-工程材料基础知识要点
第一章机械零件的失效分析
一、基本要求
本章主要介绍了机械零件在常温静载下的过量变形、在静载和冲击载荷下的断裂、在交变载荷下的疲劳断裂、零件的磨损失效和腐蚀失效以及在高温下的蠕变变形和断裂失效。要求学生掌握全部内容。
二、重点内容
1零件的过量变形以及性能指标,如屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。
2零件在静载和冲击载荷下的断裂及性能指标，如冲击韧性、断裂韧性等。
3零件在交变载荷下的疲劳断裂、疲劳抗力指标及影响因素。
4零件的磨损和腐蚀失效以及防止措施。
5零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
三、难点
断裂韧性及衡量指标，影响断裂的因素。
四、基本知识点
第一节零件在常温静载下的过量变形
1、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。
弹性变形：外力去除后可恢复变形。
塑性变形：外力去除后不可恢复。
低碳钢，正火、退火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料都具有图1-1所示的应力-应变行为。即在拉伸应力的作用下的变形过程分为四个阶段：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。
2、静载试验材料性能指标
刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。
强度：材料抵抗变形或者断裂的能力，屈服强度、抗拉强度、断裂强度。
弹性指标：弹性比功。
塑性指标：伸长率、断面收缩率。
硬度：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC ）、维氏硬度（HV ）
3过量变形失效
过量弹性变形抗力指标：弹性模量E 或者切变模量G 。
过量塑性变形抗力指标：比例极限、弹性极限或者屈服强度。
第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂
1、基本概念
断裂：材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的
现象。
韧性断裂：断裂前发生明显宏观塑性变形。
脆性断裂：断裂前不发生塑性变形，断裂后其断口齐
平，由无数发亮的小平面组成。
2、冲击韧性及衡量指标
冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。
冲击试验与衡量指标：冲击吸收功A k 或冲击韧度a k 。工程材料的冲击吸收功通常是在室温测得，若
降低试验温度，在低温下不同温度进行冲击试验（称之为低温冲击试验或系列冲击试验），可以得到冲击吸收功A k 随温度的变化曲线，如图1-3所示。
T K 为韧脆转变温度：A k -T 曲线上冲击吸收功急剧变化的温度。当试验温度低于T K 时，冲击吸收功明显降低，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。
3、断裂韧性及衡量指标
断裂韧度K IC ：是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力,单位：MPa·m 1/2或者MN·m -3/2
图1-1低碳钢拉伸时的应
力-应变曲线示意图
图1-2三种类型材料的应力-
应变曲线示意图1-纯金属2-
脆性材料3-高弹性材料
图1-3三种钢的冲击韧性随温度变化曲线示意图
断裂判据：K I
决定材料断裂类型的主要因素有：加载方式、材料本质、温度、加载速度、应力集中及零件尺寸。
加载方式不同，断裂方式不同；
一般降低温度和增加加载速度都会引起材料催化；
应力集中改变了应力状态，σmax ↑，τmax↓，α↓；
单向拉伸α＝0.5，而缺口拉伸试样α<0.5，易引起脆断，应力集中会引起材料脆化；
薄板处于平面应力状态，α较大，厚板处于平面应变状态，α较小，易产生脆断。
第三节零件在交变载荷下的疲劳断裂
1、基本概念
交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。
疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发
生断裂的现象称为疲劳断裂。
2、疲劳断口的特点
疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断
裂。
疲劳断裂特征：1）断裂应力低；2）无明显宏观塑变；
3）断口清楚显示裂纹形成、扩展和断裂阶段。
3、疲劳抗力指标
无裂纹构件的疲劳抗力指标：疲劳极限、过载持久
值、疲劳缺口敏感度。
图1-5 疲劳曲线示意图带裂纹构件的疲劳抗力指标：疲劳裂纹扩展门槛值
ΔK th和裂纹扩展速率da/dN。
4、影响疲劳抗力的因素
载荷类型：拉压、扭转与旋转弯曲等；
材料本质：不同材料有不同的疲劳曲线，σr、q、d a/dN、K IC及K th不同；
零件表面状态：零件的表面缺陷（如裂纹、刀痕等）对其强度影响不大，但疲劳极限有显著影响；
工作温度：T↑σs↓σr↓，ΔKth↓，da/dN↑；
腐蚀介质：在腐蚀介质作用下，σr↓，ΔKth↓，da/dN↑。
第四节零件的磨损失效
1、磨损的基本概念
磨损的定义：在摩擦过程中零件表面发生尺寸变化和物质耗损的现象叫做磨损。
2、磨损的过程和机理
粘着磨损：
1）定义：又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副的接触面发生金属粘着，在随后的相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。
2）过程：
3）粘着磨损的特点：磨损速度大；破坏严重。
4）防止措施：合理选材，摩擦副配对材料选用硬度差较大的材料；
提高表面硬度；
合理设计减小接触压应力；
减小表面粗糙度。
磨粒磨损：
1）定义：又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨粒，使磨面发生局部塑性变形，磨粒嵌入、磨粒切割金属表面从而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。
2）过程：
3）防止措施：
提高表面硬度（从选材与材料表面处理方面）；
减少磨粒数量（从工作状况方面）。
接触疲劳（疲劳磨损，麻点磨损）：
1）定义：零件工作面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力的长期作用下引起的表面疲劳剥落破坏的现象。
2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
三种主要形式：麻点剥落、浅层剥落、硬化层剥落
3）主要防止措施：提高材料硬度；提高材料纯度；提高零件心部和表面强度；减小表面粗糙度。
第五节零件的腐蚀失效
1、腐蚀的定义和分类
腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反应或者电化学反应所引起的表面损伤现象。
分类：化学腐蚀和电化学腐蚀。
2、腐蚀过程及防止
化学腐蚀过程（以高温氧化腐蚀为主），高温氧化过程：1）金属失去电子成为金属离子；2）氧原子吸收电子成为氧离子；3）金属离子和氧离子结合为金属氧化物
基体金属能否继续氧化，取决于氧化物薄膜是否致密。
提高钢抗氧化能力：加入Al、Si、Cr等元素，与氧结合形成致密的氧化物膜，防止基体金属进一步氧化。
电化学腐蚀条件：金属间存在电极电位差，并且相互接触并处于相互联通的电介质溶液中形成微电池。
过程：
阳极：失去电子，M?M n++ne（被腐蚀）
阴极：发生析氢反应或者吸氧反应
特点：速度快、选择性
常见局部腐蚀：电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶界腐蚀（不锈钢）。
应力腐蚀：
定义：零（构件）在拉应力和特定介质联合作用下产生的低应力脆断现象。
特点：拉应力小；介质腐蚀性弱；易忽视
3、零件防止腐蚀的措施
对于化学腐蚀：选择抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷材料等，零件表面涂层。
