工程材料复习资料

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。

在固溶体中，溶质原⼦的溶⼊将造成晶格畸变，随着溶质原⼦浓度增加，晶格畸变增⼤，从⽽导致固溶体的强度和硬度升⾼，其它性能也发⽣改变，这种现象称为固溶强化。

性能特点：提⾼强度的同时仍保持良好的塑性和韧性。

化合物作为第⼆相可提⾼合⾦材料的强度，⼜称为第⼆相强化，其效果主要取决于化合物的形态。

若化合物在固溶体晶界呈⽹状分布，合⾦的强度、塑性都下降，韧性明显降低；若呈⽚状或层状分布，可明显提⾼合⾦材料的强度和硬度，但塑性和韧性有所下降；若呈弥散质点（颗粒）分布，可以提⾼合⾦的强度和硬度，⽽塑性和韧性下降不⼤，所以也称为弥散强化或颗粒强化，这是最有利的形态。

五、.绘制低碳钢的应⼒－应变曲线，指出曲线上三个特征点σe、σs、σb各代表的意思。

低碳钢的应⼒－应变曲线
1），弹性模量，⼯程上叫刚度2）σe 弹性极限
3）σs 屈服极限4）σb强度极限
补充：
晶向：晶体中原⼦的位置、原⼦列的⽅向晶⾯：原⼦构成的平⾯
晶向指数确定步骤：晶⾯指数确定步骤：
（1）建⽴坐标系（1）建⽴坐标系
（2）确定坐标值（2）求截距
（3）化整并加⽅括号（3）取倒数
（4）化整并加圆括号
2. 晶体缺陷
（1）点缺陷：空位、置换原⼦、间隙原⼦；
（2）线缺陷：主要是位错，包括刃型位错和螺型位错
（3）⾯缺陷（晶界、亚晶界）
第⼆章
1、名词解释：
结晶：结晶实质上是原⼦由近程有序状态转变为长程有序状态的过程。

⼴义地讲，物质从⼀种原⼦排列状态（晶态或⾮晶态）过渡为另⼀种原⼦规则排列状态（晶态）的转变过程称为结晶。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。

形核率：单位时间内单位体积所产⽣的晶核数称为形核率，以N表⽰，单位为晶核数/(s·㎝3)。

晶粒度：晶粒度是晶粒⼤⼩的量度，⽤单位体积中晶粒的数⽬Z v或单位⾯积上晶粒的数⽬Z S表⽰，也可以⽤晶粒的平均线长度（或直径）表⽰。

同素异构:有些晶体并不只有⼀种晶体结构，⽽是随着外界条件的变化⽽具有不同类型的晶体结构，称为同素异构现象。

相图:相图，⼜称为平衡图或状态图，是表明合⾦系中不同成分的合⾦在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形。

共晶反应: 两组元在液态⽆限互溶，在固态有限溶解或不溶，并在结晶时发⽣共晶转变所构
成的相图称为⼆元共晶相图。

包晶反应:在⼀定温度下，由⼀固定成分的液相与⼀个固定成分的固相作⽤，⽣成另⼀个成分固定的固相的反应，称为包晶反应。

共析反应: 共析反应是由⼀个固溶体在恒温下同时析出两种成分⼀定的固相。

2、⾦属结晶的基本规律是什么？影响晶核的成核率和长⼤速度的因素有哪些？
1）当液态⾦属过冷到⼀定程度时，⼀些尺⼨较⼤的原⼦集团开始变得稳定，⽽成为结晶核⼼，⼜称为晶核。

形成的晶核按各⾃的⽅向吸附周围原⼦⾃由长⼤，在长⼤的同时⼜有新晶核出现、长⼤。

当相邻晶体彼此接触时，被迫停⽌长⼤，⽽只能向尚未凝固的液体部分伸展，直⾄结晶完毕。

晶核的长⼤⽅式通常是枝晶⽣长。

2）结晶后的晶粒⼤⼩与形核率和长⼤速度有关，⽽影响形核率和长⼤速度的重要因素是冷却速度（过冷度）和难熔杂质。

3、细化晶粒的⽅法有哪些？
1）增⼤过冷度；
2）变质处理。

4、课后2-4、课后-2-8、2－9、2－10
5、理解Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm
相图上的临界温度是在及其缓慢的加热和冷却条件下的平
衡转变温度，⽽钢在实际热处理时，实际加热和冷却过程总
是在⼀定速度下进⾏的，实际相变并不严格按照相图所⽰的
临界温度进⾏，常有不同程度的滞后现象产⽣。

