材料组织性能

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6、金属的晶体结构
一 晶体结构的基本概念 金属在固态下通常都是晶体。
在热加工过程中，金属内部同时进行着加工硬化和 再结晶软化这两个相反的过程，不过此时的再结晶是在 加工的同时发生的，称为动态再结晶，它与上一节介绍 的冷加工后退火时发生的再结晶是不尽相同的。有时在 热加工过程中硬化和软化这两个因素不能刚好全部抵消。
12、合金相的分类
间隙固溶体 按溶质原子位置分 置换固溶体 有限固溶体
填隙型原 子
空 穴
置換型原 子 圖 2.11 晶 體 中 的 點 缺陷
9、金属的塑性变形
•单晶体的塑性变形
滑移（slip ） 金属的塑性变形方式 孪生（twinning)
1、 滑移
在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面（滑移面（slip plane））的一定晶向（滑移方向（slip direction））相对于另一部分发 生滑动的现象称为滑移。滑移主要发生在原子排列最紧密或较紧密的晶 面上，并沿着这些晶面上原子排列最紧密的方向进行。 滑移系: 晶体中每个滑移面和该面上的一个滑移方向组成系统。晶体 中的滑移系越多，意味着其延展性越好
• 晶体 指其内部原子（分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重 复排列的物体。
•晶体结构（crystal structure） 金属的许多特性都与晶体中原子
（分子或离子）的排列方式有关，因此分析金属的晶体结构是研究金 属材料的一个重要方面。
• 三种常见的晶体结构 •面心立方结构（face-centered cubic，简写为“fcc”） •体心立方结构（body-centered cubic，简写为“bcc”） •密排六方结构（hexagonal closed-packed，简写为“hcp”），
3、材料的力学性能
材料的力学性能（Mechanical property）是指材料在外加载荷作用 下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速度）联合作用下所表现出来 的行为。 • 强度指标σb、σs、 • 塑性指标δ、ψ
σ0.2 、σ-1；
• 韧性指标 ak、KIC
•硬度指标
HRC
金属材料的力学性质决定与材料的化学成分、组织结构、冶金质量、 残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，也决定与载荷性质（静载荷、 冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉、压、弯、扭、剪等）、温度和 环境介质等外在因素。
Vk
合金元素使CCT曲线鼻尖温度右移
19、什么叫回火组织？回火组织有哪些？
回火温度 组织 目的 HRC
低温回火
150～250
回火马氏体
•降低淬火应力 •略微提高韧性 •保留淬火后的 高硬度，高耐 磨性 •提高材料的弹 性极限和屈服 强度 •提高韧性
58～64
中温回火
350～500
回火屈氏体
35～45
14、固溶强化、形变强化（加工硬化）的概念 15、铁碳合金相图中钢的室温平衡组织及铁素体、奥氏体、 渗碳体、珠光体、马氏体等的概念
16、 钢 的 非 平 衡 组 织 及 C 曲 线
珠光体（P） 索氏体（S） 屈氏体（T）
上贝氏体（BS）
下贝氏体（Bu）
马氏体（M）
17、针状马氏体与上贝氏体的区分 18、获得全马氏体的基本条件（临界冷 却速度）及结构钢 中加入合金元素的主 要目的
固溶体
按溶解度分 无限固溶体 有序固溶体 按溶质原子分布分 无序固溶体
合金相
正常价化合物
金属化合物
电子化合物 尺寸因素化合物
13、 固 溶 体
如果合金的组元在固态下能彼此相互溶解，则在液 态合金凝固时，组元的原子将共同地结晶成一种晶体， 晶体内包含有各种组元的原子，晶格的形式与其中一组 元相同，这样，这些组元就形成了固溶体。晶格与固溶 体相同的组元为固溶体的溶剂（ solvent ），其它组元为 溶质（solute）。由此可见，固溶体是溶质原子溶入固态 的溶剂中，并保持溶剂晶格类型而形成的相。
