工程材料复习资料

第一章材料的性能及应用意义

变形：材料在外力作用下产生形状与尺寸的变化。

强度：材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力。（对塑性变形的抗力）

比例极限（σp）

弹性极限（σe）

屈服点或屈服强度（σs、σ0.2）

抗拉强度（σb）

比强度：各种强度指标与材料密度之比。

屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比。

塑性：指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力。硬度：反映材料软硬程度的一种性能指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力。韧性：材料强度和塑性的综合表现。

布氏硬度HBW

洛氏硬度HR （优点：操作迅速简便，压痕较小，几乎不损伤工件表面，故而应用最广。）维氏硬度HV

疲劳断裂特点：①断裂时的应力远低于材料静载下的抗拉强度甚至屈服强度；②断裂前无论是韧性材料还是塑性材料均无明显的塑性变形。

疲劳过程的三个基本组成阶段：疲劳萌生、疲劳扩展、最后断裂

第二章材料的结构

键：在固体状态下，原子聚集堆积在一起，其间距足够近，它们之间便产生了相互作用力，即为原子间的结合力或结合键。

根据结合力的强弱，可把结合键分为两大类：强键（包括离子键、共价键、金属键）和弱键（即分子键）。

共价键晶体和离子键晶体结合最强，金属键晶体次之，分子键晶体最弱。

晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质。

各向异性：晶体具有固定熔点且在不同方向上具有不同的性能。

晶格：晶体中原子（或离子、分子）在空间呈规则排列，规则排列的方式就称为晶体结构。结点：将构成晶体的实际质点抽象成纯粹的几何点。

体心立方晶格：晶胞原子数2

面心立方晶格：晶胞原子数4

密排六方晶格：晶胞原子数6

晶体缺陷：原子的排列不可能像理想晶体那样规则完整，而是不可避免地或多或少地存在一些原子偏离规则排列的区域，这就是晶体缺陷。

晶体缺陷按几何特征可分为点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（如晶界、亚晶界）三类。点缺陷：空位、间隙原子、置换原子

线缺陷特征：两个方向的尺寸很小，在另一个方向的尺寸相对很大。

位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

实际金属晶体中存在的位错等晶体缺陷，晶体的强度值降低了2-3个数量级。

面缺陷：晶界、亚晶界

第三章材料的凝固与结晶组织

凝固：物质从液态转化为固态的过程。

结晶：物质从液态转化为固态后，固态物质是晶体，这种凝固的过程就是结晶。

过冷：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。二者之差称为过冷度（△T），△T=Tm-Tn。过冷度越大，实际结晶温度越低。

同一种金属，其纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越快，则实际结晶温度越低，过冷度越大。

结晶过程：金属的结晶过程是形核与长大的过程。

形核方式：均质形核（自发形核）、异质形核（非自发形核）

细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。（晶粒越细，晶界越多，也越曲折，强化作用越显著。）

晶粒大小对金属性能的影响：细晶粒金属晶界多，晶界处晶格扭曲畸变，提高了塑性变形的抗力，使其强度、硬度提高。细晶粒金属晶粒数目多，变形可均匀分布在许多晶粒上，使其塑性好。因此，在常温下晶粒越小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。

细化铸锭和焊缝区的晶粒方法：①控制过冷度（增加过冷度可提高N/G值，有利于细化晶粒）②变质处理③振动处理

同素异构：某些金属元素和非金属元素在不同温度和压力下，具有不同类型的晶体结构。

合金：合金是由两种或两种以上的金属元素、或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。

组元：组成合金的最基本的独立物质称为组元，组元可以是元素或稳定化合物。工业上广泛使用的碳钢和铸铁，就是由铁和碳两种组元组成的二元合金。

固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金相称为固溶体。（间隙固溶体、置换固溶体）固溶强化：由于外来原子（溶质原子）溶入基体中形成固溶体而使其强度、硬度升高的现象，此是金属强化的重要形式。

金属化合物：①正常价化合物②电子化合物③间隙相和间隙化合物

二元合金相图：①匀晶相图②共晶相图

典型三晶区组织：①表层细晶区②柱状晶区③中心等轴晶区

等轴晶：由于中心部位的温度大致均匀，每个晶粒的成长在各方向上也是接近一致的，故形成了等轴晶。

冶金缺陷：①缩孔②疏松③气泡④裂纹⑤偏析

第四章材料的变形断裂与强化机制

单晶体塑性变形的主要方式：滑移和孪生（常温与低温下）

冷塑性变形对金属组织结构的影响：①显微组织的变化②亚结构的细化③变形织构④残留应力

变形织构：一是拉拔时形成的织构，称为丝织构，其主要特征是各个晶粒的某一晶向大致与拉拔方向平行；二是轧制时形成的织构，称为板织构，其主要特征是各个晶粒的某一晶面与轧制平面平行，而某一晶相与轧制时的主变形方向平行。

加工硬化（冷塑性变形对金属力学性能的影响）：在冷塑性变形过程中，随着金属内部组织变化，其力学性能也将发生明显变化。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高，而塑性、韧性显著下降的现象。产生加工硬化的原因与位错密度增大有关。

加工硬化现象实际意义：①它是一种非常重要的强化手段，可用来提高金属强度，特别是对那些无法热处理强化的合金尤其重要。②加工硬化是某些工件或半成品能够拉伸或冷冲压加工成形的重要基础，有利于金属均匀变形。③加工硬化课提高金属零件在使用过程中的安全性。

冷塑性变形后的金属加热时，随加热温度升高，会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。

回复：指经冷塑性变形的金属材料加热时，在显微组织发生明显改变前（即再结晶晶粒形成