工程材料基础名词解释

工程材料基础总结
晶体：构成原子或离子、分子在三维空间呈现出周期性规则堆积排列的固体称为晶体；呈现无规则排列的固体为非晶体。

单晶体和多晶体：一个晶体中的原子完全按照一种规则排列，且原子规则排列的空间取向完全一致，则该晶体为单晶体；如果在一个晶体中虽然原子排列的规则完全相同，但晶体中不同部分之间原子规则排列的空间取向存在明显的不同（将晶粒放大后会出现明暗不同区域），则称为多晶体。

晶粒和晶界：在多晶体中，一个原子规则排列空间取向相同的部分称为一个晶粒。

在一个晶粒中，不同部分的原子规则排列之间有时也存在很小的空间取向差，将晶粒内这些相互之间原子规则排列空间取向存在很小差别的部分称为亚晶粒。

晶粒与晶粒之间的分界面称为晶粒界，简称晶界。

晶体结构：晶体中原子或离子、分子具有各自特征的规则排列称为该晶体的晶体结构。

晶格：为研究方便起见，对于由原子或离子构成的金属和无机非金属而言，可将其构成原子或离子视为质点，将这些分布于三维空间的质点按一定的规则以直线相连便构成由质点和直线形成的三维空间格子，将其称为晶格或点阵。

晶格中质点所占据的位置称为晶格的结点或平衡位置。

晶胞：将按照一定规则从晶体中取出的能够完全反映晶体原子或离子排列规则的最小晶体单元称为晶胞。

晶格（胞）常数和晶胞致密度：分别以a、b、c表示晶胞平行于x、y、z坐标轴的边长，称之为晶格（胞）常数。

它反映了晶胞的大小。

将晶胞中原子所占据体积与晶胞整体体积之比称为该晶胞的致密度。

晶面和晶向：在晶格中，任意取至少三个原子便可构成一个平面，这种由原子构成的平面称为晶面，晶面原子密度：单位面积晶面上具有的原子个数；任意取至少两个原子便可构成一个晶体中的方向，将这种由一列原子构成的方向称为晶向，晶向原子密度：沿晶向单位长度上所含原子个数。

原子排列完全相同，仅仅是空间位向不同的晶面（晶向）称为一个晶面族（晶向族）。

晶体各向异性：沿晶体不同晶向性能不同的现象。

产生原因：晶体不同晶向上原子或分子等排列规律不同。

位错：当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移时，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称为位错。

刃型位错的运动形式有滑移和攀移两种；螺型位错运动形式只有滑移。

阻碍位错运动的因素有：晶体结合键强度越高，点缺陷、线缺陷密度越大，面缺陷的总面积以及第二相粒子的数量越多，对位错运动的阻碍越大。

晶须：由于种种原因，晶体中总是存在位错，制备出的位错很少的短条状晶体材料称为晶须。

沿晶腐蚀：晶界处原子具有较高能量，因而处于化学活性较高的不稳定状态，在遇到腐蚀性介质时，易使晶体沿着暴露于表面的晶界向内逐渐被腐蚀，形成沿晶腐蚀。

合金：由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属所形成的具有金属特性的
物质称为合金。

组元：把组成合金的独立物质称为合金的组元。

固溶体：在固态下，原子数量较少的组元原子以类似于溶液的方式溶解在原子数量较多的组元，形成一种成分及性能均匀的、且结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体。

固溶体的塑性比较好。

二次固溶体：有些金属间化合物本身作为一个组元还可以溶解构成该化合物的组元原子或其他原子，形成所谓的二次固溶体。

金属间化合物：金属组元原子与其他组元原子相互作用形成的具有金属特性的化合物。

它是一种晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。

由于存在离子键和共价键，金属化合物具有较高的硬度和熔点，较大的脆性。

固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。

马氏体强化属于固溶强化（过饱和高硬度马氏体溶解在固溶体中）。

细晶强化（晶界强化）：因晶界原子排列不同于晶粒内部，使得位错运动时不能穿越晶界，从而使晶界具有阻碍位错滑移的作用，所以通过细化晶粒来增加单位体积晶体内的晶界面积，可以有效提高金属的强度、硬度；并且由于微量杂质元素分布在晶界上，使得晶粒中杂质元素的含量减少，使得塑性和韧性也有所改善。

