工程材料学总结

《工程材料学》总结

第一部分：晶体结构与塑性变形

一、三种典型的金属晶体结构

1．bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。

2．立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。

3．晶向族〈…〉/晶面族{…}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。

4．bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。

密排面密排方向

fcc {111} <110>

bcc {110} <111>

二、晶体缺陷

1．点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。

2．刃型位错的晶体模型。

三、塑性变形与再结晶

1．滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。

2．滑移系 =滑移面 + 其上的一个滑移方向。

滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。

3．强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。

主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。

4．冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。

5．冷、热加工的概念

冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。

热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。

6．热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。

第二部分：金属与合金的结晶与相图

一、纯金属的结晶

1．为什么结晶必须要过冷度？

2．结晶是晶核形成和晶核长大的过程。

3．细化铸态金属的晶粒有哪些主要方法？（三种方法）

二、二元合金的相结构与相图

1．固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、 Fe3C、 A、 F、 P、 L’d、S、 T、 B上、B下、M片、M条？）

2．匀晶相图

①在两相区内结晶时两相的成分、相对量怎样变化？

②熟练掌握用杠杆定律计算的步骤：

⑴将所求材料一分为二，⑵注意杠杆的位置和长度，⑶正确列出关系式。

3．共晶（析）相图

①熟悉共晶（析）相图的基本形式（水平线、一变二）。

②会区分共晶（析）体、先共晶（析）相、次生相（二次相）。

③会在相图中填写组织组成物（或相组成物），掌握不同合金在室温时的平衡组织, 会熟练应用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。

三、Fe- Fe3C 相图（重点）

1.默绘相图并牢记共晶转变和共析转变的温度与各相成分。

2.掌握各类合金平衡结晶过程与室温时的平衡组织，会画符合要求的平衡组织示意图：

①各组织组成物的形态，②在相图上标注各组织组成物。

3.会用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。

第三部分：各类材料与钢铁热处理（重点）

一、各类材料的牌号、热处理和用途

1．会根据牌号确定钢的化学成分（碳及合金元素的含量范围）。

①结构钢钢号特征：前二位数字(万分比)

普通碳素结构钢（如Q235等）、普通低合金钢（如Q295等）

包括：⑴工程构件用钢：含碳量小于0.20%。

热处理：热轧空冷后(相当于正火)直接使用

⑵机器零件用钢：按含碳量区分，由低到高是

渗碳钢(0.10 - 0.25%)

(碳素钢：15, 20, 合金钢：20Cr,20CrMnTi,20CrMnMo,18Cr2Ni4WA)

热处理：表面渗碳＋淬火＋低温回火

用途：齿轮

调质钢(0.35 - 0.50%)

(碳素钢：40, 45; 合金钢：40Cr,35CrMo, 40CrNiMo)、

热处理：调质处理，即淬火＋高温回火

用途：轴，

弹簧钢(0.50 - 0.90%)

(碳素钢：0.6-0.9%, 70,)

( 合金钢：0.5-0.7%, 65Mn(小), 55Si2Mn，60Si2Mn（中）,50CrVA（大）) 热处理：（热成型）淬火 +中温回火，

（冷成型）A化，然后在500-550℃等温，形成索氏体

用途：汽车板簧

滚动轴承钢(约1.0%)

（合金钢：GCr15, GCr15SiMn）

热处理：淬火＋低温回火＋冷处理

用途：轴承

②工具钢钢号特征：前一位或无数字（千分比）

例如：碳素工具钢（T+数字， T：碳的汉语拼音，数字：C含量千分比），合金钢：如高速钢

包括：⑴刃具用钢：

碳素工具钢：C:0.65-1.25%; T7(A)－T12(A)

热处理：水（油淬）＋低温回火

低合金刃具钢：C=0.75-1.25%,8MnSi, 9SiCr

热处理：油淬＋低温回火

高速钢：C:0.7-1.9%, W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2（C 1.0％）

热处理：高温（油）淬火＋多次高温回火

⑵模具用钢：

冷作模具钢：C量大于0.90%的工具钢，如:T10A， 9Mn2V

热处理：低淬低回， or 高淬高回

热作模具钢:C:0.30 - 0.60%的工具钢, 如：3Cr2W8V，5CrNiMo

热处理：淬火＋高温回火

⑶量具用钢：C:0.9-1.5%,

碳素工具钢:T10A, T12A

热处理：水（油淬）＋低温回火

低合金工具钢：9SiCr, GCr15,

热处理：淬火（油）＋冷处理＋低温回火

③不锈钢钢： Cr含量≥13%, 如：1Cr18Ni9Ti， 3Cr13

2．钢的热处理工序及应用

①预先热处理：完全退火（用于亚共析钢，用于组织均匀化， Ac3+30 C）

球化退火（用于共析钢、过共析钢, Ac1+30 C）

正火（过共析钢中消除网状二次碳化物，低碳亚共析钢中代替完全退火但强度硬度高一些, Ac3(ACcm)+30 C）

②最终热处理

⑴一般：低温回火（用于刃具、冷模具等）

淬火 + 中温回火（用于弹簧等）

高温回火（即调质，用于轴类等）

⑵特殊：构件用钢：不淬火，在热轧或正火（空冷）状态使用；

渗碳钢：先渗碳，再淬火 + 低温回火。

3．铸铁、有色金属材料的分类

①要求掌握铸铁的分类并认识牌号（HT、QT、KT等）。

②了解铸铁中石墨形态（几种形态？）对铸铁性能的影响。

③要求认识铝合金、铜合金、钛合金的类型和强化途径。

4.材料力学性能各指标的符号、名称。

二、热处理原理

1．钢加热到临界点（A C1/A C3/A Cm）以上形成奥氏体，应控制加热温度和保温时间以避免晶粒长大。

2．共析钢的TTT曲线示意图。

3．P、S、T、B上、B下、M片、M条的形态。

4．M的性能：硬度决定于马氏体内含碳量，韧性决定于马氏体的粗细及形态。

5．TTT曲线的应用：冷却方式画冷却曲线所得组织

6．回火形成粒状组织M回、T回、S回（T回、S回与片状组织T、S无关）。

三、热处理工艺

1.会确定加热温度

①退火、正火、淬火：

碳钢：临界点（A C1/A C3/A Cm）+ 30℃；合金钢原则相同，但温度较高。

②回火：低温回火，中温回火，高温回火（用于淬火后的热处理）

2. 冷却方式与目的

①退火—炉冷；②正火—空冷；③淬火—单液淬火，水淬油冷，分级淬火（减小内应力），等温淬火（获得B下）

3．淬透性与淬硬性的区别

淬透性：钢淬火获得M多少的能力，决定于C曲线左右的位置。

淬硬性：钢淬火获得M的硬度高低，决定于M内的含碳量。故高碳钢的淬硬性好而淬透性不好，低碳合金钢的淬透性好而淬硬性不够（如20CrMnTi）。

四、要求会定性分析合金元素在钢中主要作用的原因。

①提高淬透性，②固溶强化，③弥散强化，④细化晶粒

⑥所有合金元素都提高回火稳定性。