通常把家特
使的实际临界温度以Ac1、Ac3、Accm表⽰。

相应的，冷却
使得实际临界温度则以Ar1、Ar3、Arcm表⽰。

7、解释：奥⽒体化、过冷奥⽒体、残余奥⽒体、孕育期
钢加热到临界点以上形成奥⽒体的过程⼜称奥⽒体化。

奥⽒体温度降到临界温度以下，称为过冷奥⽒体。

奥⽒体连续冷却时，停⽌冷却的温度越低，奥⽒体转化成马⽒体的量越多，但即使是冷到mf温度，也不是全部奥⽒体都能转变成马⽒体，这种冷⾄Mf以下⽽残留下来的奥⽒体称为残余奥⽒体。

奥⽒体从冷却到A1线以下某⼀温度到开始分解所经历的时间称为孕育期。

8、画图论述TTT、CCT图的特点。

TTT CCT
9、奥⽒体的形成过程分哪⼏个阶段？影响奥⽒体形成过程的因素有哪些？
1）奥⽒体形核阶段2）奥⽒体晶核长⼤阶段
3）参与渗碳体的溶解阶段4）奥⽒体成分均匀化阶段
影响因素：
1）加热温度和加热速度
提⾼加热温度会加速γ的形成；加热速度增⼤可缩短γ的形成时间。

2）原始组织
原始组织中P越细，γ形成越快
3）合⾦元素
合⾦元素的加⼊，会减慢γ的形成速度，但不改变γ的形成过程。

第三章
名词解释
塑性变形：⾦属受到外⼒会在内部产⽣应⼒，使⾦属发⽣相应变形，当内应⼒超过⾦属的屈服极限后，外⼒消除⽽⾦属的变形不消失的变形称为塑性变形。

形变强化：⾦属在冷态下塑性变形，强度随变形程度的提⾼增加，其塑性却较⼤降低，这种现象称为形变强化，也称加⼯硬化或冷作硬化。

纤维组织：当塑性变形量很⼤时，晶界会变得模糊不清，只剩下沿变形⽅向的⼀条条纤维状条纹，即形成纤维状组织。

残余应⼒(内应⼒)：当作⽤于⾦属材料上的外⼒除去后，仍残存于⾦属材料内的应⼒称为残余应⼒（内应⼒）。

第四章
1、钢材的退⽕、正⽕、淬⽕、回⽕的⽬的是什么？各种热处理加热温度范围和冷却⽅法如何选择？各应⽤在什么场合？热处理后形成的组织是什么？
退⽕：退⽕是将钢加热到预定温度，保温⼀定时间后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理⼯艺。

退⽕的⽬的是：
（1）降低硬度，改善切削加⼯性。

（2）消除残余应⼒，稳定尺⼨，减少变形与开裂倾向。

（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

根据钢成分和退⽕的⽬的不同，退⽕可分为完全退⽕、球化退⽕、扩散退⽕和去应⼒退⽕。

1）完全退⽕：将钢加热到A c3以上30℃～50℃，保温⼀定时间后随炉冷却到500℃以下再出炉空冷的热处理⼯艺。

适⽤于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件等。

（珠光体型组织）2）球化退⽕：将钢加热到A c1以上10℃～30℃，保温较长时间缓慢冷却到600℃以下，再出炉空冷的热处理⼯艺。

适⽤于共析钢, 过共析钢的退⽕,使钢中⼆次渗碳体和珠光体中的渗碳体球化,降低硬度,提⾼切削加⼯性能, 并减⼩最终淬⽕变形和开裂,为以后热处理做准备。

3）扩散退⽕（均匀化退⽕）：将钢加热到A c3以上150℃～200℃，长时间保温（10～15h）后随炉缓冷。

适⽤于⼤型铸锻件,消除其化学成分的偏析和组织不均匀性.（细化粗⼤组织）4）去应⼒退⽕：加热低于A c1以上，⼀般为500℃～650℃，充分保温后缓慢冷却到200℃出炉空冷。

在退⽕过程中⽆组织变化,适⽤于铸锻焊件及经过切削加⼯的零件,消除⽑胚零件中的残余应⼒,稳定⼯件尺⼨,减少零件在切削加⼯和适⽤中的变形和裂纹倾向.
正⽕：正⽕是将钢加热到A c3或A c㎝以上30℃～50℃，保温适当时间后在静⽌空⽓中冷却
的热处理⼯艺。

正⽕⽬的：
1）对普通碳素钢、低合⾦钢和⼒学性能要求不⾼的结构件，可作为最终热处理；
2）对低碳素钢⽤来调整硬度，避免切削加⼯中“粘⼑”现象，改善切削加⼯型；
3）对共析，过共析钢⽤来消除⽹状⼆次渗碳体，为球化退⽕做好组织上的准备。

正⽕后组织是索⽒体组织。

淬⽕：淬⽕是将钢加热到Ac3或Ac1以上30°C～50°C，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理⼯艺。

