工程材料-考前复习

工艺
课程主线：成分→组织、结构→性能→应用
{
0.0.2 教学内容
绪论 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 材料的结构与性能 金属材料组织和性能的控制 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 功能材料 机械零件的失效与选材原则 典型工件的选材及工艺路线设计(有些内容 放在第3章讲) 第10章 工程材料的应用(不单独讲，放在前面几章 讲)
(2) 金属晶体具有各向异性
图 晶体和非晶体的熔化曲线
非晶体具有各向同性。
二、填空题
3．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是
{110}
。
4．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是 {111} 。 5．同非金属相比,金属的主要特性是 6．实际金属的晶体缺陷包括 面缺陷 。 点缺陷
具有各向同性
、 线缺陷 和
2. 金属晶体中的晶面和晶向
晶面：通过晶体中原子中心的平面叫做晶面。
晶向：通过原子中心的直线为原子列，其所代表的 方向叫做晶向。
(1) 晶面和晶向的表示方法 ① 立方晶系的晶面表达方法 以ABB’A’为例 a.设定一空间坐标，原点在欲 定晶面外，并使晶面在三个 坐标轴上有截距或无穷大。
b.求截距，以晶格常数a为单位。 截距为：1∞∞ c.截距取倒数：100 d.截距的倒数化为最小整数：100
使用性能：指金属材料在使用情况下所表现出来的性能。 1.2.1金属材料的工艺性能 1.2.2 金属材料的机械性能 机械性能(力学性能)：指金属材料在外力作用 时表现出来的性能。包括强度、塑性、硬度、 韧性及疲劳强度等
4. 实际金属中的晶体缺陷
空位 点缺陷 晶体 缺陷 分类
间隙原子
异类原子
线缺陷
刃型位错
过冷度△T=理论结晶温度T0 –开始结晶温度Tn 冷却速度越大，则开始结晶温度越低，过冷度越大。 条件2： (自由能差)△F>A (建 立同液体相隔的晶体
条件1：存在一定的过冷度
2.1.2同素异构转变(二次结晶或重结晶)
同素异构转变：金属在固态下随温度改变从一种 晶格转变为另一种晶格的过程。
γ-Fe转变为α-Fe时，铁 的体积会膨胀。
图 纯铁的冷却曲线
2.2 合金的结晶(铁碳相图)
相图 枝晶偏析 组织组成物
什么是相图？ (phase diagram) 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图。
A
B
杠杆定律
如在T1温度时，两相的 质量比可用下式表达。
a1
T1
b1
c1
QL b1c1 Q a1b1
杠杆定律
合金、组元、相、固溶体、金属化合物、组织、 固溶强化 工艺性能、使用性能、机械性能(强度、塑性、硬 度、韧性、疲劳强度、断裂韧性)
1.1金属材料的结构与组织
晶体：原子(离子或分子)在三维空间有规则 的周期性重复排列的物体。 非晶体：原子(离子或分子)在空间无规则排 列的物体。
图 晶体
1.1.1 纯金属的晶体结构
2.组织的决定因素 组织的决定因素：化学成分和工艺过程 化学成分不 同显微组织 不同。
(a) w(c)=0.01%铁素体 (b) w(c)=0.45%铁素体+珠光体
(c) w(c)=0.77%珠光体
(d) w(c)=1.2%珠光体 +二次渗碳体
化学成分相同，热处理工艺不 同，显微组织形态不同。
w(c)=0.77%
e.将三整数写在圆括号内：(100)
ABB’A’晶面指数为(100)
晶面的截距可以为负数，在指数上加“-‖号。
Z
A’BO晶面指数为(1 1 1)
O y
两个问题(1)已知晶面求晶面指数? (2)已知晶面指数画晶面? 例：求ABC晶面的晶面指数。 a.设定一空间坐标。
b.求截距：1/2、1/4、1/3
例：作图表示立方晶系中的[211]、[120]晶向
A点的坐标 为(1 ½ ½)
A
X=-1/2
1/2 1
o
o Y=1
1/2 [120]
[211]
(2) 密排面和密排方向
密排面：原子密度最大的晶面。 密排方向：原子密度最大的晶向。
1.2金属材料的性能
工艺性能：指制造工艺过程中材料适应加工的性能。
渗碳体(Fe3C) ：一种 金属化合物。
珠光体(P)：铁素体 与渗碳体的共析(两 相)混合物。 低温莱氏体(Le’)：珠 光体与渗碳体的混合 物。
图 标注组织的铁碳相图
共析钢的平衡结晶过程