（其他强化手段在提高强度的同时都会使塑性下降，但细晶强化可以改善塑性）。

第二相强化：由于金属间化合物很硬，其作为材料中的第二相（材料中量少、非连续的高硬、高脆相）存在于材料基体相（构成材料基体的连续相）中可以提高材料的硬度，同时，金属间化合物作为第二相分布于基体相中还可以阻碍基体相中位错的运动，从而可以提高材料的强度，这种用金属化合物作为强化相的方法称第二相强化。

因第二相粒子往往是通过先使合金形成过饱和固溶体，再利用过饱和溶质原子在较低温度下的析出而形成，所以第二相强化也称为析出强化或沉淀强化。

时效处理本质上是第二相强化。

第二相硬度高。

形变强化（加工硬化）：金属进行冷变形时，随着变形程度的增加，其强度和硬度会逐渐增大，而塑形却会逐渐降低，这种现象被称为加工硬化或冷作硬化。

其产生机理主要与位错有关；冷塑性变形引起金属中位错及点缺陷密度增加，使位错间的相互缠结和钉扎作用、点缺陷对位错的钉扎作用增强，导致位错进一步滑移更为困难。

若要使塑性变形继续进行，则必须增加外力以克服位错滑移的阻力，这就形成了加工硬化现象。

相：将化学构成、物理状态、晶体结构和性质相同、均一，且有明显界面与其他不同部分分隔开的部分称为一个相。

组织：显微镜下所观察到的材料内部各相的大小、形态、数量、分布等状况。

(反映了原子聚集体的状态)。

（成分一定，相同的相在不同的处理条件下，可以有不同的组织）。

二次固溶体：金属间化合物本身作为一个组元溶解构成该化合物的组元原子或其他原子，形成二次固溶体。

高分子链的构象和柔顺性：由高分子链化学单键的不同内旋转所构成的高分子链在空间的各种几何形态称为构象；高分子链能够改变其构象（加热）而具有不同卷曲程度的性质称为高分子链的柔顺性。

使用性能：材料在使用条件下所表现出的各种性能。

如力学性能、物理性能和化学性能。

工艺性能：材料在加工过程中所反映的是否适合于加工工艺的性能，如铸造工艺性能、塑性加工性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能、切削加工性能等。

强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。

塑性：材料在外力作用下断裂前产生不可逆永久变形的能力称为塑性。

硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种综合力学性能。

选择硬度测定方法的依据：1.所测材料的硬度高低 2.所测材料的组织分布均匀程度。

（不均匀分布一般用布氏硬度）
抗拉强度：材料在拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。

屈服强度：材料开始产生宏观塑性变形时的最低应力。

刚度：结构或构件抵抗弹性变形的能力。

用弹性模量来衡量，弹性模量与塑性无关，并非弹性模量的高的塑性差。

疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。

冲击韧度（冲击韧性）：材料受冲击载荷作用断裂时单位断口面积所消耗的冲击功，即用冲击功K A 除以试样缺口处的横截面积得到材料冲击韧度，用a k 表示。

冲击功指标对回火工艺十分敏感，冲击韧性随温度降低而下降。

存在韧脆转化温度，即冷脆现象，低温韧性对于低温条件下使用的材料十分重要。

断裂韧性(K Ic )：材料抵抗裂纹扩展的能力。

注意：强度指标可以校核，要看材料所受载荷的类型及工作环境来选择对应的强度指标。

塑性、冲击韧性、疲劳强度等指标是安全指标，不能直接校核，一般凭经验选择。

压电效应和电致伸缩现象：某些介电材料在受到外力作用时会产生极化从而在材料的两端形成电势的效应称为压电效应。

介电材料在电场作用下发生极化时引起材料尺寸产生明显变化的现象称为电致伸缩。

具有压电效应和电致压缩的介电材料被称为压电体。

铁电效应：材料受外加电场极化后除去电场仍能保留一定剩余极化的现象。

具有铁电效应的材料称为铁电体。

软磁材料：磁化强度在外加磁场去除后迅速消失的磁性材料。

硬磁材料：磁化强度在外加磁场去除后可显著长期保持的磁性材料。

金属单晶体塑性变形主要通过滑移和孪生两种机制进行：晶体在外力作用下沿某晶面将产生一对切应力，当切应力达到某临界值时将使晶面两侧的晶体产生相对滑动从而产生塑性变形，这种滑动称为晶内滑动。

