工程材料总结
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（1）砂型铸造与金属型铸造 （2）厚壁铸件与薄壁铸件 （3）加变质剂与不加变质剂 （4）浇注时震动与不震动 金属型铸造晶粒细小（提高过冷度） 薄壁铸件晶粒细小（提高过冷度） 加变质剂晶粒细小（变质处理） 震动晶粒细小（破碎晶粒）
4. 凝固和结晶是不是一回事？影响凝固的因素有哪些？
材料由液态转变为固态的过程称为凝固；如果凝固后得到晶体，这种 凝固过程就叫做结晶。 影响凝固的因素：过冷度，温度，扩散等
8. 有一碳钢制支架刚性不足，有人想用热处理强化方法； 有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。 哪种方法合理？为什么？
材料的弹性模量取决于材料的本性，一些处理方法（如热处理，冷热 加工，合金化等）对它影响很小。提高零件刚度的方法是增加横截面 积或者改变截面形状。
第二章 材料的结构
1.从原子结合的观点来看，金属材料、高分子材料和陶瓷材料 有何主要区别？在性能上如何表现？
2. 一根2m长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样 的伸长，问需要作用多少应力？（黄铜线膨胀系数为20×10-6 ℃ -1， 平均弹性模量为110000MPa）
2 1 -6 -1 线膨胀系数 = L T = L T 带入线膨胀系数20×10 ℃ ，L1=2m， 1 1 △T=80 ℃,计算得： △L=3.2mm
材料 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 结合键 金属键 离子键和共价键 共价键、氢键和分子 键 性能 良好的导电导热性，延展性 高熔点，高硬度，脆性大 粘接性、绝缘性、膨胀性和稳定 性
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
晶格类型 bcc fcc hcp 形状
3 a 4
立方体 立方体 正六面柱 体
a冷却速度越大，过冷度越大。 b在熔点温度，液体结晶速度和晶体晶体熔化速度相等，处于动 平衡状态，结晶不能进行，只有低于这个温度才能进行结晶。 c过冷度越大，N（形核率）/G（长大速度）比值越高，得到的晶 粒也越细小。
第三章 材料制备的基本过程
3. 如果其他条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小：
第五章Βιβλιοθήκη Baidu材料的变形
1.
试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化， 分析发生变化的实质。
a塑性变形对金属显微组织的影响 在力的作用下，随着金属塑性变形的增加，不仅其外形要发生变化， 而且其内部的晶粒形状也会相应的被拉长或压扁。当变形量很大时， 晶粒将被拉长成纤维状，晶界变得模糊不清。此时，金属的性能将会 有明显的各向异性。 塑性变形也会是晶粒内部的亚结构发生变化，使晶粒破碎成亚晶粒。 这是因为塑性变形会促使晶粒内部的位错发生增殖和缠结，进而使各 晶粒破碎成细碎的亚晶粒。 b形变织构的产生 当金属的变形量很大时，由于晶体的转动，使多晶体中原为任意取向 的各个晶粒会逐渐调整其取向而趋于一致。当出现织构后，多晶体金 属就表现出一定程度的各向异性，这对材料的性能和加工工艺有很大 的影响。 c塑性变形对金属性能的影响 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降， 这一现象称之为加工硬化。一般认为产生加工硬化的原因是晶体内部 位错的增殖，造成位错间相互缠结，使位错运动困难，从而提高了强 度。
第五章 材料的变形
2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际 意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。
产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠 结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程 中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过 加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加 速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、 硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属 和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷 加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎 机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性 的。
原子半径 2 a 4 1 a 2
配位数 8 12 12
致密度 0.68 0.74 0.74
晶胞所含原子 数 2 4 6
第二章 材料的结构
4.晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材 料都有影响吗？
缺陷 点缺 陷 线缺 陷 面缺 陷
类型 空位，间隙原子， 外来原子 刃型位错，螺型位 错 晶界，亚晶界
提纲
作业评讲 各章要点 复习总点 题型分析
第一章 工程材料的分类及性能
1. 一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf（19.614kN）的拉 伸载荷，它的直径是多少？
F F P= = S ( D )2 2
带入P=70MPa，F=19.614KN,计算得：D=18.89mm
L -L
L
弹性模量 E=
= L
L
带入弹性模量110000MPa，L=2m， △L=3.2mm，计算得：σ =176MPa
第一章 工程材料的分类及性能
5. 零件设计时，是选取δ0.2（δS）还是选取δb，应以什么情况 为依据？
a，机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是 大多数机械零件设计时选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力 的重要力学性能指标； b，抗拉强度测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度 考虑，可用作设计依据，但所取的安全系数应该大一点。
对材料的影响 提高了材料的硬度和强度，降低了 材料的塑性和韧性 能有效的提高金属强度 细晶强化，提高材料的强度和塑性
第三章 材料制备的基本过程
1. 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？
基本规律：过冷现象和结晶潜热 结晶过程：a晶核的形成（自发形核和非自发形核）；b晶核的长 大
2. 过冷度和冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要 有过冷度？它对晶粒大小有何影响？
第四章 二元相图及应用
3.一个二元共晶反应如下：L(WB=75%) ≒α （WB=15%） +β（WB=95%），计算：
（1） WB=50%的合金完全凝固时初晶α与共晶α+ β的质量分数，以 及共晶体中α相与β相的质量分数； （2）若已知显微组织中初晶β与共晶α+ β各占一半，求该合金的成 分 （1）根据杠杆原理： α%=（75-50）/（75-15）=41.67% （α+ β）% =L%=（50-15）/（75-15）=58.33% 共晶体中， α%=（95-75）/（95-15）=25 % β%=（75-15）/（95-15）= 75% （2）设该合金成分为x%，根据杠杆原理： β%=（x-75）/（95-75）= 50% 计算得：x=85 该合金成分为WB=85%
