记住的。所以第一边看要抓大放小，把握大致脉络。短时间内对专业课内容有一个全局的把握，以利于第二遍的深入阅读。这就算达到了目标。 再看的时候，每看完一节或一章，对主要内容进行概括。尤其是把重要的知识点用简练的语言概括出来，列成条目以利于以后把握重点，节约时间。一定要相信，手过一遍，胜过口过十遍。做笔记能加深我们对知识的理解和记忆。 再以后做题时每遇到问题回来看自己总结的笔记，并且把做题时重要的类型题的解法归纳到笔记中。坚持下去。做到点——线——面的复习，这样下来专业课不拿高分都难了。
转金属学及热处理的基本知识 一、金属晶体结构的一般知识 众所周知，世界上的物质都是由化学元素组成的，这些化学元素按性质可分成两大类: 第一大类是金属，化学元素中有83种是金属元素。固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电阻率增大，这是金属独具的一个特点。常见的金属元素有铁、铝、铜、铬、镍、钨等。 第二大类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备金属元素的特征。而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电阻率减小，导电性提高。常见的非金属元素有碳、氧、氢、氮、硫、磷等。 我们所焊接的材料主要是金属，尤其是钢材，钢材的性能不仅取决于钢材的化学成分，而且取决于钢材的组织，为了了解钢材的组织及对性能的影响，我们必须先从晶体结构讲起。 (一)晶体的特点 对于晶体，大家并不生疏。食盐、水结成的冰，都是晶体。一般的固态金属及合金也都是晶体。并非所有固态物质都是晶体。如玻璃、松香之类就不是晶体，而属于非晶体。 晶体与非晶体的区别不在外形，而在内部的原子排列。在晶体中，原子按一定规律排列得很整齐。而在非晶体中，原子则是散乱分布着，至多有些局部的短程规则排列。 由于晶体与非晶体中原子排列不同，因此性能也不相同。 (二)典型的金属晶体结构
金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称 为晶格。金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图1-4所示。 体心立方晶格的立方体的中心和八个顶点各有一个铁原子，而面心立方晶格的 立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个铁原子。 图1-4典型的金属晶体结构 (a)体心立方晶格(b)面心立方晶格 铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。这种晶格的转变，称为同素异晶转变。纯铁在常温下是体心立方晶格(称为α-Fe);当温度升高到910℃时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格(称为γ-Fe);再升温到1390℃时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格 (称为δ-Fe)，然后一直保持到纯铁的熔化温度。纯铁的这种特性非常重要，是钢材所以能通过各种热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内在因素 之一，也是焊接热影响区中各个区域与母材相比，具有不同组织和性能的原因 之一。 二、合金的组织、结构及铁碳合金的基本知识 (一)合金的组织 两种或两种以上的元素(其中至少一种是金属元素)，组合成的金属，叫做 合金。根据两种元素相互作用的关系，以及形成晶体结构和显微组织的特点可 将合金的组织分为三类: (1)固溶体固溶体是一种物质的原子均匀地溶解在另一种物质的晶格内，形成单相晶体结构。根据原子在晶格上分布的形式，固溶体可分为置换固溶体和 间隙固溶体。某一元素晶格上的原子部分地被另一元素的原子所取代，称为置 换固溶体;如果另一元素的原子挤入某元素晶格原子之间的空隙中，称为间隙固溶体，见图1-5所示。 图1-5固溶体示意图 (a)置换固溶体;(b)间隙固溶体
创造性思维，是一种具有开创意义的思维活动，即开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动，创造性思维需要人们付出艰苦的脑力劳动。一项创造性思维成果的取得，往往要经过长期的探索、刻苦的钻研、甚至多次的挫折之后才能取得，而创造性思维能力也要经过长期的知识积累、素质磨砺才能具备，至于创造性思维的过程，则离不开繁多的推理、想象、联想、直觉等思维活动。 逻辑性思维 在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等形式对客观世界间接的、概括的反映。科学抽象、比较、分类和类比、分析和综合、归纳和演绎。是最常见的一种科学方法。 逻辑思维又称抽象思惟，是思维的一种高级形式。其特点是以抽象的概念、判断和推理作为思维的基本形式，以分析、综合、比较、抽象、概括和具体化作为思维的基本过程，从而揭露事物的本质特征和规律性联系。抽象思维既不同于以动作为支柱的动作思维，也不同于以表象为凭借的形象思维，它已摆脱了对感性材料的依赖。抽象思维一般有经验型与理论型两种类型。前者是在实践活动中的基础上，以实际经验为依据形成概念，进行判断和推理，如工人、农民运用生产经验解决生产中的问题，多属于这种类型。后者是以理论为依据，运用科学的概念、原理、定律、公式等进行判断和推理。科学家和理论工作者的思维多属于这种类型。经验型的思维由于常常局限于狭隘的经验，因而其抽象水平较低。 逻辑思维狭义的意思是指人类运用已有的信息推导其他可能引起的现象以及隐藏的现象的能力。要知道一个人的逻辑思维能力不仅需要时间还要考察当前他的情绪，这是一个需要统计的过程。一个人数学是否学习好和逻辑思维好不好没有直接的关系。在高等数学微积分领域里面运用的逻辑思维要多一些，但是在多维几何里面运用的空间感知能力多一些。况且有些人的成绩不是靠智商得到的，而是靠他的“努力”得到的，所以没有直接关系. 联想思维的定义 是指人脑记忆表象系统中，由于某种诱因导致不同表象之间发生联系的一种没有固定思维方向的自由思维活动。主要思维形式包括幻想、空想、玄想。其中，幻想，尤其是科学幻想，在人们的创造活动中具有重要的作用。