能够产生滑移的特定晶面被称为滑移面，能够产生滑移的特定晶向称为滑移方向。

滑移面与滑移方向的组合被称为滑移系。

金属的晶体结构不同，滑移系的种类和数量也不同，导致塑性不同。

滑移的机制主要是位错运动。

在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿特定的晶面（孪生面）产生一定角度的切变（即转动），这种变形方式称为孪生。

孪生变形后晶体的变形部分与未变形部分的分界面称为孪晶面。

发生孪生变形的条件主要与晶体结构、变形温度和变形速度有关，密排六方和体心立方的
金属容易发生孪生变形，一般金属在低温和冲击载荷条件下容易发生孪生变形。

纤维组织：冷变形金属随着塑性变形量的增加，金属中原来的等轴晶粒沿最大变形方向伸长，当塑性变形量很大时，晶粒将变得模糊不清而呈现细条状，这种变形组织被称为纤维组织。

多晶体和合金塑性变形特点：多晶体塑性变形以单晶体的塑性变形为基础，晶粒取向和晶界都会对其产生影响。

对于合金而言，其组织中除基体相外，往往存在第二相，塑性变形中通常会因第二相对位错滑移产生阻碍而产生第二相强化的效果。

回复：是指在加热温度较低时，由于金属中点缺陷及位错的近距离迁移而引起的晶内某些变化。

此时，加热温度较低，原子活动能力较小，变形金属的显微组织不发生明显变化，力学性能变化亦不大，仅强度和硬度略有下降，塑性略有提高。

再结晶：当冷变形金属被加热至较高温度时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织将发生明显变化，由原来破碎、被拉长或压扁的晶粒变为新的均匀、细小的等轴晶粒，由于这一变化过程也是形核及长大的过程，故称之为再结晶。

但应注意，再结晶不是一个相变过程，没有恒定的转变温度，并无晶格类型的变化。

它是一个软化过程。

所以在加工工程中如果工件出现了硬化现象，通常会通过再结晶退火消除加工硬化，便于下一道工序的进行。

注意：热处理工艺中重结晶由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程，如：
钢在1000℃热轧，及轧后冷却到室温过程中发生两次相变过程：铁素体→ 奥
氏体奥氏体→ 铁素体均为重结晶。

再结晶与重结晶的差别再结晶：无晶格类型转变变形，只是金属在一定温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒转变为相同晶格类型等轴晶粒的过程；重结晶有晶格类型的转变。

冷变形和热变形:前者指变形温度低于最低再结晶温度,变形时产生加工硬化,不发生再结晶；后者指变形温度高于最低再结晶温度,变形时由塑性变形而产生加工硬化,热变形产生的储存能又引发再结晶软化,可在很大程度上消除加工硬化，此时变形温度和变形速度都会对变形后的组织产生影响。

注意：区别冷变形和热变形并不是看加不加热，而是看变形温度与最低再结晶温度的高低。

结晶：物质由液相经凝固转变为原子或分子呈规则排列的晶体时的凝固过程。

金属结晶包含固相形核和固相长大两个过程。

过冷和过冷度：金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度的现象称为过冷。

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为结晶过冷度。

注意：实际相变临界温度与平衡相变临界温度之差值，在加热时称为“过热度”，在冷却时称为“过冷度”。

形核：液相中首先由液相原子聚集并按照该金属固相原子排列的规律排列形成许多小的固相质点的过程称为形核。

晶核：液体中最初形成的一些作为结晶中心的稳定的微小晶体。

晶核长大：晶核形成后，液相中原子将不断在晶核上按固相原子排列的规律聚集而使晶核体积不断长大的过程称为晶核长大。

晶核长大后称为晶粒。

由于结晶时形成的众多晶粒空间位向是随机分布的，因此一般条件下，结晶获得的晶体时多晶体，如要获得单晶体，则必须设法使结晶时只有单一晶核。

均匀形核和非均匀形核：前者为晶核直接由液相原子按固相晶体原子排列规则在
液相中聚集而形成，又称自发形核；后者为在液相中存在不溶固相，液相原子附着于这些不溶固相的表面聚集形成晶核，又称非自发形核或异质形核。