对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表面涂层；电化学保护；加缓蚀剂。
对于应力腐蚀：减小拉应力；去应力退火；选择K Iscc高的材料；改善介质条件。
第六节零件在高温下的蠕变变形和断裂失效
1、材料在高温下的力学行为
1）材料的强度随温度的升高而降低。
2）高温下材料的强度随时间的延长而降低。
3）高温下材料的变形量随时间的延长而增加。
蠕变：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。
图1-7典型的蠕变曲线
2、评价材料高温力学性能指标
蠕变极限：高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标称为蠕变极限。
表示方法：在规定温度下使试样产生规定稳态蠕变速率的应力值；给定温度下，在规定时间内使试样产生一定蠕变总变形量δ的应力值
持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。用给定温度和规定时间内试样发生断裂时的应力表示。
3、高温下零件的失效和防止
高温下零件的失效形式：过量塑性变形（蠕变变形）、断裂、磨损、氧化腐蚀等。
防止措施：正确选材（选熔点高、组织稳定的材料）；
表面镀硬铬、热喷涂铝和陶瓷等
第二章碳钢
一、基本要求
本章主要介绍了纯铁的组织和性能、Fe-Fe3C图的分析和应用、压力加工对钢的组织和性能的影响等内容。通过本章的学习，要求学生能够掌握晶体结构与晶体缺陷的基本概念、铁碳合金的结晶过程分析与压力加工对钢的组织和性能的影等知识。
二、重点内容
1纯铁的结晶过程、纯铁的晶体结构、纯铁的同素异构转变。
2铁和碳的相互作用、铁碳合金中的相和组织组成物。
3二元相图的杠杆定律、Fe-Fe3C相图分析及应用。
4压力加工对钢的组织和性能的影响。
三、难点
应用杠杆定律计算碳钢在室温下的组织组成物和相组成物的质量分数。
四、基本知识点
第一节纯铁的组织和性能
1、过冷现象和过冷度
纯铁结晶时，实际开始结
晶温度与理论结晶温度之间的
温度差△T（＝T0－Tn），称为
过冷度。过冷度是一切物质结
晶的必要条件，液体冷速越快，
过冷度越大，液体与固体间的
自由能差△F（＝F L－F s）越大，
物质结晶的驱动力越大。
图2-1纯铁的冷却曲线（部分）图2-2液体和固体自由能随温度的变化2、纯铁的结晶过程
在液体中形成的稳定微小晶体称为晶核，纯铁的结晶过程是不断形成晶核与晶核不断长大的过程。由一个晶核长成的晶体称作晶粒，由许多晶粒组成的晶体称作多晶体。多晶体结晶时，冷却速度越快、过冷度越大、形核数量越多、晶粒越细。金属的晶粒越细，其强韧性越好。
3、晶体结构基本概念
晶体：指原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。
晶体结构：指晶体中的原子（离子或分子）在空间的具体排列。
晶胞：是能够反映晶格中原子重复排列规律的最基本单元。
金属中常见的晶体结构有：体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。
图2-4三种常见的金属晶胞a）体心立方晶胞b）面心立方晶胞c）密排六方晶胞
4晶体缺陷的基本概念
按照晶体中原子排列不规则区域的尺寸大小，将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷：指原子排列的不规则区域在空间三个方向上尺寸都是很小的一种缺陷，如空位、间隙原子和置换原子。
线缺陷：指原子排列的不规则区域在空间一个方向上尺寸很大，而在另外两个方向尺寸是很小的一种缺陷，如刃型位错。
面缺陷：指原子排列的不规则区域在空间两个方向上尺寸很大，而在另外一个方向尺寸是很小的一种缺陷，如晶界、亚晶界。
在点缺陷、线缺陷和面缺陷附近，原子都偏离了原来的平衡位置，使晶格发生畸变，对晶体的性能会产生明显的影响。晶体缺陷越多，金属强度越高。细晶强化是提高金属材料强度的重要方法。
5、纯铁的晶体结构及同素异构转变
纯铁结晶完成后，固态纯铁在随后的冷却过程中还会发生两次晶体结构转变。这种同一元素在固态下随温度变化而发生的晶体结构转变，称为同素异构转变。铁碳合金正是因为具有同素异构转变，所以才能通过热处理来改变其内部结构，改变其性能。
第二节铁碳合金中的相和组织组成物
1、铁和碳形成固溶体
固溶体：是溶质原子溶入溶剂中形成的均匀晶体。溶质和溶剂的原子尺寸相差较小时，两者之间能够形成置换固溶体。溶质和溶剂的原子尺寸相差很大时，两者之间能够形成间隙固溶体。
碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称为铁素体，以α或F表示。
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体，以γ或A表示。
由于形成固溶体时溶剂晶格能产生畸变，所以便会导致材料强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
固溶强化：指通过形成固溶体而导致的材料强度升高现象。与加工硬化、细晶强化一样，固溶强化也是提高材料强度的重要方法。
2、碳和铁形成化合物
当碳在和中的含量超过了碳的溶解度极限时，碳原子便会与铁原子形成渗碳体。
渗碳体：含碳量为6.69%，具有正交晶体结构。
特点：熔点高、硬而脆，塑性几乎等于零。
渗碳体对铁碳合金性能的影响，与其形态有关。当渗碳体以细小的片状或球状出现时，对铁碳合金具有强化作用。
3、铁碳合金中的相和组织组成物
系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部份被称为相。
F、A和Fe3C是铁碳合金中的基本相。这些可独立存在的基本相，以及由这些基本相所组成的混合物，又可称为是铁碳合金的组织组成物。
组织组成物：是指构成显微组织的独立部份。
4、相图的基本概念
相图是表示合金在缓慢冷却的平衡状态下其所含的相或组织与温度以及成分之间关系的一种图形。
匀晶转变：是指从液相中直接结晶出单相固溶体的转变。
5、二元相图的杠杆定律
见图2-21，设合金的总质量为1，在温度t时液相的质量为ML，固溶体的质量为Mα，则有：ML+Mα＝1。
由于合金中所含镍的质量等于液相中镍的质量与固溶体中镍的质量之和,而有：MLXL+MαXα＝1X, 所以，由以上两式联解，就能得到两相相对质量的计算公式为：
M L＝（xα-x）/（xα-x L）＝rb/ab
Mα＝（x-x L）/（xα-x L）＝ar/ab
或M L/Mα=rb/ar
注：杠杆定律只适用于两相区
图2-10杠杆定律的证明和力学比喻
6、Fe-Fe3C相图分析
图2-11 Fe-Fe3C相图
见图2-11，ABCD点的连线是铁碳合金的液相线，AHJECF点的连线是碳碳合金的固相线。在HJB 线上发生的转变称为.包晶转变，所谓包晶转变：是指由一定成分的液相和一定成分的固相相互作用而生成另一个一定成分的固相的转变。
反应式为：
包晶转变只能在含碳为0.09～0.53%的铁碳合金中发生，其中，只有J点成分的铁碳合金经包晶转变后能够获得单一的奥氏体。
在ECF线上发生的转变称为共晶转变，所谓共晶转变：是指由一定成分的液相同时转变成两种一定成分的固相的转变。
反应式为：
共晶转变只能在含碳为2.11～6.69%的铁碳合金中发生，其中，只有C点成分的铁碳合金经共晶转变后能够获得单一的莱氏体。
在PSK线上发生的转变称为共析转变，所谓共析转变：是指由一定成分的固相同时转变成两种一定成分的新固相的转变。
反应式为：
PSK线又称A1线，所有含碳﹥0.0218%的铁碳合金冷却至这条线上时都会发生共析转变，其中只有含碳为0.77%的铁碳合金经共析转变后能够获得单一的珠光体。
GS线：又称A3线，是冷却时A中开始折出F，加热时F全部溶入到A中的转变线。
ES线：是碳在A中的溶解度线，又称Acm线。
PQ线，是碳在F中的溶解度线。
7、铁碳合金的分类
根据铁碳合金的含碳量及其室温平衡组织的不同，铁碳合金可分为三类。
①工业钝铁（wc﹤0.0218%）—室温组织是铁素体和少量三次渗碳体。
②钢（wc为0.0218～2.11%）。
其中：亚共析钢（wc﹤0.77%）—室温组织是铁素体和珠光体。
共析钢（wc为0.77%）—室温组织是珠光体。
过共析钢（wc﹥0.77）—室温组织是珠光体和二次渗碳体。
