工程材料金属材料复习重点

第一章金属的结构与结晶一、纯金属的三种晶体结构1.体心立方晶格(胞) (B.C.C.晶格)钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912℃)等。

2.面心立方晶格(胞) (F.C.C.晶格)铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912℃～1394℃)等。

3.密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格)镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。

二、金属的实际结构与晶体缺陷多晶体结构实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部的晶格位向也不是完全一致的，而是包含着许许多多彼此间位向不同的、称之为晶粒的颗粒状小晶体。

而晶粒之间的界面称为晶界。

这种实际上由许多晶粒组成的晶体结构称为多晶体结构。

晶格缺陷实际晶体还因种种原因存在着偏离理想完整点阵的部位或结构，称为晶体缺陷1．点缺陷——空位和间隙原子实际晶体未被原子占有的晶格结点称为空位；而不占有正常晶格位置而处于晶格空隙之间的原子则称为间隙原子。

在空位或间隙原子的附近，由于原子间作用力的平衡被破坏，使其周围的原子离开了原来的平衡位置，即产生所谓的晶格畸变。

空位和间隙原子都处于不断的运动和变化之中，这对于热处理和化学处理过程都是极为重要的。

2．线缺陷——位错晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象称为位错。

实际金属的晶体结构有刃型和螺型两种位错。

3．面缺陷——晶界和亚晶界晶界实际上是不同位向晶粒之间原子排列无规则的过渡层。

晶界处晶格处于畸变状态，导致其能量高于晶粒内部能量，常温下显示较高的强度和硬度，容易被腐蚀，熔点较低，原子扩散较快。

亚晶界则是由一系列刃型位错所形成的小角度晶界。

亚晶界处晶格畸变对金属性能的影响与晶界相似。

在晶粒大小一定时，亚结构越细，金属的屈服强度就越高。

三、金属的结晶与铸锭过冷是金属结晶的必要条件。

一般地，金属液体的冷速愈大，则ΔT愈大，ΔF也愈大，结晶驱动力愈大，结晶倾向也愈大。

金属结晶的基本规律：金属结晶的基本规律是形核和核长大。

受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

液态金属结晶时获得细晶粒的方法：1.外加形核物质，变质剂，中间合金等（如陶瓷颗粒，稀土元素）2.外加场作用（如，电磁搅拌，超声波处理）3.固态成型工艺（如等径角道挤压(ECAE)和大比率挤压等）4.快速冷却技术第三章合金的结构与相图一、固态合金的相结构◇组成合金的基本的相结构按其晶体结构分为两类：固溶体、金属间化合物。

◇固溶体的分类：置换固溶体、间隙固溶体◇影响固溶体溶解度的主要因素:尺寸因素：对于置换固溶体，溶质，溶剂原子间尺寸相差越小，溶解度越大。

对于间隙固溶体，溶质原子越小，溶解度越大。

电负性因素：电负性相差越大，越容易形成化合物，越不利于形成固溶体。

晶体结构因素：晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。

（间隙固溶体都是有限固溶体，无限固溶体都是置换固溶体。

）◇固溶强化的概念及原因融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。

在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。

二、二元合金相图二元相图小结◇相图中的每一点，称为合金的表象点。

◇单相区中合金由单相构成；相的成分＝合金的成分。

◇两个单相区之间一定有一个两相区；两相区中合金处于两相平衡状态。

两平衡相成分由合金表象点水平线与两相区边界线交点决定；两平衡相相对重量用杠杆定律计算。

◇三相平衡共存表现为一水平线——三相平衡线。

◇合金的显微组织可以看作是由各个相组成的，这些相称为合金的相组成物；也可以看作是基本组织组成的，这些基本组织称为合金的组织组成物。

◇合金的相组成物：在合金的显微组织中的基本相，如α、β固溶体相。

◇合金的组织组成物：由基本相组成的单相组织和共晶体等基本组织，如亚共晶合金的组织组成物α、βII、（α+β）。

第四章铁碳合金一、熟悉铁碳合金中基本组织组成物的含义、特点。

F：铁素体碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体。

铁素体为体心立方晶格，727度时绒毯能力最强，为0.0218%，是温室时溶碳能力约为0.006%。

铁素体的力学性能特点为强度、硬度低，塑性、韧性好。

A：碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体。

奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。

不具有铁磁性。

P：珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。

层片状，强度不高。

Fe3C：渗碳体——铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物.含碳量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3～4%的硝酸酒精浸蚀后，渗碳体呈亮白色（若用苦味酸纳溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此，可区别铁素体与渗碳体）Ld:莱式体—奥氏体与渗碳体的共晶混合物。

呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上Fe3CI：一次渗碳体（从液体相中析出）在白口铸铁中呈粗大的条片状Fe3CII：二次渗碳体（从奥氏体中析出）往往呈网络状沿奥氏体晶界分布Fe3CIII：三次渗碳体（从铁素体中析出）通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微。