晶粒度：单位体积或单位面积上的晶粒数目，它是表示晶粒大小的尺度。

晶粒越细小（即晶粒度越大），材料的强韧性越好。

变质处理：向结晶液相中加入大量的不溶固相质点，通过诱发非均匀形核来提高结晶形核率以获得细化的结晶组织，这种处理方法叫变质处理。

相图：若一个物质体系处于能量最低的状态则称其为平衡状态。

表明合金体系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形称为平衡相图，简称相图。

晶内偏析和枝晶偏析：实际结晶过程中，由于冷速较快使晶粒内部化学成分不均匀的现象（先结晶固相中的高熔点组元含量高于后结晶的晶粒外层）称为晶内偏析。

固溶体按树枝状方式生长，使得先结晶的枝干与后结晶的分枝成分不同的晶内偏析现象称为枝晶偏析。

消除方法：高温扩散退火。

共晶转变：在恒定温度下，由一种具有确定成分的液相同时结晶出两种具有确定成分固相的转变称为共晶转变。

包晶转变：由一种确定成分的液相与一种确定成分的固相相互作用而生成另一种具有确定成分的固相的转变称为包晶转变。

共析转变：由一种具有确定成分的固相分解同时形成两种具有确定成分固相的转变称为共析转变。

由共析转变形成的两种固相的机械混合物称为共析组织。

析出强化或第二相强化：共晶组织的出现可使材料微观组织细化，有利于阻碍位错的运动，提高合金的强度；二次析出相的出现也可阻碍位错的运动，提高合金强度，此称为析出强化或第二相强化。

铁碳合金平衡相图中的相：δ相：碳溶解于-e F δ中形成的间隙固溶体，又称高温铁素体。

为体心立方结构，在1495C 时对碳的固溶量最大，为0.09%。

γ相：碳溶解在-e F γ中形成的间隙固溶体，也称奥氏体，用符号γ或A 表示。

为面心立方晶格。

其对碳的固溶度最大，在1148C 时对碳的固溶量最大可达2.11%。

γ相的强度和硬度低，塑性很好。

α相：碳溶解在-e F α中形成的间隙固溶体，也称铁素体，用符号α或F 表示。

为体心立方晶格，对碳的固溶度很小，最大才为0.0218%（727C ）。

3Fe C 相：Fe 与C 形成的一种具有复杂结构的间隙化合物，称为渗碳体，含碳量为6.69%，硬而脆。

二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体。

其通常严重奥氏体晶界呈网状分布。

铁碳合金平衡相图中的组织：莱氏体()d L ：共晶转变形成的γ和3Fe C 两相机械混合物，莱氏体中的γ和渗碳体分别称为共晶奥氏体和共晶渗碳体。

珠光体（P ）：
共析转变生成α和3Fe C 的机械混合物，珠光体中的α和3Fe C 分别称为共析铁素体和共析渗碳体。

珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。

马氏体：碳在-e F α中形成的过饱和间隙固溶体。

贝氏体：含碳过饱和的铁素体和渗碳体（或碳化物）组成的混合物。

注意：珠光体、贝氏体是组织的名字，马氏体既是相的名字也是组织的名字。

一次渗碳体：由液相中结晶出的3Fe C ，以3Fe C I 表示。

二次渗碳体：含碳量大于0.77%（过共析钢）的3Fe Fe C -合金自1148C 冷却至727C 过程中，将因γ中含碳量过饱和而从中析出3Fe C 。

所析出的渗碳体称为二次渗碳体，以3Fe C II 表示。

三次渗碳体：亚共析钢平衡冷却过程自727C 冷却至室温的过程中，将从α中析出3Fe C ，称为三次渗碳体，以3Fe C III 表示。

热处理：通过在固态范围对金属材料加热、保温和冷却的方法，来改变材料的内部组织结构从而改善其性能的一种工艺。

金属材料能够进行热处理的前提条件是其在加热、保温和冷却时内部组织结构会发生变化，只有这样才能引起其性能的变化，否则对金属材料进行热处理将毫无意义。

热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火（包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火）和化学热处理（包括渗碳、渗氮和碳氮共渗）。

