船舶与海洋工程材料复习资料(2016)

船舶与海洋工程材料复习提纲一、基本概念工程材料：硬度：化学键、离子键：晶体、非晶体、晶格、单晶体、多晶体、结晶：滑移，孪生：加工硬化（冷作硬化）：金属在变形后强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质相是指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。

组元:组成合金的最基本独立单元(元素)。

相图：又称平衡图，状态图。

相图是以温度为纵坐标，以组元成分为横坐标，表明合金系中各合金在不同温度下由哪些相构成及这些之间的平衡关系图。

二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二元共晶相图。

共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相的复合混合物的反应共析反应：自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变过程固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。

（锰铁,金铜）渗碳体：是一种复杂的间隙化合物，铁原子是以金属键相结合的。

渗碳体极脆，塑性几乎等于零，冷却时不发生同素异构体转变。

铁素体：碳在α-Fe中的固溶体，常用F或α表示。

强度、硬度低，塑性、韧性好。

奥氏体：碳在γ-Fe中的固溶体，高温组织，在大于27°时存在，常用A或γ表示。

塑性好，强度、硬度高于F。

在锻造，轧制时，常要加热到A，可提高塑性，易于加工。

Fe C之间，强度、珠光体：铁素体与渗碳体的片状机械混合物。

力学性能介于F与3硬度较好，塑性、韧性不差。

莱氏体（ Ld ）：奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。

性能---硬度高，塑性差。

金属间化合物：合金组元间发生相互作用而形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元且具有金属特性的新相即为金属间化合物，或称中间相。

两组元在液态和固态均能无限互溶时，所构成的相图称为均晶相图。

铁碳合金相图：在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没有使用价值。

因此只研究Fe—Fe3C，即含碳量小于6.69%这一部分，通常称为Fe—Fe3C相图钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。

马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

强度、硬度高，经回火过后可得到综合机械性能好的材料。

（碳原子在马氏体中存在使金属晶格变形是马氏体强度、硬度高的根本原因）。

贝氏体：含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体的混合物，称为贝氏体（B）退火：将钢加热到适当温度（临界温度以上30～50℃），保温一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。

淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。

回火：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺。

表面淬火：是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织，且信步组织不发生变化的局部热处理工艺。

表面淬火加工的方法:感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、电接触加热法等。

钢的淬透性：指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。

淬硬性：是指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的最高硬度。

渗碳：向钢的表面渗入碳原子的过程。

名词解释：合金；相；组元；固溶体；相图；匀晶相图；二元共晶相图；共晶反应；共晶体。

铁素体；渗碳体；奥氏体；珠光体；莱氏体；共晶反应；共析反应。

船舶与海洋工程材料分为金属材料和非金属材料两种。

金属材料包括黑色金属和有色金属两种。

黑色金属包括铁及其全部合金，有色金属除黑色金属外的所有金属均称为有色金属。

非金属材料分为高分子材料，无机非金属材料和复合材料三类。

结晶过程包括形核和长大常见金属的晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格、金属晶体的缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷过冷是结晶的必要条件。

表示晶面的符号称为晶面指数。

表示晶向的符号称为晶向指数每一个晶面指数(或晶向指数)泛指晶格中一系列与之相平行的一组晶面、（或晶向）。

原子排列情况相同但空间位向不同的晶面（或晶向）统称为一个晶面（或晶向）族。

金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界。

晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界单晶体的塑性变形方式滑移和孪生密排六方金属常以孪生方式变形；体心立方金属只有在低温拉伸或受到冲击载荷时才发生孪生变形；面心立方金属容易滑移变形一般不发生孪生变形。

滑移面和滑移方向是原子密排面和密排方向。

由于滑移方向对滑移影响比滑移面较大，所以面心立方晶格的塑性好。

滑移是通过滑移面的位错运动逐步实现的.孪生变形部分与未变形部分呈镜面对称各个晶粒的位向不同，将使得各个晶粒的变形有先有后。

但是，只有各个晶粒相互协调才能变形多晶体金属的塑性变形：加工硬化、织构现象、残余应力温度升高变形金属发生：回复、再结晶、晶粒长大合金可分为：1、机械混合物 2、固溶体 3、化合物碳钢的组元：铁和碳；固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。