⽬的是提⾼钢的⼒学性能。

最终得到马⽒体和贝⽒体组织。

回⽕：回⽕就是把经过淬⽕的零件重新加热到低于Ac1某⼀温度，适当保温后，冷却到室温的热处理⼯艺。

回⽕⽬的
1）消除或降低内应⼒，降低脆性，防⽌变形和开裂。

2）稳定组织、尺⼨和形状，保证零件的使⽤精度和性能。

3）调整零件的强度、硬度，获得所需的韧性和塑性。

回⽕时的加热、保温将促使淬⽕马⽒体和残余奥⽒体向稳定组织转变，可分为四个阶段：马⽒体的分解（产物：回⽕马⽒体）；残余奥⽒体的分解（产物：回⽕马⽒体）；渗碳体的形成（产物：回⽕托⽒体）；渗碳体聚集长⼤（产物：回⽕索⽒体）。

2、为什么要进⾏表⾯淬⽕？常⽤的表⾯淬⽕⽅法有哪些？各应⽤在什么场合？
有些零件不仅要求表⾯有⾼的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，还要求⼼部有⾜够的塑性和韧性以使零件的表⾯和⼼部实现良好的性能配合
表⾯淬⽕⽅法：
1）感应加热表⾯淬⽕
2）⽕焰加热表⾯淬⽕
3、淬透性与淬透层深度、淬硬性有哪些区别？影响淬透性因素有哪些？
钢的淬透性是在规定的淬⽕条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。

通常⽤所获得的淬硬层深度来表⽰。

钢的淬硬层深度是指从淬硬的⼯件表⾯量⾄规定硬度值处的垂直距离。

钢的淬硬性是指钢在淬⽕时所能获得的最⾼硬度。

影响淬透性主要是钢的临界冷却速度，影响临界冷却速度的原因主要有：
1）钢的含碳量2）合⾦元素3）钢中未溶物质
4、化学热处理的基本过程是什么？常⽤的化学热处理⽅法有哪些？
化学热处理的基本过程由三个阶段组成：
1）活性原⼦的产⽣；
2）活性原⼦的吸收；
3）活性原⼦的扩散。

常⽤的化学热处理⽅法有：
⼀、渗碳1、⽓体渗碳2、固体渗碳
⼆、渗氮也称为氮化处理
三、碳氮共渗四、渗硼五、渗⾦属
5、热处理零件结构⼯艺性有哪些要求？热处理技术条件如何标出在图样上？
1）零件应尽量避免尖⾓、棱⾓
2）零件截⾯厚度应⼒求均匀
3）零件的形状应尽量对称和封闭
4）零件各部分可采⽤组合结构
第七章：
1、起模斜度？
起模斜度指在造型和制芯时，为便于把模型从铸型中或把芯⼦从芯盒中取出，⽽在模型或芯盒起模⽅向上做出⼀定的斜度。

2、何谓铸件的浇铸位置？铸件的浇铸位置应按何原则来选择？
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

浇注位置选择原则：
1）铸件上的重要加⼯⾯或质量要求⾼的⾯，尽可能置于铸型的下部或处于侧⽴位置。

2）将铸件上的⼤平⾯朝下，以免在此⾯上出现⽓孔和夹砂缺陷。

3）⼤⾯积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧⽴位置，以免产⽣浇不⾜和冷隔缺陷。

4）把铸件易产⽣缩孔的厚⼤部位置于铸型顶部或侧⾯，以便安放冒⼝补缩。

3、何谓分型⾯？分型⾯应按何原则来选择？
分型⾯是指上、下或左、右砂箱间的接触表⾯。

分型⾯选择原则：
1）尽可能将铸件的重要加⼯⾯或⼤部分加⼯⾯与加⼯基准⾯放在同⼀砂箱内，以保证精度。

2）分型⾯应考虑⽅便起模和简化造型，
3）尽可能减少分型⾯、型芯、活块的数⽬。

4）为便于下芯、扣箱及检查型腔尺⼨等操作，尽量使型腔和主要型芯位于下箱。

4、从铸造⼯艺特点、成形优点、缺点、应⽤四⽅⾯⽐较砂型铸造、熔模铸造、⾦属型铸造、压⼒铸造。

（1）砂型铸造：砂型铸造特点：在铸造⽣产中占的⽐例最⼤，其铸件表⾯粗糙度低，尺⼨精度和⼒学性能⾼。

（2）熔模铸造：熔模铸造⼜名“失蜡铸造”，是⽤易熔的蜡质材料制作模型，⽤造型材料将其包覆若⼲层后形成型壳，再将其中蜡模熔化倒出，烘⼲后浇⼊⾦属液⽽获得铸件的⽅法。