奥氏体化：将钢加热到临界温度以上使组织完全转变为奥氏体的过程。

等温冷却和连续冷却：前者为将奥氏体化的钢迅速冷却到相变临界温度以下的某一温度保温，以进行等温转变；后者是将奥氏体化的钢连续冷却到室温而使其在不同温度下进行转变。

过冷奥氏体：当奥氏体冷却至相变临界温度以下后处于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。

它会发生分解，趋于形成稳定相。

C 曲线：过冷奥氏体分解的等温转变综合动力学图。

图中Ms 线是过冷奥氏体转变为马氏体的开始温度，Mf 是过冷奥氏体转变为马氏体的终了温度。

其中组织转变之前的等温时间称为孕育期。

临界冷却速度：C 曲线图中与转变开始线鼻尖相切的冷却速度Vk 是保证过冷奥氏体只向马氏体转变的最小冷却速度，称为临界冷却速度。

它的大小与过冷奥氏体的稳定性有关。

残余奥氏体：大多数钢的Mf 都在室温以下，因此将钢冷却至室温，奥氏体不可能全部转变为马氏体，总有部分残余奥氏体存在。

退火：将工件加热到临界点（A1、A3、Acm ）以上或在临界点以下某一温度保温一段时间后，以十分缓慢的冷却速度进行冷却的一种操作工艺。

目的：获得珠光体组织，将不稳定组织变为稳定组织；降低硬度，改善切削加工性；均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。

正火：将工件加热至AC3或Acm 以上，经保温使之完全奥氏体化后在空气中快
速冷却，得到珠光体类型的组织的热处理工艺方法。

目的：细化晶粒，使晶粒均匀化，提高材料的硬度，便于加工；对于过共析钢还可以消除网状二次渗碳体，有利于球化退火的进行（因为正火冷却较快，二次渗碳体来不及沿奥氏体晶界呈网状析出）。

淬火：将钢件加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析和过共析钢）以上，保温一定时间，使钢奥氏体化后，以大于临界冷却速度冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺方法。

目的：显著提高钢的强度和硬度，并常与不同温度的回火相结合，可以得到不同的强度、塑性和韧性的配合，以满足各种零件和工模具的使用要求。

回火：将淬火钢重新加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺。

（主要用来配合淬火工艺，调整组织，获得所需力学性能，满足使用要求）。

球化退火：使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。

这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。

而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。

另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。

所以其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。

球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。

在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。

因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。

淬火应力：淬火冷却中工件截面上的内外温差引起内应力。

工件冷却时表面冷却比心部快，一方面使工件内外收缩不能同步发生而引起热应力，另一方面使工件内外马氏体转变不能同步进行而引起组织应力。

淬透性和淬硬性：表征钢淬火时获得马氏体能力的特性或说钢被淬透的能力称为钢的淬透性，它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性或者说与钢的临界冷却速度有关，通常用淬硬层深度（指从淬火工件表面到内部的截面上淬成马氏体组织的厚度）来表示。

淬硬性是指钢在淬火时能够达到的最高硬度，它表示钢淬火硬化的能力，主要和钢的含碳量有关。

合金元素和杂质元素：为改善组织与性能有意加入的元素称为合金元素；由原料中或冶炼中带入的少量有害元素称为杂质元素。

回火脆性：淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随着回火温度的升高而简单地增加，有些钢在某个温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。

回火稳定性（耐回火性）：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。

二次淬火：在碳和合金元素（Co和Al除外）较多的钢中淬火后有较多的残余奥氏体，高合金钢中，例如，高速钢淬火后残余奥氏体高达25%～30%。

在一般合金钢中残余奥氏体于200～300℃回火中转变成F（铁素体）和碳化物。

但在淬火的高合金钢中于500～600℃时导致奥氏体中析出碳化物，使奥氏体中合金元素。