高温回火
•获得强度、塑 25～35 性、韧性均较 好的综合力学 淬火＋高温回火——调质处理，广泛用于承受交变载荷的机械零件 性能
500～650
回火索氏体
20、区分钢与铁的根据？
区分白口铸铁与灰口铸铁的根据？ 21、什么叫灰铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸 铁、球墨铸铁及它们的组织形貌图
22、影响铸铁性能的因素
23、石墨形态对铸铁性能的影响。
塑性、强度、韧性
24、铝合金的主要强化手段
（1）固溶强化
（2）沉淀强化
（3）过剩相强化 （4）细晶强化
25、什么叫黄铜、白铜、青铜？ 26、理想的轴承合金的组织是什么？
化学成分 碳的存在形式 石墨 渗碳体 基体类型
渗碳体具有复杂的晶体结构，而石墨的强度、 硬度、塑性都很低，在铸铁中可视为空洞， 与渗碳体的性能相去甚远。因此，碳在铸铁 中是以化合态的 Fe3C 形式存在还是以游离态 的G形式存在以及二者的相对比例大小，对铸 铁的性能都会产生重大影响。
铸铁的性能
石墨的形态、数量、大小及空间分布
(2)线缺陷（line defect） 其特征是在两个方向上的尺寸很小，
另 一 个 方 向 上 的 尺 寸 相 对 很 大。 属 于 这 一 类 缺 陷 的 主 要 是 位 错 （dislocation）；
(3)面缺陷（interfacial defect） 其特征是在一个方向上的尺
寸很小，另两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界（sub grain boundary）等。
注：实际金属的滑移过程就是位错运动的过程，因此 凡是阻碍位错运动的因素都阻碍滑移的进行，从而使
金属的塑性下降，强度升高；
2、塑性变形的方式之二： 孪生
孪晶面 孪晶带 4’ 4 3 2 1 3’ 2’ 孪晶面
1’
圖4.6 孪晶示意图
10、金属冷变形和加热后组织结构的变化
冷塑性变形
（1）加工硬化；
4、应力应变曲线
应 力 F/A σb
b
σk
k s e
σs σe
均匀变形
ΔL
非均匀变形
应变（ΔL/L0）
应力－应变曲线
5、金属的键结构
自由电子 金属阳离子
金属的原子结构特征是最外层 电子少，易于脱落，而形成自由电 子（free electron）自由电子可以在 金属中移动而形成所谓的电子云 （cloud of electrons）。电子云带有 负电，另一方面失去电子的金属原 子带有正电而成为阳离子，因此， 电子云和阳离子之间所作用的引力 和离子相互间及电子相互间的斥力 之间形成平衡而发生结合。这种结 合叫做金属键（ metallic bond ）。 金属晶体因为有自由电子的存在， 其导电性、导热性好，并且结合力 的方向性小，原子会尽量高密度排 列，富于延展性，强度的变化范围 大。
材料的结构组织与性能
总复习
材料的性能
材料的结构
材料的组织
1、什么是材料？三大材料：
金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料
2、材料的性能分类
物理性能、
材 料 的 性 能
使用性能
化学性能、 力学性能
工艺性能：工艺性能是指材料在各种加工和
处理中所应具备的性能，如铸造性能、锻造性能、 切削性能、焊接性能和热处理性能等
原始状态
（等轴晶；无加工硬化； 无内应力；无织构）
（2）纤维组织和织构； （3）残余内应力。
TK 再结晶温度
再结晶 加热
回复
Байду номын сангаас
11、金 属 的 热 加 工
如前所述，冷塑性变形引起的加工硬化，可以通过 加热发生再结晶来加以消除。如果金属在再结晶温度以 上进行压力加工，那么塑性变形所引起的加工硬化就可 以立即被再结晶过程所消除。在再结晶温度以上的加工 称为热加工，在再结晶温度以下的加工称为冷加工。
7、单晶体与多晶体
晶粒
晶界
圖2.10 各晶粒位向示意圖
实际工程金属均是多晶体
8、实际金属中的晶体缺陷
(1)点缺陷（point defect）其特征是三个方向上的尺寸都很小，
相 当 于 原 子 的 尺 寸 ， 例 如 空 穴 （ vacancy ） 、 填 隙 型 原 子 （interstitial atom）、置换型原子（substation atom）等；