根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分：1. 置换固溶体2. 间隙固溶体五大组织：渗碳体，铁素体，奥氏体，珠光体，莱氏体在Fe—Fe3C相图中，较稳定的化合物Fe3C与Fe是组成二元合金的两个组元5.钢分：共析钢、亚共析钢、过共析钢白口铸铁：共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁亚共析钢就是含碳量为0.0218%C到0.77%C的钢，它包括了碳素结构钢、低碳钢、中碳钢及高碳钢。

亚共析钢的含碳量是 0.02%-0.77%共析钢的含碳量是 0.77% 过共析钢的含碳量是0.77%-2.11%热处理包括普通热处理和表面热处理。

普通热处理包括退火，正火，淬火，回火。

表面热处理包括表面淬火和化学热处理。

表面淬火包括火焰加热和感应加热。

在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。

奥氏体的形成：形核，长大，残余渗碳体溶解均匀化。

处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。

过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。

随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。

马氏体的形态分板条和针状两类。

钢的热处理工艺预备热处理 : 退火 ; 正火最终热处理 : 淬火 ; 回火退火分为：完全退火，均匀化退火（扩散退火），球化退火，再结晶退火，去应力退火。

常用的淬火方法：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、局部淬火等。

按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 ºC ~250 ºC中温回火：350 ºC ~500 ºC 高温回火：500 ºC ~650 ºC淬火 + 高温回火 = 调质处理按成分：碳素钢和合金钢。

碳素钢按成分分为低碳钢，中碳钢，高碳钢。

合金钢分为低合金钢，中合金钢，高合金钢。

按用途：结构钢，工具钢，特殊钢。

结构钢按质量又分为高级优质结构钢，普通结构钢，优质结构钢。

工具钢分为量具、刃具钢，冷做模具钢，热冲击模具钢，耐冲击模具钢。

碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其他杂质元素有：S P Si Mn N O H有益元素：锰硅有害元素：硫磷氮氧氢硫的影响------热脆现象： FeS与Fe形成的熔点（985 ℃）共晶体分布在晶界上当钢加热到1000-1200℃进行锻压或轧制时，由于晶界上的共晶体已经熔化，使钢在晶界开裂。

这种现象称热脆。

磷的影响------冷脆现象：低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆。

氮的影响------兰脆现象：在200~300℃加热过程中常呈氮化物析出（时效现象），使钢的强度极限升高，塑性下降，这种现象称作钢的兰脆现象。

氢的影响------白点：聚积的氢将产生很大压力，使钢材内部出现的裂纹。

特殊钢：调质钢，不锈钢，低温钢，耐磨钢，低磁钢，耐大气及海水腐蚀用钢。

不锈钢：腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

船舶与海洋工程用钢：船用碳素结构钢：《钢质海船入级与建造规范》（1996）规定一般船体结构钢分为ABDE 四个等级，其按硅，磷，硫的含量来划分。

钢铁之外的金属材料称为非铁金属材料或有色金属。

铝合金按成分和性能分：变形铝合金，铸造铝合金。

按用途分：防锈铝合金，硬铝，锻铝，超硬铝，特殊铝。

有色金属中密度低于3.5×103kg/m3的称为轻有色金属；密度大于3.5×103kg/m3的称为重有色金属。

常用的有：铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金和轴承合金等纯铝的特性：纯铝是银白色金属，熔点660℃，，面心立方晶格，无同素异晶转变。

是自然界出量最丰富的金属元素。

牺牲阳极的阴极保护法：这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的锅炉内壁、船体外壳被保护了下来。

外加电流的阴极保护法：这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上电源。

通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。

抗拉强度：材料在拉伸条件下所能承受最大力的应力值。

当金属原子相互靠近时，其外层的价电子将脱离原子，而成为自由电子，并为整个金属所共用，这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。

晶格：这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。

结晶：凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。

理论结晶温度：纯金属在无限缓慢的冷却条件下（即平衡状态下）的结晶温度称为理论结晶温度。

孪生：晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）进行剪切变形的现象。

合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。

相: 是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态(如密度、晶体结构等)，并以界面相互分开的、均匀的物态。

固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。

相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中，诸相区的温度、压力、成分的极限图解。

匀晶相图：两组元在液态和固态均能无限互溶时，所构成的相图称为均晶相图。

共析反应：一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。

正火：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～50 ºC ，保温适当的时间后，在空气中冷却。

淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。

钢: 以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的材料称为钢船体结构用钢:指按船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材。