③白口铸铁（wc为2.11～6.69%），其中：
亚共晶白口铸铁（wc﹤4.3%）—室温组织是珠光体、二次渗碳体和莱氏体。
共晶白口铸铁（wc为4.3%）—室温组织是莱氏体
过共晶白口铸铁（wc﹥4.3%）—室温组织是莱氏体和一次渗碳体。
8、典型合金的结晶过程分析
①wc为0.4%的亚共析钢
L→L+δ→L+A→A→A+F→P+F
②wc为0.77%的共析钢
L→L+A→A→P
③wc为1.2%的过共析钢
L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ
④共晶白口铸铁
L→Ld（A+Fe3C）→Ld（A+Fe3CⅡ+Fe3C）→L,d（P+Fe3CⅡ+Fe3C）
9、含碳量对力学性能的影响
渗碳体是铁碳合金中的强化相。随着含碳量的增加，渗碳体含量的增多，钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量大于1.0%时，由于网状二次渗碳体的出现，使钢的强度又会降低。
10、碳对铁碳合金平衡组织的影响
随着含碳量的增加，铁碳合金的组织发生以下变化：
+Fe3CⅢ→+P→P→P+Fe3CⅡ→
工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢
P+Fe3CⅡ+L,d→L,d→L,d+Fe3CⅠ
亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁
随着含碳量的增加，渗碳体分布和形态发生以下变化：沿铁素体晶界分布的薄片状Fe3CⅢ→分布在铁素体内的层片状共析Fe3C→沿奥氏体晶界分布的网状Fe3CⅡ→作为莱氏体基体的共晶Fe3C→分布在莱氏体上的粗大片状Fe3CⅠ。
11、碳对铁碳合金性能的影响
图2-12碳的质量分数对缓冷碳钢力学性能的影响
珠光体是由铁素体和渗碳体所组成的两相组织，兼有铁素体和渗碳体的优点，既有较高的强度和硬度，又有良好的塑性和韧性。渗碳体是铁碳合金中的强化相，当渗碳体是以细小的片状分布在铁素体上时，对碳钢具有强化作用。
随着碳的质量分数增加，珠光体含量的增多，渗碳体含量的增加，碳钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当碳的质量分数大于1%，钢中出现网状Fe3CⅡ，由于钢的性能就会恶化，所以钢的强度又会降低（见图2-39）。
12、Fe-Fe3C相图.的实际应用
在实际应用中，Fe-Fe3C相图具有以下作用：
①能为选材提供成分依据
由于Fe-Fe3C相图能够反映碳钢的成分和组织的关系，而钢的组织与钢的性能之间又有着紧密的联系，所以，根据零件的不同性能要求，可分别选用低碳钢、中碳钢或高碳钢为制造材料。按照不同要求，就可选用适当成分的钢种。
②能为制定热加工工艺提供依据
由于液相线和固相线的距离越小，合金的铸造性能越好，钢在单相奥氏体相区内锻造性能最好，所以，由Fe-Fe3C相图可知，共晶成分的合金铸造性能最好，钢在奥氏体相区内进行锻造最好（见图2-40）
图2-13Fe-Fe3C相图与铸锻工艺的关系
13、钢中常存杂质元素对钢的性能影响
①Si、Mn的影响
当大部分Si、Mn元素都能固溶于铁素体中时，，Si、Mn是钢中的有益的元素，它们的存在因能产生固溶强化而能够提高钢的强度。
②S、P的影响
S在钢中能够形成熔点为989℃并分布在奥氏体晶界上的共晶体，能导致的钢的脆性增大，P能显著降低钢的韧性，特别是能显著降低钢的低温韧性，所以，S、P都是钢中的有害元素。由S导致的钢的脆性增大现象，被称为热脆。由P引起的钢的低温脆性增大现象，被称为冷脆。
③H的影响
微量的H溶入钢中，就会导致钢的脆性增大。H也是钢中的有害元素。由H导致的钢的脆性增大现象，被称为的氢脆，
《工程材料基础》
《工程材料基础》习题 一、单选题 1.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将B a．越高；b．越低；c．越接近理论结晶温度 2．α－Fe是实际原子数为A。 a．2；b．4；c．6 3．固溶体的晶体结构A。 a．与溶剂相同；b．与溶质相同；c．为其他晶型 4．间隙相的性能特点是C。 a．熔点高、硬度低；b．硬度高、熔点低；c．硬度高、熔点高 5. 金属的加工硬化现象将导致 B 。 a. 强度降低,塑性提高； b. 强度提高,塑性降低；c．强度降低,塑性降低 6．用下述三种方法制成齿轮， C 种方法较为理想。 a. 用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； b. 由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮； c. 由 圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮 7. 钢中含硫量过高的最大危害是造成 A 。 a. 热脆； b. 冷脆； c. 氢脆 8．奥氏体是A。 a．碳在γ-Fe中的间隙固溶体b．碳在α-Fe中的间隙固溶体；c. 碳在α-Fe中的无限固溶体 9．珠光体是一种B。 a．单相固溶体；b．两相混和物；c．Fe与C的化合物 10．铁素体的机械性能特点是C。 a．强度高、塑性好、硬度低；b．强度低、塑性差、硬度低； c. 强度低、塑性好、硬度低 11. 奥氏体向珠光体的转变是 A 。 a.扩散型转变；b．非扩散型转变； c.半扩散型转变 12. 钢经调质处理后获得的组织是 C 。 a，回火马氏体；b．回火屈氏体； c.回火索氏体 13. 共析钢的过冷奥氏体在550℃～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是 C 。 a．索氏体b．下贝氏体；c．上贝氏体 14. 若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将 B 。 a．降低；b．提高；c．不改变 15. 淬硬性好的钢 B 。 a.具有高的合金元素含量；b．具有高的碳含量； c.具有低的碳含量 16. 钢的回火处理是在 C 。 a．退火后进行；b．正火后进行； c.淬火后进行 17．渗碳钢 C 后性能最好。 a. 直接淬火； b. 一次淬火； c. 二次淬火 18. 量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为 B 。 a. 退火； b. 调质； c. 回火
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第一章，钢的合金化原理小结 一，合金元素及其分类 1，合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。 按与碳的亲和力大小，合金元素可分为： 非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B 等 碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr 等此外，还有稀土元素：Re 2，合金元素对钢中基本相得影响 （1）合金元素可溶入碳钢三个基本相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。 固溶强化：是利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。基体的方式是通过溶 入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。 （2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6 、M-C3 和M3C 等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物 以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的 影响。 3，元素对钢中相平衡的影响 按照合金元素对Fe—C 相图上的相区的影响，可将合金元素分为两大类： a扩大丫区的元素：即奥氏体形成元素。指在丫-Fe中有较大的溶解度，并能扩大丫 相存在的温度范围，使A3下降、A4上升。女口Mn , Ni，Co, C, N，Cu 等。 b扩大a区的元素： 即铁素体形成元素：指在 a —Fe中有较大溶解度，并使丫-Fe不稳定的元素。 