元：组成合金的最基本的独立的物质，简称元 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。（包括固溶体和金属化合物） 组织：由于形成条件不同，形成具有不同形状、大小数量及分布的相相互结合而成的综合体。 固溶体：组元以不同比例混合后形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相称固溶体 组元：组成合金最基本的独立的物质。 固溶体：合金组元通过相互溶解形成的一种成分及性能均匀的，且结构与其中一种组元相同的固相。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。 表象点：位于相图中，并能表示合金成分、温度的点称表象点。 吉布斯相律：相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统平衡条件的数学表达式。相律可用下式表示： f = c -p +2 当系统的压力为常数时，则为： f = c-p + 1式中，c 系统的组元数，p 平衡条件下系统中相数， f 为自由度数。 自由度：是指在保持合金系中相的数目不变的条件下，合金系中可以独立改变的影响合金状态因素的数目 匀晶转变：从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称匀晶转变 异分结晶：固溶体结晶过程中，结晶出的固相与母相成分不同，这种结晶也称为选择结晶。 同分结晶：纯金属结晶时，所结晶出的晶体与母相化学成分完全一样。 枝晶偏析：生成固体的成分不均匀－偏析，快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶的成分有差别，所以称为晶内偏析，金属的晶体往往以树枝晶方式生长，偏析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别，因此又称枝晶偏析 区域偏析：固溶体不平衡结晶时造成的大范围内化学成分不均匀的现象叫做宏观偏析或区域偏析。 伪共晶：这种非共晶成分合金所得到的共晶组织称伪共晶。
金属材料基本知识 1 钢铁材料及其生产 在人们生活中所用的、遇到的材料分为金属材料和非金属材料。 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料。这不仅是由于其来源丰富、生产工艺简单、成熟，而且还具有优良的性能。 金属材料又有钢铁（黑色金属）和有色金属等，如碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金等。钢与生铁由于碳含量不同，性能和用途也不同。 生铁的含碳量一般有2.5-4.5%，按其用途分为炼钢生铁（含碳4%左右，是炼钢的主要原料）和铸造生铁（铸铁）。最终炼出来的钢碳含量一般都小于1.3%，除少数直接铸成各种形状的铸件外，绝大多数先铸成钢锭，再经轧制或锻压成各种钢件和锻件，然后供进一步加工使用。 其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分，有结构钢（建筑及工程用钢或结构用钢，如锅炉中的钢结构等）、工具钢（各种量具、刃具、模具钢等）和特殊性能钢（耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢）；按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类；按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢（脱氧完全的钢，化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好，一般用来做较重要的部件；受压元件用钢即是）和半镇静钢三类；此外还有其余种类的如按金相组织分类方法。 电站锅炉所耗用的金属材料数量大、品种规格多，除少量有色金属和铸铁外，绝大多数为钢材。其中有钢管、钢板、棒材、工字钢、槽钢、角钢以及铸锻件等。一部分钢材为普通钢，用来制作锅炉的普通结构件，性能要求并不高(主要是一些普通钢结构，是从国家标准中所引用的一些钢号)。另一部分则用来制作高温、高压（或承受高应力）条件下或处于腐蚀性介质中长期工作的元件。这些锅炉钢是综合性能要求很高的材料。 从20世纪50年代起，我国冶金部门、锅炉制造行业和电力部门的科研、生产单位在锅炉钢合金化、冶金生产、焊接和热处理工艺、性能测试、寿命分析诸方面开展了大量的应用研究，形成了我国独特的锅炉用钢体系，有利地保证了火电设备向大容量、高参数的不断发展。从80年代以来，随着我国锅炉制造业与国外的不断交流，也引进了不少国外的优质锅炉钢种进入我国的标准体系。 1.1钢铁的冶炼 1.1.1铁的冶炼 炼铁的主要设备是高炉，高炉炼铁的原料主要是铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石等）。铁的冶炼过程，实质就是将铁矿石中的氧化铁还原成铁的过程。高炉中焦炭本身的碳及其燃烧反应的产物一氧化碳都对氧化铁起还原作用。 1.1.2钢的冶炼 钢与生铁的最主要区别就是碳含量不同，将生铁进行精炼以大幅度降低碳量（和各种杂质）就得到符合要求的钢。精炼所依托的原理主要含有脱碳反应（FeO+C=Fe+CO）、硅锰的氧化反应（2Fe0+Si=2Fe+ SiO2，Fe0+Mn=Fe+MnO）、去磷硫过程（去磷反应2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe，P2O5+4CaO=4 CaO.P2O5,去硫反应FeS+CaO=CaS+FeO）、脱氧反应（沉淀脱氧：将含有Si、Mn、Al等元素的脱氧剂直接加入钢液中，使在钢中的FeO还原，生成不溶于钢液的氧化物，然后
金属材料的基础知识 一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属 1、黑色金属元素：铁、锰、铬 2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。 通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。 二、金属材料的表示方法。 钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要因为习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。 有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。因为铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。 三、合金元素在钢中的作用 铝
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