二、Fe-Fe3C合金相图分析◇◇5个单相（区）： 3条平行线：液相区（L）：ABCD以上区域 L+δ：AHJBAδ固溶体区：AHNA L+γ：BJECB奥氏体区（γ）：NJESGN L+Fe3C：DCFD铁素体区（α）：GPQ以左δ+γ：HNJH渗碳体区（Fe3C）：DFK直线◇7个两相区：γ+α：GPSGγ+Fe3C：ESKFCE α+Fe3C：PQLKSP包晶线：水平线HJB（L+δ+γ）L B+δH→A J（1495℃，可逆）共晶线：水平线ECF（L+γ+Fe3C） L C→（A E+Fe3C）→L e（1148，可逆）共析线：：水平线PSK（γ+α+Fe3C）A S→（F P+Fe3C）→P（727，可逆）三种反应都必须在恒温条件下才能发生。

三种反应物以及生成物的状态不同。

共晶反应是由一个液相结晶出两个固相的反应，而包晶反应则是由一个液相和一个固相生成一个新固相的反应。

共析反应则是一种固相中析出两种结构成分不同的两种新固相。

◇室温时，各类铁碳合金平衡组织示意图会画◇室温时，三类铁碳平衡合金2. 铁碳合金结晶过程分析0.02%：组织组成物和相组成物都是铁素体+三次渗碳体。

（含碳＜0.0218工业纯铁）。

0.2%：组织组成物和相组成物都是铁素体+珠光体（0.0218＜含碳＜0.77亚共析钢）。

0.6%：组织组成物为铁素体+珠光体，相组成物铁素体+渗碳体（0.0218＜含碳＜0.77亚共析钢）。

结晶出高温铁素体然后是包晶反映出奥氏体（1495度）铁素体和奥氏体共析出珠光体（770度）珠光体和二次碳素体（室温）1.2%：组织组成物珠光体+二次渗碳体，相组成物为铁素体+渗碳体（含碳＞0.77过共析钢）。

3%：组织组成物珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体，相组成物为铁素体+渗碳体（含碳＜4.30亚共晶白口铸铁）。

5%：组织组成物莱氏体+一次渗碳体，相组成物为铁素体+渗碳体（含碳＞4.30过共晶白口铸铁3. 计算：室温下,某铁碳合金相组成物和组织组成物的相对重量① 0.3%的 Fe-C 合金在室温下组织组成物是 F 和 P，所以：F =( 0.77－0.3/0.77－0.0218)×100%≈62.3 %P=37.7%② 0.8％的 Fe-C 合金在室温下组织组成物是 100%P，其组成物是 F 和Fe3C，所以：F = ( 6.69－0.77/6.69－0.0218)×100%≈88.8%Fe3C≈11.2%③ 1.2％的 Fe-C 合金在室温下组织组成物是 P 和 Fe3CⅡ，所以：P = ( 6.69－1.2/6.69－0.77)×100%≈92.7% Fe3C≈7.3%三、碳钢1. 钢中常存元素对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁合金的统称。

钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、硅称为常存元素。

硫、磷、氧、氮、氢等常称为杂质元素。

热脆、冷脆产生原因热脆：是硫引起的，钢在凝固时，共晶组织（Fe+Fes）的铁依附在先共晶相，最后留在晶界处。

其熔化温度很低（989度），在锻造加工温度为1150~1250，使在晶界处的（Fe+Fes）已经熔融状态，从而导致热加工时开裂。

冷脆：是磷引起的，磷有着强化作用，它使钢的硬度、强度显著提高，降低了钢的韧性。

使钢的脆性增大。

2. 碳钢的分类、编号和用途Q215：是一种碳素结构钢。

具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。

用于制造地脚螺栓、犁铧、烟筒、屋面板、铆钉、低碳钢丝、薄板、焊管、拉杆、吊钩、支架、焊接结构等。

Q235：普通碳素结构钢。

应用于建筑及工程结构。

用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。

可用于各种磨具把手以及其他不重要的磨具零件。

采用Q235钢做冲头材料，经淬火后不回火直接使用，硬度为36~40HRC，解决了冲头在使用中碎裂的现象Q255：具有较好的强度、塑性和韧性，较好的焊接性能和冷、热压力加工性能。

用于制造要求强度不太高的零件，如螺栓、键、摇杆、轴、拉杆和钢结构用各种型钢、钢板等。

45：轴类零件，毛坯和材料，模具修补领域60：亚共析钢，强度、硬度和弹性都很高，冷变形时塑性较低，切削性较差，焊接和淬透性差，水淬有产生裂纹倾向，大型制件多采用正火。

60号钢用于制造轴、弹簧圈、轮轴、各种垫圈、凸轮、钢绳等受力较大、在摩擦条件下工作，要求较高强度、耐磨性和一定T8：碳素工具钢；淬硬型塑料模具用钢。

淬火回火后有较高硬度和耐磨性，但热硬性低、淬透性差、易变形、塑性及强度较低。

用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，如形状简单的模子和冲头、切削金属的刀具、打眼工具、木工用的铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等次要工具。

不易制作承受较大冲击的工具。

T10：最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。

韧性尚可，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。

适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。