它们能缩小丫相区，而扩大a相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。如Cr、Mo、 W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等。 扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。 因此, 具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％, 同样, 出现共晶组织的最低含碳量也小于 2.11％。 4, 合金元素对钢中相变过程的影响 （1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a 对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V 等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni 等元素有利于奥氏体形核。 b 对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al 等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长 大；C、P、Mn （高碳）促使奥氏体晶粒长大。 （2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 具体表现为：①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点 下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。 （3）素对回火过程的影响 a 提高了钢的回火稳定性回火稳定性即是钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金 元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢, 并推向更高的温度发生, 提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co 等。 b 产生二次硬化现象 若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600 C回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为“二次硬化”现象。
机械工程材料基础知识大全
《机械工程材料》 基础篇 一：填空 1. 绝大多数金属具有体心立方、面心立方、和密排立方三种类型，α－Fe是体心立方类型，其实际原子数为 2 。 2．晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、和面缺陷。 3．固溶体按溶质原子在晶格位置分为置换固溶体、间隙固溶体。 4．铸造时常选用接近共晶成分（接近共晶成分、单相固溶体）的合金。5．金属的塑性变形对金属的组织与性能的影响晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化、织构现象的产生。6．金属磨损的方式有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损。 7.金属铸件否（能、否）通过再结晶退火来细化晶粒。 8．疲劳断裂的特点有应力低于抗拉极限也会脆断、断口呈粗糙带和光滑带、塑性很好的材料也会脆断。 9．钢中含硫量过高的最大危害是造成热脆。 10．珠光体类型的组织有粗珠光体、索氏体、屈氏体。 11．正火和退火的主要区别是退火获得平衡组织；正火获得珠光体组织。 12. 淬火发生变形和开裂的原因是淬火后造成很大的热应力和组织应力。 13. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。甲、乙两厂产品的组织各是铁素体＋珠光体、回火索氏体。 14．40Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 40Cr 。15．常见的普通热处理有退火、正火、淬火、回火。 16．用T12钢制造车刀，在切削加工前进行的预备热处理为正火、 球化退火。 17．量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为调质（退火、调质、回火）。 18．耐磨钢的耐磨原理是加工硬化。 19．灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为高温退火。 20、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。 21．纯铁的多晶型转变是α-Fe→γ-Fe→δ-Fe 。 22．面心立方晶胞中实际原子数为 4 。 23．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着晶面与晶向相互垂直关系。 24．过冷度与冷却速度的关系为冷却速度越大过冷度越大。 25．固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为间隙固溶体、置换固溶体。26．金属单晶体滑移的特点是滑移只能在切应力下发生、滑移总是沿原子密度最大的晶面和晶向进行、滑移时必伴随着晶体向外力方向转动。 27．热加工对金属组织和性能的影响有消除金属铸态组织的缺陷、改变内部夹杂物的形态与分布。
第一章工程材料
第一章工程材料 1、按下表要求填出几种力学性能指标（σs、σb、δ、ψ、HBS、HR、αk）的内容。σs ：屈服强度产生屈服现象的应力σs＝F s／A。 σb：抗拉强度σb＝F b／A。 δ: 伸长率δ＝（L1-L0）／L0×100% ψ: 断面伸缩率ψ＝(A。-A k) ／A。×100% HBS: 布氏硬度压痕单位球面积上承受的载荷 HR: 洛氏硬度由压痕深度确定其硬度值的方法 αk 冲击韧度在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力 2、材料的硬度试验方法主要有哪几种？HB和HRC主要用于哪些材料的硬度测量？洛氏硬度：HRC: 硬度高的淬火钢、调质钢 布氏硬度：HBS: 退火钢、灰铸铁、有色金属，HBW: 淬火钢 4、碳钢按碳的质量分数分，可分为哪三种？各种碳钢碳的质量分数范围是多少？低碳钢≤0.25% 中碳钢0.25%≤≤0.60% 高碳钢＞0.60% 5、碳钢的质量好坏是以什么来区分的？按质量分碳钢分为哪三类？ 钢的质量优劣按钢中所含有害杂质S、P多少划分 普通钢s≤0.050% P≤0.045% 优质钢S≤0.035% P≤0.035% 高级优质钢S≤0.025% P≤0.030% 6填出下表内容 Q235 Q为“屈”字汉语拼音首字母，数字为屈服强度（MPa） 低碳钢普通钢结构钢 45 数字表示钢的平均含碳量0.45% 中碳钢优质钢结构钢 T10A T为“碳”字汉语拼音首字母，钢的平均含碳量0.10%，A表示高级优质 高碳钢高级优质钢工具钢
7、用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削？为什么？ 否，红硬性低，硬度太低 8、按下表所列合金钢牌号填写有关内容 16Mn 平均含碳量0.16%，Mn含量＜1.0% 低合金结构钢 20CrMnTi Wc为0.20% cr、mn、ti含量均＜1.0% 合金渗碳钢 40Cr Wc为0.40% Cr含量＜1.0% 合金调质钢 60Si2Mn Wc为0.60% Si含量2% Mn含量＜1.0% 合金弹簧钢 GCr15 Wc≥1.0% WG＜1.0% Wcr=15% 滚动轴承钢 W18Cr4v Wc≥1.0% Ww=18% Wcr=4% Wv＜1.0% 高速钢 4Cr13 Wc为4% Wcr为13% 不锈钢 9、按下表所列铸铁牌号填写内容 HT200 HT普通灰铸铁拼音首字母，最低抗拉强度不小于200MPa 11、碳的质量分数（含碳量）对碳钢的力学性能有什么影响？为什么？ 硬度随含碳量的增加而增加，强度随含碳量的减少而减少 碳＞0.9% C% 增加强度降低σs变小δ变大HB变小αk变大 碳＜0.9% C% 增加强度增加（……） 12、说出20钢、45钢、T12钢碳的质量分数，并比较它们在退火状态下的强度、硬度、塑性、韧度的高低 Wc=0.20% Wc=0.45% Wc=1.2% 从高至低 强度：T12 45 20 硬度：T12 45 20 塑性：20 45 T12 韧性：20 45 T12 13、灰铸铁的强度和塑性比钢差的主要原因是什么？ 灰铸铁中石墨力学性能很低 14、试述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的力学性能特点 灰铸铁抗拉强度远低于钢，塑性、韧度等于零，是一种脆性材料
