第一部分--第2章工程材料基本知识

⼯程材料复习资料第⼀章⼀、名词解释：晶体：当材料处于固体状态时，若组成它的离⼦、原⼦或分⼦在三维空间呈有规则的长距离（⼤⼤超过原⼦或分⼦尺⼨）的周期性重复排列，即具有长程有序，这⼀类固态物质称为晶体。

它们离⼦、原⼦、分⼦规则排列的⽅式就称为晶体结构。

晶格：为了便于描述晶体中原⼦排列规律，把晶体中的原⼦（或离⼦等）想象成⼏何结点，并⽤直线从其中⼼连接起来⽽构成的空间格架，称为晶格。

固溶体：在固态下，合⾦组元间会相互溶解，形成在某⼀组元晶格中包含其它组元的新相，这种新相称为固溶体。

强度：指在外⼒作⽤下材料抵抗变形和断裂的能⼒。

弹性：卸载后试样的变形⽴即消失即恢复原状，这种不产⽣永久变形的性能称为弹性。

刚度：，弹性模量，⼯程上叫刚度。

疲劳强度：疲劳强度是指在⼤⼩和⽅向重复循环变化的载荷作⽤下，材料抵抗断裂的能⼒。

在理论上，是抵抗断裂的最⼤应⼒，⽤σ－1表⽰。

塑性：⾦属的塑性指⾦属材料在外⼒作⽤下，产⽣永久性变形⽽不破坏其完整性的能⼒。

⽤伸长率δ和断⾯收缩率ψ表⽰。

硬度：硬度是在外⼒作⽤下，材料抵抗局部塑性变形的能⼒。

⼆、名词区别：1、置换固溶体与间隙固溶体置换固溶体是指溶质原⼦取代部分溶剂原⼦⽽占据着晶格的结点位置所形成的固溶体；若溶质原⼦不是占据晶格结点位置⽽是分布在晶格间隙所形成的固溶体，称为间隙固溶体。

2、相组成物和组织组成物相组成物有三种：铁素体、奥⽒体、渗碳体。

组织组成物是有相组成物组成的物质，也可由单⼀相构成，如：珠光体、莱⽒体。

算相对量⽤每种相的铁碳⽐例。

三、何谓点缺陷？对性能有何影响？点缺陷是⼀种在三维空间各个⽅向上尺⼨都很⼩，尺⼨范围约为⼀个或⼏个原⼦间距的缺陷，包括空位、间隙原⼦、置换原⼦。

四.固溶体和⾦属间化合物在结构、性能上有何不同？当合⾦中溶质含量超过固溶体的溶解度时，将析出新相。

若新相的晶体结构与合⾦其它组元相同，则新相是为另⼀个组元为溶剂的固溶体。

若新相不同于任⼀组元，则新相是组元间形成的⼀种新物质－化合物。

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，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。

第2章工程材料的基本知识2.1 金属材料的主要性能用来制造零件的金属材料应具有优良的使用性能及工艺性能。

所谓使用性能，是指机器零件在正常工作情况下金属材料应具备的性能，它包括机械性能(或称之为力学性能)、物理和化学性能。

而工艺性能是指零件在冷、热加工制造过程中，金属材料应具备的与加工工艺相适应的性能。

2.2金属材料的机械性能所谓机械性能，是指零件在载荷作用下所反映出来的抵抗变形或断裂的性能。

机械性能指标是零件在设计计算、选材、工艺评定以及材料检验时的主要依据。

由于外加载荷性质的不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击及循环载荷等)，所以对金属材料的机械性能指标要求也将不同。

常用的机械性能指标包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。

一. 强度金属材料在外力作用下抵抗破坏(过量的塑性变形或断裂)的性能叫做强度。

由于外力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等，所以强度也分为：抗拉强度、）抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度。

一般以测定材料的抗拉强度（σb 为主。

二. 硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。

目前常用的测定硬度的方法为压入法。

它是用特定的几何形状压头在一定载荷作用下，压入被测试样材料表面，根据被压入的程度来测定其硬度值。

所以硬度值的物理意义是金属材料表面抵抗局部压入塑性变形的能力。

常用的硬度的指标有：布氏硬度(HBS或HBW)及洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)。

1. 布氏硬度布氏硬度测定原理是用一定大小的载荷将一定直径的淬火钢球或硬质合金球压求出应入被测金属表面，保持一定时间后卸载，根据载荷P和压痕的表面积F凹力值作为布氏硬度值。

布氏硬度试验法用于测定硬度不高的金属材料，如铸铁、有色金属、一般经退火、正火后的钢材等。

2. 洛氏硬度洛氏硬度测定原理是以测量压痕深度为硬度的计量指标，由于采用了不同的压头及载荷，可用来测量从极软到极硬的金属材料的硬度。

洛氏硬度的三种标度(HRA、HRB、HRC)中，常用的是HRC洛氏硬度，它采用金刚石圆锥体做压头，可用来测量硬度很高的材料，如淬火钢、调质钢等。

材料力学各章重点内容总结第一章 绪论一、材料力学中工程构件应满足的3方面要求是：强度要求、刚度要求和稳定性要求。

二、强度要求是指构件应有足够的抵抗破坏的能力；刚度要求是指构件应有足够的抵抗变形的能力；稳定性要求是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。

