北京科技大学机械工程材料与成形工艺(机械)期末复习总结

工程材料与成形技术基础概念定义原理规律小结

一、材料部分

材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。

材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性。

拉伸过程中,载荷不增加而应变仍在增大的现象称为屈服。拉伸曲线上与此相对应的点应力σ

，

S

称为材料的屈服点。

称为材料的抗拉强度,它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。

拉伸曲线上D点的应力σ

b

硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力,它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。一般情况下,材料的硬度越高,其耐磨性就越好。

韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力,它是材料塑性和强度的综合表现。材料在交变应力作用下发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生,断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断裂的后果是十分严重的。

工艺性能是指金属材料接受某种加工过程的难易程度。主要是铸造性能;锻造性；焊接性;热处理性能；切削加工性。

晶体的结构:在晶体中，原子（或分子)按一定的几何规律作周期性地排列;晶体表现出各向异性；具有的凝固点或熔点。而在非晶体中,原子（或分子)是无规则地堆积在一起。常见的有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。体心立方晶格的致密度比面心立方晶格结构的小。

晶体的缺陷（低要求）:１）点缺陷２)线缺陷3)面缺陷

1）点缺陷—空位和间隙原子

在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据,这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子,这种不占有正常的晶格位置,而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。

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。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量通常用位错密度表示,位错密度是指单位体积内,位错线的总长度。

3）面缺陷——晶界和亚晶界

实际金属材料是多晶体材料,则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域,该处晶体的晶格处于畸变状态,能量高于晶粒内部,在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低,晶界容易被腐蚀等。

结晶概念:1、凝固：物质由液态转变成固态的过程;２、结晶：物质由液态转变成固态晶体的过程;3、理论结晶温度与实际结晶温度之差成为过冷度。（实际液态金属的结晶总是在有过冷度的条件下才进行的。)

金属的结晶都要经历晶核的形成和晶核的长大两个过程。

晶粒大小与性能之间的关系:一般情况下,晶粒越小，其强度、塑性、韧度越好。

晶粒大小的控制方法:

1)提高冷却速度，增加过冷度，

2)增加形核的数量,从而细化晶粒;

3) 针对大体积的液态金属进行变质处理或者孕育,加入人工晶核(非自发形核）;

4)采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等，使枝晶破碎。

有些金属(铁、钛等)在固态下,其晶体结构会随温度变化而变化。这种固态金属在一定的温度下,

由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的过程，称为金属的同素异晶转变。

纯铁的同素异晶转变反应式:

(液体)1５３8℃ (体心) １３9４℃ （面心） 9１２℃ （体

心)

合金：由两种或两种以上的金属、或金属与非金属,经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金

属特性的物质称为合金;合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分称为相。

通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的变形抗力增大，强度、硬度升高的现象称为固溶强

化，它是金属材料强化的重要途径之一。(马氏体型转变、合金化)

金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程,

称为金属的结晶过程。金属从一种固态过渡为另一种固态的转变即相变，称为二次结晶或重结晶。

实验证明,在一般的情况下,晶粒长大对材料力学性能不利,使强度、塑性、韧性下降。晶粒越细,

金属的强度、塑性和韧性就越好。因此，晶粒细化是提高金属力学性能的最重要途径之一。

相图：是表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度、成分间关系的图形,又称为平衡相

图或状态图。

二元合金系中两组元在液态和固态下均能无限互溶,并由液相结晶出单相固溶体的相图称为二元

匀晶相图。

在一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。合金系

的两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，并在凝固过程中发生共晶转变的相图称为二元共晶

相图。共晶反应：()1148C

E 3

F A +Fe C C L Ld −−−→←−−−

在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程

称为包晶转变。两组元在液态下无限互溶,固态下有限互溶,并发生包晶转变的构成的相图，叫二元包晶相图。

在恒定的温度下,一个有特定成分的固相分解成另外两个与母相成分不相同的固相的转变称为 共析转变,发生共析转变的相图称为共析相图。共析反应：()7273C

S P K A P F Fe C −−−→+←−−− 铁碳相图:(要掌握）

铁素体-碳溶于α-Fe 中的间隙固溶体，以符号Ｆ表示。体心立方晶格

奥氏体－碳溶于γ-F ｅ中的间隙固溶体,以符号A 表示。面心立方晶格,此时他的硬度,强度因为碳

含量高而提高,塑性和韧性由于晶体结构而很高，所以此时的钢材适合变形，加工。

渗碳体－是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物,分子式为Fe 3Ｃ。强化片

珠光体—是铁素体和一次渗碳体(F+Ｆe3C ）组成的两相机械混合物，常用符号P 表示。是由A ，

稳定高温状态冷却至７2７℃。不同含碳量（0．02－2.1１）的Ａ会先生成P,再根据剩余的C Fe 比例决定生成铁素体还是二次渗碳体。基体为铁素体

莱氏体－是奥氏体和渗碳体(A+Fe3C)组成的两相机械混合物,常用符号L d 表示。是A+L 或是L+一

次渗碳体冷却到1148℃生成。不同含碳量(0.02-2.1１）组分的会先生成L ｄ，再根据剩余的C F ｅ比例决定生成只有Ld 还是加上二次渗碳体。基体为渗碳体

马氏体-是由奥氏体急速冷却(淬火)形成的，很多淬火工艺通过淬火后获得过量的马氏体，然后通