机械工程材料基本知识
机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号S表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产
第一章 土木工程材料基本性质习题
第一章土木工程材料基本性质补充习题 1.某工地所用卵石的密度ρ为 2.65g/cm3，毛体积密度ρ0为2.61g/cm3,堆积密度ρ/0为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率P和间隙率P/0。 2.车厢容积为4m3的汽车，问一次可分别装载多少顿石子、烧结普通粘土砖？已知石子的是密度为2.65 g/cm3，堆积密度为1550kg/m3，烧结普通砖的密度为2.6 g/cm3，体积密度为1700 kg/m3。 3.某岩石在气干、绝干、水饱和情况下测的抗压强度分别为172、178、168MPa, 指出该岩石可否用于水下工程。 4.从室外取来一块烧结普通砖，称其质量为2700g，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g，将此砖磨细烘干后取50g，其排开水的体积由李氏密度瓶测得为18.62cm3，求此砖的含水率(W h)、吸水率(W m、W v)、体积密度（绝干）ρ0d、开口孔隙率P k及孔隙率P，并估计其抗冻性如何？（烧结普通砖实测规格为240×115×53mm) (2700-2600)/(2850-2600)=40% 5.现有甲、乙两同组成的墙体材料，密度为2.7 g/cm3。甲的绝干体积密度ρ0d为1400kg/m3，质量吸水率W m为17%；乙的吸水饱和后的体积密度ρ0sw为1862 kg/m3，体积吸水率W v为4 6.2%。试求：①甲材料的孔隙率P和体积吸水率W v？②乙材料的绝干体积密度ρ0d和
孔隙率P？③评价甲乙两材料哪种更适宜做外墙板，说明依据。 解：甲P=1―ρ0/ρ=1― 1.4/2.7=48.1%， WV= Wmρ0/ ρ水=17%×1.4/1=23.8%， PB=48.1-23.8=24.3% 乙ρ0b=mb/V0=1.862 g/cm3，WV=（mb―m）/（V0 ρ水）=（1.862―ρ0）/ ρ水=46.2%，ρ0=1.40 g/cm3，WV=PK=46.2%，P=1-1.4/2.7=48.1%，PB=P-PK=48.1-46.2=1.9%， PB甲＞PB乙，甲的保温性能好，甲宜做外墙
《工程材料基础》知识点汇总
1.工程材料按属性分为：金属材料、陶瓷材料、碳材料、高分子材料、复合材料、半导体材料、生物材料。 2.零维材料：是指亚微米级和纳米级（1—100nm）的金属或陶瓷粉末材料，如原子团簇和纳米微粒材料； 一维材料：线性纤维材料，如光导纤维； 二维材料：就是二维薄膜状材料，如金刚石薄膜、高分子分离膜； 三维材料：常见材料绝大多数都是三位材料，如一般的金属材料、陶瓷材料等； 3.工程材料的使用性能就是在服役条件下表现出的性能，包括：强度、塑性、韧性、耐磨性、耐疲劳性等力学性能，耐蚀性、耐热性等化学性能，及声、光、电、磁等功能性能；工程材料按使用性能分为：结构材料和功能材料。 4.金属材料中原子之间主要是金属键，其特点是无方向性、无饱和性； 陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键，离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性； 高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键，其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能； 半导体材料中主要是共价键和离子键，其中，离子键是无方向性的，而共价键则具有高度的方向性。 5.晶胞：是指从晶格中取出的具有整个晶体全部几何特征的最小几何单元；在三维空间中，用晶胞的三条棱边长a、b、c（晶格常数）和三条棱边的夹角α、β、γ这六个参数来描述晶胞的几何形状和大小。 6.晶体结构主要分为7个晶系、14种晶格； 7.晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[uvw]； 晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为（hkl）。 8.实际晶体的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷，其中体缺陷有气孔、裂纹、杂质和其他相。 9.实际金属结晶温度Tn总要偏低理论结晶温度T0一定的温度，结晶方可进行，该温差ΔT=T0—Tn即称为过冷度；过冷度越大，形核速度越快，形成的晶粒就越细。 10.通过向液态金属中添加某些符合非自发成核条件的元素或它们的化合物作为变质剂来细化晶粒，就叫变质处理；如钢水中常添加Ti、V、Al等来细化晶粒。 11.加工硬化是指随着塑性变形增加，金属晶格的位错密度不断增加，位错间的相互作用增强，提高了金属的塑性变形抗力，使金属的强度和硬度明显提高，塑性和韧性明显降低，也即形变强化；加工硬化是一种重要的强化手段，可以提高金属的强度并使金属在冷加工中均匀变形；但金属强度的提高往往给进一步的冷加工带来困难，必须进行退火处理，增加了成本。 12.金属学以再结晶温度区分冷加工和热加工：在再结晶温度以下进行的塑性变形加工是冷加工，在再结晶温度以上进行的塑性变形加工即热加工；热加工可以使金属中的气孔、裂纹、疏松焊合，使金属更加致密，减轻偏析，改善杂质分布，明显提高金属的力学性能。 13.再结晶是指随加热温度的提高，加工硬化现象逐渐消除的阶段；再结晶的晶粒度受加热温度和变形度的影响。 14.相:是指合金中具有相同化学成分、相同晶体结构并由界面与其他部分隔开的均匀组成部分； 合金相图是用图解的方法表示合金在极其缓慢的冷却速度下，合金状态随温度和化学成分的变化关系； 固溶体：是指在固态下，合金组元相互溶解而形成的均匀固相； 金属间化合物：是指俩组元组成合金时，产生的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新固相。 15.固溶强化：是指固溶体的晶格畸变增加了位错运动的阻力，使金属的塑性和韧性略有下降，强度和硬度随溶质原子浓度增加而略有提高的现象； 弥散强化：是指以固溶体为主的合金辅以金属间化合物弥散分布，以提高合金整体的强度、硬度和耐磨性的强化方式。 16.匀晶反应：是指两组元在液态和固态都能无限互溶，随温度的变化，形成成分均匀的液相、固相或满足杠杆定律的中间相的固溶体的反应； 共晶反应：是指由一种液态在恒温下同时结晶析出两种固相的反应； 包晶反应：是指在结晶过程先析出相进行到一定温度后，新产生的固相大多包围在已有的固相周围生成的的反应； 共析反应：一定温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另外两种固相的反应。 17.铁素体（F）：碳溶于α-Fe中形成的体心立方晶格的间隙固溶体；金相在显微镜下为多边形晶粒；铁素体强度和硬度低、塑性好，力学性能与纯铁相似，770℃以下有磁性； 奥氏体（A）:碳溶于γ-Fe中形成的面心立方晶格的间隙固溶体；金相显微镜下为规则的多边形晶粒；奥氏体强度和硬度不高，塑性好，容易压力加工，没有磁性； 渗碳体（Fe3C）：含碳量为6.69%的复杂铁碳间隙化合物；渗碳体硬度很高、强度极低、脆性非常大； 珠光体（P）：铁素体和渗碳体的共析混合物；珠光体强度较高，韧性和塑性在渗碳体和铁素体之间； 莱氏体（Ld）：奥氏体和渗碳体的共晶混合物；莱氏体中渗碳体较多，脆性大、硬度高、塑性很差。 18.包晶反应：1495℃时发生，有δ-Fe（C=0.10%）、γ-Fe（C=0.17%或0.18%，图中J点）、液相（C=0.53%或0.51%，图中B点）三相共存；δ-Fe（固体）+L（液体）=γ-Fe（固体） 共晶反应：1148℃时发生，有A（C=2.11%）、Fe3C（C=6.69%）、液相L（C=4.3%）三相共存；Ld→Ae+Fe3Cf（恒温1148℃） 共析反应：727℃时发生，有A（C=0.77%）、F（C=0.0218%）、Fe3C（C=6.69%）三相共存；As→Fp+Fe3Ck(恒温727℃)