三、材料力学中对可变形固体进行的3个的基本假设是：连续性假设、均匀性假设和各向同性假设。

第二章 轴向拉压一、轴力图：注意要标明轴力的大小、单位和正负号。

二、轴力正负号的规定：拉伸时的轴力为正，压缩时的轴力为负。

注意此规定只适用于轴力，轴力是内力，不适用于外力。

三、轴向拉压时横截面上正应力的计算公式：N F Aσ= 注意正应力有正负号，拉伸时的正应力为正，压缩时的正应力为负。

四、斜截面上的正应力及切应力的计算公式：2cos ασσα=，sin 22αστα=注意角度α是指斜截面与横截面的夹角。

五、轴向拉压时横截面上正应力的强度条件[],maxmax N F A σσ=≤六、利用正应力强度条件可解决的三种问题：1.强度校核[],maxmax N F A σσ=≤一定要有结论 2.设计截面[],maxN F A σ≥ 3.确定许可荷载[],max N F A σ≤七、线应变l l ε∆=没有量纲、泊松比'εμε=没有量纲且只与材料有关、 胡克定律的两种表达形式：E σε=，N F l l EA∆= 注意当杆件伸长时l ∆为正，缩短时l ∆为负。

八、低碳钢的轴向拉伸实验：会画过程的应力－应变曲线，知道四个阶段及相应的四个极限应力：弹性阶段（比例极限p σ，弹性极限e σ）、屈服阶段（屈服极限s σ）、强化阶段（强度极限b σ）和局部变形阶段。

会画低碳钢轴向压缩、铸铁轴向拉伸和压缩时的应力－应变曲线。

九、衡量材料塑性的两个指标：伸长率1100l l lδ-︒=⨯︒及断面收缩率1100A A Aϕ-︒=⨯︒，工程上把5δ︒≥︒的材料称为塑性材料。

十、卸载定律及冷作硬化：课本第23页。

第一章材料的结构与组成1、填写出下表中三种典型金属的基本参数2、根据刚性模型，计算体心立方、面心立方及密排六方晶格的致密度。

体心立方：首先在一个晶胞中总共有8*1/8+1=2个原子，这个两个原子的体积为V1=2*4/ 3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。

根据晶胞中的原子分布可知，体心立方密排方向为[111]，从而可以得到4r=a*√3。

根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√3/8=68%。

面心立方：一个胞共有8*1/8+6*1/2=4个原子，这个两个原子的体积为V1=4*4/3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。

面心立方密排方向为[110]，从而有4r=a*√2。

根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√2/6=74%。

密排六方：4/3πr^6/a^3=（4/3πx（a/2）^6)/6x(√3a/4)xc=0.743、晶粒的大小对材料力学性能有哪些影响？用哪些方法可使液态金属结晶后获得细晶粒？晶粒度的大小对金属材料的力学性能有很大影响。

金属材料晶粒越小，其综合力学性能越好，即强度、硬度、塑性、韧性越高。

细化液态金属结晶晶粒的方法：增大过冷度、变质处理、振动或搅拌。

4、什么是过冷度？过冷度和冷却速度有什么关系？金属在实际结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，这种现象称为过冷。

理论结晶温度T0和实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。

金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。

5、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。

其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷包括刃型位错、螺型位错。

面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。

它们对力学性能的影响：使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等。

第二章材料的力学行为1、说明下列力学性能指标的名称、单位及其含义。

工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。

一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。

组织组成物可以是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-马氏体：碳在a —Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930土10C）,保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1（PSK线/共析反应线）以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3 （对于亚共析钢）、Ac1 （对于共析钢）和Accm （对于过共析钢）以上30~50C，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）:奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le'（P+Fe3C U +Fe3C）:珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。

复习思考题第一章：1.试述铸造成型的实质及其优点。

2.合金的流动性决定于哪些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？3.何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？4.冒口补缩的原理是什么？冷铁是否可以补缩？其作用与冒口有何不同？某厂铸造一批哑铃，常出现如图1－22所示的明缩孔，你有什么措施可以防止，并使铸件的清理工作量最小？5.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1－23所示阶梯形试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

第二章：1、影响铸件中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？2、什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？3、可锻铸铁是如何获得的？为什么它只宜制作薄壁小铸件？4、球墨铸铁是如何获得的？为什么球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？球墨铸铁可否全部代替可锻铸铁？5、识别下列牌号的材料名称，并说明其各组成部分的含义：ZL107，ZCuSn3Zn11pb4，ZCuA19Mn2，ZCuZn38.第三章：1、壳型铸造与普通砂型铸造有何区别？它适合于什么零件的生产？2、金属型铸造有何优越性及局限性？3、试述熔模铸造的主要工序，在不同批量下，其压型的制造方法有何不同？4、试确定图3－29所示零件在单件、小批生产条件下的造型方法。

5、试比较气化模铸造与熔模铸造的异同点及应用范围。

6、低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同？为何铝合金常采用低压铸造？第四章：1、试确定图4－25所示铸件的浇注位置及分型面。

2、何谓铸件的浇注位置？它是否就是指铸件上的内浇道位置？3、试述分型面与分模面的概念。

分模两箱造型时，其分型面是否就是其分模面？4、浇注系统一般由哪几个基本组元组成？各组元的作用是什么？5、冒口的作用是什么？冒口尺寸是怎样确定的？6、何谓封闭式、开放式、底注式及阶梯式浇注系统？他们各有什么优点？第五章：1、试述结构斜度与起模斜度的异同点。

2、在方便铸造和易于获得合格铸件的条件下，图5－22所示铸件结构有何值得改进之处？怎样改进？3、铸造一个直径为1500mm的铸铁顶盖，有如图5－23所示的两个设计方案，试问哪个便于铸造，并简述理由。