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1、工程材料,总 复 习,材料按化学属性分类：,金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料,材料的分类,主线：强化,固溶强化、细晶强化、形变强化、合金化、相变强化、时效强化,第2章 金属材料的力学性能,评价材料力学性能最简单有效的方法： 测定材料的拉伸曲线（应力-应变曲线）,图2.3 低碳钢的应力应变曲线,应力 = F/S0 应变 = l/l0,拉伸试样,1. 强度,比例极限p 弹性极限A：材料承受最大弹性变形时的应力。 屈服强度：上屈服强度ReH 下屈服强度 ReL 规定残余延伸长强度Rr ：例如Rr0.2表示规定残余伸长率为0.2时的应力 抗拉强度Rm：材料在试样断裂前所受的最大应力值,图
2、2.3 低碳钢的应力应变曲线,材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。,一、静态力学性能,断后伸长率：,断面收缩率：,断裂后,拉伸试样的颈缩现象,2. 塑性,断裂前材料发生永久不可逆变形的能力,3. 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB（HBS、HBW）、HR（A、B、C、D)、HV,二、动态力学性能 1. 冲击韧度材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为k（=Ak/F） 材料的使用温度应在韧脆转变温度以上。（bcc, hcp金属有韧脆转变现象） 2. 疲劳极限材料经无数次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。 3. 耐磨性能材料抵抗磨损的能力,三、断裂韧度
3、材料抵抗脆性断裂的能力。指标为KIC。 四、高低温性能,第三章 金属的结构与固溶强化,一、纯金属的晶体结构 1. 晶体：原子呈规则排列的固体。 空间点阵：由结点形成的空间点的阵列晶格：表示原子排列规律的空间格架。晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元.,2. 三种常见纯金属的晶体结构,二、纯金属的实际晶体结构,1. 单晶体：内部的晶格位向完全一致的晶体 多晶体：由许多晶格排列方位不相同的晶粒组成的晶体。晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 2. 晶体缺陷晶格不完整的部位 点缺陷空位：晶格中的空结点。间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。置换原子：取代原来原子位
4、置的外来原子。, 线缺陷位错金属的塑性变形主要是由于位错运动引起的 面缺陷晶界和亚晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；产生内吸附；是相变的优先形核部位。,三、 合金的晶体结构 合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。 组元：组成合金的最基本、独立的物质 相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 。, 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 铁素体：碳在-Fe中的固溶体。( 强硬度低
5、，塑性好） 奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。 马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。(马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。),1、固溶体与组成元素之一（溶剂）的晶体结构相同的固相. 置换固溶体: 溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。,2. 金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相.,3. 性能比较：强度：固溶体纯金属硬度：化合物固溶体纯金属塑性：化合物固溶体纯金属,4. 固溶体与化合物的区别：结构；性能；表达方式,四. 固溶强化 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。 产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸
6、变及对位错的钉扎作用（溶质原子在位错附近偏聚），阻碍了位错的运动。,第四章 纯金属的结晶与细晶强化,结晶：金属由液态转变为晶态的过程 一、冷却曲线与过冷度过冷：液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差T= Tm Tn,结晶的充分必要条件:液金属必须具有一定的过冷度。,二、结晶的基本过程 形核均匀形核与非均匀形核 长大均匀长大与树枝状长大,三、细晶强化常温下，晶粒越细，金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好, 即细晶强化。,四、控制晶粒度的方法,提高金属的过冷度；变质处理；机械振动、搅拌,五、 铸锭的组织表层细晶区，柱状晶区，中心等轴晶区,六、同素异构
7、转变物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。,一、二元相图匀晶L 共析 + 共晶L+ 包晶L+枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。（大小与冷速，液、固相线间距有关）,第 5 章 二元合金与合金化,二、铁碳合金相图,点：符号、成分、温度,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+ Fe3C,A+F,L+A,A+ ,L+ ,F,A,L,L+ Fe3C,F+ Fe3C,A+ Fe3C,A+ Fe3C+Le,Le,Le+ Fe3C,Le+ Fe3C,Le,P+ Fe3C+Le,P+ Fe3C,P+F,P,F+ Fe3C,莱氏体Le(A+ Fe3C) Le(
8、P+Fe3C),珠光体P(F+ Fe3C),组织组成物标注,相区标注,线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线,C%,温度,典型合金的结晶过程（以共析钢为例）,时间,温度,三、碳钢 钢的分类和牌号,四 、铸铁 石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。 铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（共晶铸铁),例：共晶铸铁结晶过程，在共析转变前按铁石墨相图进行，在共析转变及其以后按铁渗碳体相图进行，其组织是？,灰口铸铁的分类（石墨的形态）、牌号含义,第六章 塑性变形与形变强化,一、金属的塑性变形 单晶体的塑性变形方式：滑移和孪生 1. 滑移的特点：只能在切应力的作用下发生；沿密排面和密排方向发生；位移
9、量是原子间距整数倍；伴随着转动 滑移的机理：通过位错运动实现。,2. 孪生特点：孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速； 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。,二. 晶粒大小对金属性能的影响 (1)晶粒越细，强度和硬度越高。金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使得金属塑性变形的抗力越高。 (2)晶粒越细，塑性和韧性越好。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加，在断裂前消耗的功大，因而韧性也好. 细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性
10、、韧性的方法。,三、塑性变形对组织和性能的影响 1. 塑性变形时组织变化晶粒变形、亚结构形成、形变织构（变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象） 2. 冷塑性变形对性能的影响 加工硬化（形变强化）： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。（原因，意义）,三、回复与再结晶 1. 冷塑性变形金属加热时的变化：回复再结晶晶粒长大 再结晶条件：冷塑性变形 2. 再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程。再结晶不是相变过程 (晶格类型和成分不变）,3. 再结晶温度：发生再结晶的最低温度。 纯金属的最低再结晶温度T再0.4T熔 （单位K） 四、冷热加工的区分（以
11、再结晶温度区分）,第七章 钢的热处理与相变强化,一、加热时的转变 1. 奥氏体化：奥氏体晶核的形成；奥氏体的长大；残余渗碳体的溶解；奥氏体均匀化。 2. 奥氏体化后的晶粒度 初始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度。 实际晶粒度：给定温度下奥氏体的晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向。,热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.,1. 过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线） 处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。,二、 冷却时的转变,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,3. 用C曲线定性说明连续冷却转变产物,根据与C曲线交点位置判断转变产物,P,均匀
12、A,细A,P,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,M+A,淬火,(水冷),S回,三、热处理工艺,1. 为了改善切削加工性能，低碳钢采用正火；中碳钢可以采用退火（完全退火），也可采用正火；过共析钢在消除网状渗碳体后球化退火。 2. 淬透性及影响因素 3. 表面淬火适用于中碳结构钢渗碳适用于低碳钢,第八章 合金钢与合金化,典型的牌号，含义，性能及用途 如：齿轮、轴、弹簧、车刀、模具、机床床身等,固溶处理+时效： 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相。,9. 一根直径6mm的45钢圆棒，先经840加热淬火后，硬度为HRC55（未回火），然后从一端加热，依靠热传导使圆棒各点达到图示的温度，试问？,(1)各点处的组织是什么？A. B. C. + D. S回 E. M回 (2)整个圆棒自图示温度缓冷至室温，各点处的组织是什么？A. P+ B. P+ C. P+ D. S回 E. M回 (3)整个圆棒自图示温度水冷至室温，各点处的组织是什么？A. M B. M C. M+ D. S回 E. M回,