第一章 工程材料的基本性质
第一章工程材料的基本性质 市政工程中所有材料不仅要受到各种荷载的作用，还要面临负责的自然因素的侵蚀，经 受恶劣气候的考验，因此构成市政工程的工程材料应具备良好的物理性能、力学性能、耐久 性等。本章主要研究各类工程材料所共有的基本性质，以作为研究工程材料性能的出发点和 工具。 工程材料的基本性质主要有三方面：物理性质、力学性质和化学性质。而料的这些性 质主要与其体积构成有密切联系。 物理性质主要有密度、空隙分布状态、与水有关的性质、热工性能等； 力学性质主要包括材料的立方体抗压强度、单轴抗压强度、设计中的经验指标如磨耗值、冲击值等。 化学性质主要包括材料抵抗周围环境对其化学作用的性能，如老化、腐蚀。 第一节材料的体积构成 常见的工程材料有块状的颗粒状之分，块状材料如切块、混凝土、石材等；粒状材料如各种骨科。材料的聚集状态不同，它的体积构成呈现出不同特点。 一、块状材料体积构成特点 打开石料，人们常发现在其内部，材料实体间被分布空气所占据。材料实体内部被空气占据的空间称为空隙。材料内部孔隙的数量和其分布状态对材料基本性质有重要影响。块状材料的宏观构造如图1-1所示。 块状材料在自然状况下的总体积为： V=Vs+Vo （1-1） 材料内部的孔隙分为连通孔（开口孔）和封闭空 (闭口孔) 。连通孔指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙; 封闭孔是指孔隙之间、孔隙和孔隙之间不连通的孔隙。一般而言，连通孔对材料的吸水性影响较大，而封闭孔对材料的保湿性能影响较大。 孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细孔三类。粗大孔是指其直径大于毫米级的孔隙，主要影响材料的密度、强度等性能。毛细孔是指其直径位于微米至毫米级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔是指其直径在微米以下的孔隙，因其直径微小，反面对材料的性能影响不大。
工程材料基础知识考试题
更多资料请访问.（．...．) 名词解释： 淬透性:淬透性指钢在淬火时获得M的能力,其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。 淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 相：金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相 组织:显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。组织应力：由于工件内外温差而引起的奥氏体(γ或A)向马氏体（M)转变时间不一致而产生的应力 热应力：由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力 过热:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象
过烧:由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象 回火脆性：在某些温度范围内回火时,会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性 回火稳定性:淬火钢在回火时,抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。 马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和固溶体称为马氏体。 回火马氏体：在回火时,从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。 共晶反应:恒温下,某一成分液相同时结晶出两个成分不同的固相的反应。 共析反应：一定成分的固相,某一恒温下同时分解成两个成分与结构均不相同的固相反应。本质晶粒度：表示在一定加热条件下,奥氏体晶粒长大倾向性的高低。 实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度,它直接影响钢的性能。 化学热处理:将工件置于待定介质中加热保温,使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。 表面淬火：指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下,利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 固溶强化:固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高的现象 弥散强化:倘若脆性第二相颗粒呈弥散状均匀分布在基体相上,由于第二相粒子与位错的交互作用阻碍了位错运动从而提高了合金塑性变形抗力,则可显著提高合金的强度的现象 细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬塑性和韧性的方法 热加工:凡是在材料再结晶温度以上所进行的塑性变形加工叫做热加工 冷加工：凡是在再结晶温度以下所进行的塑性变形加工叫做冷加工 冷处理:将淬火钢继续冷却到-７0～-80℃（或更低温度），并保持一段时间,使残余奥氏体在继续冷却中转变为马氏体。 调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差T0-Tn＝称过冷度。 枝晶偏析：由于固溶体结晶一般按树枝状长大,使这种晶内偏析也呈树枝状分布。 加工硬化:随着变形量增大，由于晶粒破碎和位错密度增加，晶体塑性变形能力迅速增大,强度硬度明显升高,塑形和韧性下降。 回复:冷塑性变形的金属材料在加热温度较低时,其光学显微组织发生改变前晶体内部所产生的某些变化。 再结晶：这一过程也是一个形核和核长大的过程,因其新旧晶粒的晶格类型完全相同，只是晶粒形态发生了变化,所以称之为再结晶。 二次硬化：某些铁碳合金(如高速钢)须经许多次回火后,才进一步提高其硬度。这种硬化现象为二次硬化。 退火:将钢加热至适当温度保温,然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺。 正火：亚共析钢加热到Ac3+3０~ 50℃，共析钢加热到Ac１＋3０~50℃,过共析钢加热到Accm+３0~ 50℃，保温后空冷的工艺。 淬火：淬火是将钢加热到临界点Ac1或Ａc3以上，保温后以大于临界冷却速度Ｖk冷却,使奥氏体转变为Ｍ或B下的热处理工艺。 回火:回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的工艺。 回火脆性:在某些温度范围内回火时，淬火钢会出现冲击韧度显著下降的现象。第一类回火脆性：低温回火脆,火钢在250-35０℃回火时出现的脆性。第二类回火脆性:高温回火脆，淬火钢在５00-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性。 不锈钢晶间腐蚀:晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象。它是不锈钢某一温度下加热或冷
材料科学与工程基础300道选择题答案知识分享
