工程材料学知识要点

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。

线缺陷：在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错（Dislocation）

形式：刃型位错螺型位错混合型位错

位错线附近的晶格有相应的畸变，有高于理想晶体的能量；

位错线附近异类原子浓度高于平均水平；

位错在晶体中可以发生移动，是材料塑性变形基本原因之一；

位错与异类原子的作用，位错之间的相互作用，对材料的力学性能有明显的影响。

面缺陷：在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。

形式：晶界面亚晶界面相界面

第三章

过冷：一般地，熔体自然冷却时，随时间延长，温度不断降低，但当冷却到某一温度Tn 时，开始结晶，此时随着时间的延长，出现一个温度平台，这一平台温度通常要低于理想的结晶温度T0，这样在低于理想结晶温度以下才能发生结晶的现象——过冷。

过冷度：实际结晶温度Tn与理想结晶温度T0之差T＝T0－Tn 称为过冷度。过冷度的大小随冷却速度的增加而增加

过冷度愈大，ΔG愈大，结晶驱动力愈大

结晶过程：

形核：符合能量条件和结构条件的短程有序集团(尺寸达到临界尺寸）将成为结晶核心。长大：金属液体中的晶核一旦形成，由于系统自由能降低，晶核将迅速长大直到液体全部消失

形核率(N)：单位时间在单位母体（液体）的体积内晶核的形成数目称为形核率。

一般合金相图是在常压下（P＝1atm）获得的，所以对于一个合金体系描述相图的参数有三个：成分，温度，相。即相只与温度和成分相关。若以成分（C）为横坐标，T为纵坐标，那么坐标系任一点即表示某一成分合金在某一温度下对应的相.

匀晶相图

杠杆定律：设 mL和分别为两相的质量，它们满足以下杠杆定律：

共晶反应：在某一温度下，从液体中同时析出两种固溶体。即：L→α+β

7条线：AE、BE为液相线，温度在液相线上，为单一液态；AC、BD为固相线，温度在此以下为单一固溶体；CED：共晶反应线，对应L→α+β；CG、DH为α，β固溶体的溶解度变化线，即：α，β固溶体的溶解度随温度变化而发生变化的曲线。

6个相区：3个单相区：L、α、β 3个两相区： L+α, L+ β、α +β

注：两个单相区由一个双相区分隔 (相律）

1个点：E：共晶成分点，液体温度最低点。成分在E点以左，为亚共晶（成分在 CE 范围）成分在E点以右，为过共晶（成分在 ED 范围）

包晶反应：两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，并且发生包晶转变：L+α→β。

Ac 和 bc为两液相线，与其对应的 ad 和 bp 为两固相线；Df 和pg 固溶体α、β的溶解度随温度变化线；dpc为包晶转变线。

相图含三个单相区L、α、β；三个双相区L＋α、L＋β、α＋β；

一个三相区 L＋α＋β，水平线dpc为包晶反应线， P点为包晶点，对应包晶反应： L+α→β。共析反应：特点：

（1）固态反应。（2）类似于共晶反应。（3）共析反应：γ→α＋β

（4）α、β为交替的片层结构。（5）α、β的相对含量符合杠杆定律。

稳定化合物（金属间化合物）在相图中的形式：

稳定化合物在相图中表现为一直线，可将其视为独立组元，并以其为界将相图分开进行分析。