4. 凝固和结晶是不是一回事？影响凝固的因素有哪些？
材料由液态转变为固态的过程称为凝固；如果凝固后得到晶体，这种 凝固过程就叫做结晶。 影响凝固的因素：过冷度，温度，扩散等
8. 有一碳钢制支架刚性不足，有人想用热处理强化方法； 有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。 哪种方法合理？为什么？
材料的弹性模量取决于材料的本性，一些处理方法（如热处理，冷热 加工，合金化等）对它影响很小。提高零件刚度的方法是增加横截面 积或者改变截面形状。
第二章 材料的结构
1.从原子结合的观点来看，金属材料、高分子材料和陶瓷材料 有何主要区别？在性能上如何表现？
2. 一根2m长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样 的伸长，问需要作用多少应力？（黄铜线膨胀系数为20×10-6 ℃ -1， 平均弹性模量为110000MPa）
2 1 -6 -1 线膨胀系数 = L T = L T 带入线膨胀系数20×10 ℃ ，L1=2m， 1 1 △T=80 ℃,计算得： △L=3.2mm
材料 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 结合键 金属键 离子键和共价键 共价键、氢键和分子 键 性能 良好的导电导热性，延展性 高熔点，高硬度，脆性大 粘接性、绝缘性、膨胀性和稳定 性
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
晶格类型 bcc fcc hcp 形状
3 a 4
立方体 立方体 正六面柱 体
a冷却速度越大，过冷度越大。 b在熔点温度，液体结晶速度和晶体晶体熔化速度相等，处于动 平衡状态，结晶不能进行，只有低于这个温度才能进行结晶。 c过冷度越大，N（形核率）/G（长大速度）比值越高，得到的晶 粒也越细小。
第三章 材料制备的基本过程
3. 如果其他条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小：
第五章Βιβλιοθήκη Baidu材料的变形
1.
试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化， 分析发生变化的实质。
a塑性变形对金属显微组织的影响 在力的作用下，随着金属塑性变形的增加，不仅其外形要发生变化， 而且其内部的晶粒形状也会相应的被拉长或压扁。当变形量很大时， 晶粒将被拉长成纤维状，晶界变得模糊不清。此时，金属的性能将会 有明显的各向异性。 塑性变形也会是晶粒内部的亚结构发生变化，使晶粒破碎成亚晶粒。 这是因为塑性变形会促使晶粒内部的位错发生增殖和缠结，进而使各 晶粒破碎成细碎的亚晶粒。 b形变织构的产生 当金属的变形量很大时，由于晶体的转动，使多晶体中原为任意取向 的各个晶粒会逐渐调整其取向而趋于一致。当出现织构后，多晶体金 属就表现出一定程度的各向异性，这对材料的性能和加工工艺有很大 的影响。 c塑性变形对金属性能的影响 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降， 这一现象称之为加工硬化。一般认为产生加工硬化的原因是晶体内部 位错的增殖，造成位错间相互缠结，使位错运动困难，从而提高了强 度。
第五章 材料的变形
2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际 意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。
产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠 结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程 中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过 加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加 速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、 硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属 和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷 加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎 机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性 的。
原子半径 2 a 4 1 a 2
配位数 8 12 12
致密度 0.68 0.74 0.74
晶胞所含原子 数 2 4 6
第二章 材料的结构
4.晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材 料都有影响吗？
缺陷 点缺 陷 线缺 陷 面缺 陷
类型 空位，间隙原子， 外来原子 刃型位错，螺型位 错 晶界，亚晶界
提纲
作业评讲 各章要点 复习总点 题型分析
第一章 工程材料的分类及性能
1. 一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf（19.614kN）的拉 伸载荷，它的直径是多少？
F F P= = S ( D )2 2
带入P=70MPa，F=19.614KN,计算得：D=18.89mm
L -L
L
弹性模量 E=
= L
L
带入弹性模量110000MPa，L=2m， △L=3.2mm，计算得：σ =176MPa
第一章 工程材料的分类及性能
5. 零件设计时，是选取δ0.2（δS）还是选取δb，应以什么情况 为依据？
a，机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是 大多数机械零件设计时选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力 的重要力学性能指标； b，抗拉强度测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度 考虑，可用作设计依据，但所取的安全系数应该大一点。
对材料的影响 提高了材料的硬度和强度，降低了 材料的塑性和韧性 能有效的提高金属强度 细晶强化，提高材料的强度和塑性
第三章 材料制备的基本过程
1. 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？
基本规律：过冷现象和结晶潜热 结晶过程：a晶核的形成（自发形核和非自发形核）；b晶核的长 大
2. 过冷度和冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要 有过冷度？它对晶粒大小有何影响？
第四章 二元相图及应用
3.一个二元共晶反应如下：L(WB=75%) ≒α （WB=15%） +β（WB=95%），计算：
（1） WB=50%的合金完全凝固时初晶α与共晶α+ β的质量分数，以 及共晶体中α相与β相的质量分数； （2）若已知显微组织中初晶β与共晶α+ β各占一半，求该合金的成 分 （1）根据杠杆原理： α%=（75-50）/（75-15）=41.67% （α+ β）% =L%=（50-15）/（75-15）=58.33% 共晶体中， α%=（95-75）/（95-15）=25 % β%=（75-15）/（95-15）= 75% （2）设该合金成分为x%，根据杠杆原理： β%=（x-75）/（95-75）= 50% 计算得：x=85 该合金成分为WB=85%