学习资料 第一组 材料的刚性越大，材料就越脆。F 按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，以下哪一种是错误的：D A. 正弹性模量（E） B. 切弹性模量（G） C. 体积弹性模量（G） D. 弯曲弹性模量（W） 滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性，它与下列哪个因素无关 B A 温度； B 形状和大小； C 载荷频率 高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而 A A. 上升； B. 降低； C. 不变。 金属材料的弹性模量随温度的升高而 B A. 上升； B. 降低； C. 不变。 弹性模量和泊松比?之间有一定的换算关系，以下换算关系中正确的是 D A. K=E /[3(1+2?)]； B. E=2G (1-?)； C. K=E /[3(1-?)]； D. E=3K (1-2?)； E. E=2G (1-2?)。 7.Viscoelasticity”的意义是B A 弹性；B粘弹性； C 粘性 8.均弹性摸量的表达式是A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/（△V/V） 9.金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内C GPa A.10-102、＜10，10-102 B.＜10、10-102、10-102 C.10-102、10-102、＜10 10.体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。T 11.虎克弹性体的力学特点是B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为，高分子材料则通常表现为 和。 A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下，材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex F 第二组 1.对各向同性材料，以下哪一种应变不属于应变的三种基本类型C A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 扭转； D. 均匀压缩 2.对各向同性材料，以下哪三种应变属于应变的基本类型ABD A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 弯曲； D. 均匀压缩 3.“Tension”的意义是A A 拉伸； B 剪切； C 压缩
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
工程材料基础知识要点
第一章机械零件的失效分析 一、基本要求 本章主要介绍了机械零件在常温静载下的过量变形、在静载和冲击载荷下的断裂、在交变载荷下的疲劳断裂、零件的磨损失效和腐蚀失效以及在高温下的蠕变变形和断裂失效。要求学生掌握全部内容。 二、重点内容 1零件的过量变形以及性能指标,如屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。 2零件在静载和冲击载荷下的断裂及性能指标，如冲击韧性、断裂韧性等。 3零件在交变载荷下的疲劳断裂、疲劳抗力指标及影响因素。 4零件的磨损和腐蚀失效以及防止措施。 5零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。 三、难点 断裂韧性及衡量指标，影响断裂的因素。 四、基本知识点 第一节零件在常温静载下的过量变形 1、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为 变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化。 弹性变形：外力去除后可恢复变形。 塑性变形：外力去除后不可恢复。 低碳钢，正火、退火、调质态的中碳钢或低、中碳合金钢和有些铝合金及某些高分子材料都具有图1-1所示的应力-应变行为。即在拉伸应力的作用下的变形过程分为四个阶段：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。 2、静载试验材料性能指标 刚度：零构件在受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件截面积的乘积。 强度：材料抵抗变形或者断裂的能力，屈服强度、抗拉强度、断裂强度。 弹性指标：弹性比功。 塑性指标：伸长率、断面收缩率。 硬度：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC ）、维氏硬度（HV ） 3过量变形失效 过量弹性变形抗力指标：弹性模量E 或者切变模量G 。 过量塑性变形抗力指标：比例极限、弹性极限或者屈服强度。 第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂 1、基本概念 断裂：材料在应力作用下分为两个或两个以上部分的现象。 韧性断裂：断裂前发生明显宏观塑性变形。 脆性断裂：断裂前不发生塑性变形，断裂后其断口齐平，由无数发亮的小平面组成。 2、冲击韧性及衡量指标 冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力，是材料强度和塑性的综合表现。 冲击试验与衡量指标：冲击吸收功A k 或冲击韧度a k 。工程材料的冲击吸收功通常是在室温测得，若降低试验温度，在低温下不同温度进行冲击试验（称之为低温冲击试验或系列冲击试验），可以得到冲击吸收功A k 随温度的变化曲线，如图1-3所示。 T K 为韧脆转变温度：A k -T 曲线上冲击吸收功急剧变化的温度。当试验温度低于T K 时，冲击吸收功明显降低，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。 3、断裂韧性及衡量指标 断裂韧度K IC ：是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力,单位：MPa·m 1/2或者MN·m -3/2 断裂判据：K I
工程材料相关知识(doc 6页)
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第一单元 晶体：指材料内部质点呈现规则排列的，具有一定结晶形状的固体。· 玻璃体：熔融的物质经急冷而形成的无定形体。 胶体：指以粒径为10-7 ~10 -9m的固体颗粒作为分散相，分散在连续相介质中所形成的分散体系。 表面张力：沿液体表面垂直作用于单位长度上的紧缩力。 当水滴与固体间的润湿角大于90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力，这种材料称为亲水性材料。 当水滴与固体间的润湿角小于90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的相互吸引力，则材料表面不会被水浸润，这种材料称为憎水性材料。 孔隙率：指材料孔隙体积占自然状态下总体积的百分比。 密实度：指与孔隙率对应的概念，即材料的实体体积占自然状态下总体积的百分比。 体积密度：指材料自然状态下，单位体积（包
脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质。 韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。 硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。 环境协调性：指对资源和能源消耗少、对环境污染少和循环再生利用率高的性质。 比热：单位质量的材料吸引或释放热量的能力 表观密度：单位体积（包括实体体积和闭口孔体积）的质量。 含水率：是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比. 软化系数：饱和吸水状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比。 耐热性：是指材料长期在高温作用下，不 失去使用功能的性质。 耐燃性：是指在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质，又称防火性。
