材料结构组织与性能 带答案

一、什么是材料？三大材料材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和各种性能的物质，是人们生活及组成生产工具的物质基础。金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料

二、材料的性能分类使用性能(物理性能、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）

三、材料的力学性能材料的力学性能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。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。1. 强度指标弹性变形阶段的强度指标（弹性极限σe =F e/A0（MPa）式中：σe为e 点对应的应力，F e为e点对应的载荷，A0为试样原始截面积。弹性模量σ=Eε，其中比例系数E即是弹性模量）塑性变形阶段的强度指标（屈服极限σs=F s/A0（MPa）屈服强度σ0.2=F0.2/A0（MPa）在S点附近，此时应力应变曲线上出现一个平台，表示材料开始产生塑性变形，其对应的应力叫屈服极限σs。但对于大多数合金钢或淬火回火材料，应力应变曲线无屈服平台出现，此时，规定以产生试样原始长度0.2%的塑性变形所对应的应力作为条件屈服极限，称为屈服强度σ0.2。抗拉强度σb=F b/A0（MPa））断裂阶段的强度指标（断裂强度σk）2.塑性指标延伸率（δ=ΔL/L0×100%=（Lf-L0）/L0×100%）断面收缩率ψ=（A0-A1）/A0×100%式中A0为试样原始横截面积A1为试样断裂后缩颈处的最小横截面积。3.韧性指标冲击韧度(a k=A k/A N（J/m2）式中A N为试样缺口根部的原始截面积。) 断裂韧度静力韧度4. 硬度指标布氏硬度(HB球压头测定试样表面的压痕直径d) 洛氏硬度(HR圆锥压头测深度) 维氏硬度(HV四棱锥压头同布) 肖氏硬度(HS从一定高度处自由落到试样表面，根据冲头的回弹高度来表征材料硬度的大小)

四、应力应变曲线设试样单位面积的载荷为应力σ，试样单位原始长度的伸长为应变ε，则得到应力-应变曲线。在拉伸载荷作用下，材料经由弹性变形——屈服——塑性变形——断裂等几个阶段。

五、金属的键结构金属的原子结构特征是最外层电子少，易于脱落，而形成自由电子自由电子可以在金属中移动而形成所谓的电子云。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。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。

六、金属的晶体结构 1.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。2.晶体结构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。3. 阵点把晶体中的原子（分子或离子）抽象为规则排列于空间的几何点。 4.晶格用一系列平行直线将阵点连接起来，形成一个三维的空间格架三种常见的晶体结构。 5.晶胞从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来研究晶体结构。6.晶格常数为了描述单位晶胞的大小和形状，以单位晶胞角上的某一阵点为原点，以该单位晶胞上过原点的三个棱边为三个坐标轴X、Y、Z（称为晶轴），则单位晶胞的大小和形状就由这三条棱边的长度a、b、c描述，称为晶格常数。7.轴间夹角通常α、β和γ分别表示Y-Z轴、Z-X轴和X-Y轴之间的夹角α、β、γ。晶格常数（a、b、c）和轴间夹角（α、β、γ）是描述晶体结构的6个参数。面心立方结构“fcc”，体心立方结构“bcc”，密排六方结构“hcp”。

七、单晶体与多晶体由很多晶粒组成的，叫多晶体。晶粒之间的界面称为晶界。每一晶粒

相当於一个单晶体。晶体有三个特征(1)晶体有一定的几何外形；(2)晶体有固定的熔点；(3)晶体有各向异性的特点. 单晶体是原子排列规律相同,晶格位相一致的晶体.例如：单晶硅. 多晶体是由很多具有相同排列方式但位向不一致的很多小晶粒组成的则称为多晶体.例如：常用的金属. 单晶体具有晶体的三个特征. 多晶体具有前两项特征,但具有各向同性的特点.多晶体整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的,这样的物体叫多晶体.例如：常用的金属.原子在整个晶体中不是按统一的规则排列的,无一定的外形,其物理性质在各个方向都相同.

八、实际金属中的晶体缺陷 1.点缺陷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、填隙型原子、置换型原子，不管是哪类点缺陷，都会造成晶格畸变，这将对金属的性质产生影响，如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等；2.线缺陷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；

3.面缺陷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。

九、金属的塑性变形单晶体的塑性变形 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）的一定晶向（滑移方向）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。2.孪生

十、金属冷变形和加热后组织结构的变化

十一、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。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。

十二、合金相的分类

十三、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，其它组元为溶质。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。十四、固溶强化、形变强化（加工硬化）的概念固溶强化：合金元素加入纯铝中后，形成铝基固溶体，导致晶格发生畸变，增加了位错运动的阻力，由此提高铝的强度。合金元素的固溶强化能力同其本身的性质及固溶度有关。其中，Zn、 Ag、 Mg的溶解度较高，超过10％；其次是Cu、Li、Mn、Si等，溶解度大于1％。一般说来，固溶度越高，获得的固溶强化效果就越好。金属经塑性变形，其机械性质将发生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象称为加工硬化。

十五、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Fe－C相图是在缓慢冷却条件下指导分析相变的图形，其获得的组织称为平衡组织，它不能用于分析在不同的冷却速度下的组织变化。1.碳在铁中的固溶体(碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，常用符号F或α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。铁素体与α-Fe在居里点770℃以下均具有铁磁性。碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，常用符号A或γ表示，其最大溶解度为2.11wt%C，发生于1148℃，碳多存在于面心立方γ结构的八面体空隙。奥氏体与