优点：
（1）铸件精度⾼，表⾯粗糙度低。

（2）适合各种合⾦的铸造，尤其是熔点⾼、难切割的⾼合⾦铸钢件。

（3）可铸形状复杂、不便分型的铸件。

缺点：制造周期长；⼯序繁琐；不适合⼩批量⽣产。

应⽤：⽤于汽轮机、燃⽓轮机和涡轮发动机叶⽚和叶轮、切削⼑具及航空、汽车和机床上的⼩零件制造。

（3）⾦属型铸造：⾦属型铸造是将⾦属液浇注到⾦属铸型中获得铸件的⽅法。

⼜叫永久型铸造。

优点：复⽤性好，节省造型材料和造型⼯时；冷却能⼒强，获得铸件组织致密，机械性能⾼；铸件尺⼨精度⾼，表⾯粗糙度较低；不⽤砂或⽤砂少，改善劳动条件。

缺点：制造成本⾼、周期长、⼯艺要求严格，主要⽤于熔点较低有⾊⾦属或合⾦铸件的⼤批量⽣产。

⿊⾊⾦属类铸件只限于形状简章的中⼩铸件。

应⽤：主要⽤于熔点较低的有⾊⾦属或合⾦铸件的⼤批量⽣产。

（4）压⼒铸造：压⼒铸造是在⾼速、⾼压下将熔融⾦属液压⼊⾦属铸型，并在压⼒下凝
固获得铸件的⽅法。

优点：⽣产率⾼，便于实现⾃动化；获得铸件尺⼨精度⾼，表⾯粗糙度低；便于⽣产结构较复杂的薄壁件；冷却能⼒强，获得铸件组织细⼩，铸件强度性能⽐砂型铸造⾼25～40%；压铸可实现嵌铸。

缺点：压铸设备投资⼤，压铸型制造成本⾼；压铸的合⾦种类受到限制；铸件容易产⽣⽓孔和缩松缺陷；压铸件不能进⾏热处理或在⾼温下使⽤。

应⽤：有⾊⾦属或合⾦铸件⼤批量⽣产。

5、什么是液态合⾦的充型能⼒？影响的主要因素有哪些？
液态合⾦的充型能⼒指液态⾦属或合⾦充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能⼒。

影响充型能⼒的主要因素有：
1）⾦属或合⾦⾃⾝的流动性
2）浇注条件包括浇注温度和充型压⼒
3）铸型的充型能⼒包括流动阻⼒、流动速度、冷却速度等因素
4）铸件的结构
6、何谓合⾦的收缩？什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？
铸造⾦属或合⾦的收缩是指从浇⼊铸型、凝固和直⾄冷却到室温的过程中，其体积或尺⼨的缩减现象。

所谓顺序凝固原则指采⽤⼀些适当⼯艺措施，使铸件上远离冒⼝或浇⼝部位先凝固。

同时凝固原则是将内浇⼝开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却；再在铸件厚壁处放置冷铁，以加快其冷却。

7、铸造内应⼒、变形、裂纹是怎样形成的？怎样妨⽌它们的产⽣？
（1）铸造应⼒按应⼒产⽣原因分热应⼒和机械应⼒两种：
1）热应⼒指因铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，致使铸件各部分的收缩不同步⽽引起的应⼒。

消除热应⼒的⽅法是进⾏去应⼒退⽕。

2）机械应⼒指铸件固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍⽽形成的应⼒。

它是暂时的。

解决⽅法：在铸造⼯艺上采取“同时凝固原则”。

（2）变形：是由于壁厚不均匀的铸件内部有残留应⼒，即厚部位受拉应⼒、薄的部位受压应⼒。

防⽌逐渐变形的措施是：尽可能是铸件壁厚均匀或截⾯形状对称；也可采取相应⼯艺措施使其同时凝固。

（3）裂纹：当铸件内应⼒超过其强度极限时做便会产⽣裂纹。

防⽌热裂的⽅法：合理的铸件结构；型砂和芯砂的退让性；严格限制钢和铸铁中硫的含量等。

防⽌冷裂的⽅法：减⼩铸造内应⼒和降低合⾦的脆性；增加型砂和芯砂的退让性；降低钢和铸铁中的磷含量。

8、在设计铸件外形结构时应考虑哪些因素？
1）避免铸件外形侧凹；
2）铸件外形应去掉不必要的外圆⾓，使分型⾯为平⾯。

；
3）设计铸件上的凸台和筋条时，应考虑⽅便造型；
4）铸件外形应尽可能使铸件的分型⾯数⽬最少。

9、在设计铸件内腔时应考虑哪些因素？
1）铸件内腔尽可能不⽤或少⽤型芯；
2）铸件内腔复杂时，应考虑型芯的稳固、排⽓、清理⽅便；
3）⼀些内腔结构不利于稳固、排⽓、清理时，增设⼯艺孔。