2.晶体、玻璃体和胶体材料性能各有何特点？ 晶体材料大多是由大量排列规则的晶粒组成，因此，具有各向异性的性质。 玻璃体是非晶体，质点排列无规律，因此而具有各向同性。玻璃体具有化学不稳定性，即具有潜在化学活性，在一定条件下容易与其他物质发生化学反应。 胶体的分散相很小，比表面积很大。因而胶体表面能大，吸附能力很强，质点间具有很强的粘结力。凝胶结构具有固体性质，但在长期应力作用下会具有粘性液体的流动性质，这是由于胶粒表面有层吸附膜，膜层越厚，流动性越大。 11.影响材料抗渗性和抗冻性的因素有那些？ 抗渗性：孔隙率和孔隙特征、材料是亲水性还是憎水性。 抗冻性：强度、孔隙率和孔隙特征、含水率。 12.影响材料导热系数的因素有哪些？ 材料组成；微观结构；孔隙率；孔隙特征；含水率。
工程材料基础习题(刘颖版)(2)重点
工程材料基础》课程习题（一） 绪论，第一章材料的基本结构与性能 1、工程材料按照性质不同或用途不同，如何进行分类？物质组成，金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料；用途，结构材料（力学性能）、功能材料（物理或化学性能）； 2、各种结合键有何特点，其所构成的物质有何性能特点？材料的性能主要取决于哪些因素？材料性能的取决因素，材料成分（原分离子的结合键类型）、材料结构（原分离子间作用状态）、材料的微观结构；离子键，结合力较强- 熔点硬度高，热膨胀系数导热小；电荷离子排斥-较低密度；共价键，结合力很强- 高熔点硬度，低热膨胀系数及不导电性；饱和性和方向性-较低密度； 金属键，存在自由电子-导电导热性好；无方向饱和性-塑性好；较高密度；分子键，结合力弱-熔点硬度低；无方向性饱和性氢键，有方向性饱和性； 3、金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结构和性质上的主要差别是什么？结构，主要类型的结合键不同；性质，包括熔点硬度（强度）塑性（韧性）导热导电性耐热耐腐蚀性及密度热膨胀系数的区别；具体见P7,表格1-1 ; 4、何谓晶体、晶体结构、晶格、晶胞和非晶体？晶体，组成原离分子呈规则周期性排列的固体；非晶体，组成原分离子呈无规则排列的固体；晶体结构，组成晶体的原分离子在空间规则排列的方式；晶格，三维空间中视为质点的原离子按一定规则直线相连形成的三维空间格子；晶胞，晶格中代表晶体中原子排列特点和规律性的最小体积单元； 5、布拉菲点阵有多少种？描述其几何特征的参数是什么？ 晶胞各棱棱长（a,b,c）及各棱之间的夹角关系（ a B Y ）； 立方体系3、四方体系2、菱方体系1、六方体系1、正交晶系4、单斜晶系2、三斜晶系1，计14 种； 6、何谓晶面、晶面族、晶向、晶向族，如何确定晶面和晶向指数？ 晶面，晶格中原子所构成的平面；晶面族，晶面原子排列相同，仅空间向位不同的一组晶面；晶向，晶格中由原子列所构成的方向； 晶向族，原子排列相同，仅空间向位不同的一组晶向； 晶面和晶向指数的确定，P10+P11； 7、体心、面心、密排六方晶体结构有何特点？ 5、何谓单晶体和多晶体，为什么单晶体具有各向异性，而多晶体往往没有各向异性？单晶体，其组成原子按相同规律和空间取向排列的晶体；多晶体，由许多空间取向不同的单晶（晶粒）组成的晶体；晶体各向异性，沿不同晶向，晶体性能不同的现象；产生原因，不同晶面、晶向上分子或原子排列规律不同； 多晶体空间位向呈随机分布； 7、何谓点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷，他们在晶体中的存在形式有哪些？点缺陷，空位、间隙原子、置换原子；（原子移位，异类原子溶入）线缺陷，晶体中若干原子出现的有规律错排现象；刀刃位错、螺形位错、混合型位错；面缺陷，晶界、亚晶界、相界面，表面等； 8、位错的运动形式有哪些？阻碍位错运动的因素有哪些？
材料科学与工程基础知识重点
第一章 弹性比功：弹性比功又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。金属拉伸时的弹性比应力- 应变曲线上弹性变形阶段下的面积表示，等于最大弹性应力和最大弹性应变乘积之半。 滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。 循环韧性（内耗）：金属材料在交空载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的内耗。 应力状态软性系数： 冲击韧性：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击吸收能量K 表示（原标准为冲击吸收功A k）。 疲劳：金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。 疲劳极限：当循环应力水平降低到某一临界值时，低应力段变为水平线段，表明试样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，故将对应的应力称为疲劳极限 磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失、造成表面损伤的现象即为磨损。 热震断裂：由热震引起的瞬时断裂 热震损伤：在热冲击循环作用下，材料先出现开裂，随之裂纹扩展，导致材料强度降低、最终整体破坏，称为热震损伤。 退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程有哪几个阶段？ 弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形和断裂 弹性模量主要取决于什么因素，为什么它是对组织不敏感的力学性能指标？ 弹性模量主要取决于原子本性和晶格类型；因为合金化、热处理（纤维组织）、冷塑性变形等对金属材料的弹性模量的影响较小。 屈服现象及产生屈服现象的原因？ 屈服现象：外力不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形。
工程材料知识点总结(全)
第二章材料的性能 1、布氏硬度 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。 2、洛氏硬度 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 3、维氏硬度 维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。 4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。 分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。 5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。 6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。 7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 第三章金属的结构与结晶 1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。 晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。 由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。 组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。 晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。 ①体心立方晶格 晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。属于体心立方晶格的金属有铁、钼、铬等。 ②面心立方晶格 原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个） 典型金属（金、银、铝、铜等）。 ③密排六方晶格 每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。 典型金属锌等。 2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。