L L+A A
P
P
共析钢：（珠光体）P
在显微镜下，珠光体的形态呈层片状。
例：共析钢室温组织是珠光体P,而组成相为 铁素体和渗碳体，求它们的质量分数：
c.截距取倒数：2、4、3 d.截距的倒数化为最小整数： 243 e.将三整数写在圆括号内：(243)
例：作图表示立方晶系中的(110)、(120)晶面
o
o
Y轴截距为：1/2
(110)
(120)
② 立方晶系的晶向表示方法 以OA为例 a.设定一空间坐标，原点定在 在欲定晶向的节点上。 b.写出该晶向上另一结点的空间坐标值：100 c.将坐标值按比例化为最小整数：100 d.将化好的整数记在方括号内：[100] 晶向指数的一般标记为[uvw],实际表示一组原子 排列相同的平行晶向。
L+δ
L+δ+A L+A A A+F P+F
J为包晶点、S为共析点、C为共晶点
包晶反应
共析反应
共晶反应
根据Fe-C相图，铁碳合金可分为三类：
工业纯铁[w(C)≤0.0218%]
钢[0.0218% <w(C) ≤2.11%]
亚共析钢[0.0218% <w(C) <0.77%] 共析钢[w(C) =0.77%] 过共析钢[0.77% <w(C) ≤2.11%] 白口铸铁[2.11% <w(C) <6.69%] 亚共晶白口铸铁[2.11% <w(C) <4.3%] 共晶白口铸铁[w(C) =4.3%] 过共晶白口铸铁[4.3% <w(C) <6.69%]
W ( P ) 100 %
6.69 0.77 W (F ) 100 % 6.69 0.0008 6.69 0.77 100 % 88 % 6.69 W ( Fe3C ) 1 88 % 12 %
S 0.0008 0.77
QF
6.69
QFe3C
亚共析钢的平衡结晶过程 L
④致密度=
该晶胞体积
4 r原子 3 2 3
3 4 4 a 2 3
3
=
=
=68%
a
3
a
3
⑤空隙半径：若在晶胞空隙中放入刚性球，则能放入球 的最大半径。
四面体空隙： r四 0.29r原子
八面体空隙：r八 0.15r原子
⑥配位数：晶格中与任一个原子相距最近且距离相等的 原子数目。 体心立方晶格的配位数=8
2.金属化合物 正常价化合物 金属化合物 电子化合物 间隙化合物
复杂结构的间隙化合物 间隙相
金属化合物特点： 熔点较高、硬度高、脆性大。
Fe3C
1.1.3金属材料的组织 1.组织的概念
金相试样的制备： 取样(小块金属材料) →磨光(用金相砂纸) →抛 光(用绒布+抛光剂) →腐蚀→吹干
在显微镜下观察，可以看到金属材料内 部的微观形貌。这种微观形貌称做显微组织 ，简称组织。
片状珠光体
w(c)=0.77%
球状珠光体
考前复习题1
一、名词解释
晶体：原子(离子或分子)在三维空间有规则的周 期性重复排列的物体。
二、填空题
1．图1中ABCD晶面的晶面指数为：
2．图2中ABCD晶面的晶面指数为： (110) (100)
。
。
图1
图2
3. 金属晶体的特性
(1) 金属晶体具有确定的熔点 T0为熔点
室温显微组织
纯铁： F
亚共析钢：
共析钢： 过共析钢：
F+P
P P+Fe3CⅡ
亚共晶白口铁组织：P+Fe3C Ⅱ +Le’ 共晶白口铁组织： [Le’即（P+ Fe3CⅡ） +Fe3C ）] 过共晶白口铁组织：Fe3C Ⅰ +Le’
铁素体(F)：也叫α相，是碳 在α-Fe中的间隙固溶体，呈 体心立方晶格。 奥氏体(A)：也叫γ相，是碳 在γ-Fe中的间隙固溶体，呈 面心立方晶格。 高温莱 氏体(Le) ：奥氏 体 与渗碳体的共晶混合物。
螺型位错
晶界
面缺陷 亚晶界
1.1.2合金的晶体结构 合金：一种元素同另一种或几种其他元素 ，通过熔化或其他方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质。
组元：组成合金独立的最基本的单元。
由两个组元组成的合金称为二元合金。 如：铁碳合金、铜镍合金
相：凡化学成分相同、晶体结构相同并有 界面与其他部分分开的均匀成分叫相。 合金组元通过溶解 形成一种成分和性 能均匀、且结构与 组元之一相同。
0.0.3 学习方法
1. 2. 3. 4. 5. 抓主线 基本概念理解 基本规律 习题 灵活应用
工程材料的分类
金属材料
碳钢
钢
铸铁
合金钢
有色金属及其合金
工 程 材 料 工程塑料
高分子材料
合成纤维
合成橡胶 胶粘剂
普通陶瓷 特种陶瓷
陶瓷材料 复合材料
非金属基复合材料 金属基复合材料
第1章 材料的结构与性能
QL a1b1 Q b1c1
a1
QL