[2020年考研]工程材料學考點歸納

1、工程材料學考點歸納填空題部分1.八大力學指標及量綱：彈性模量（E GPa）、抗拉強度（bMPa）、屈服強度（sMPa）、延伸率（%）、斷面收縮率（%）、沖擊韌度（akJ/cm2）、斷裂韌度（KCMPa?m0.5或MN ?m-1.5）、硬度（H布氏無量綱 洛氏無量綱常用 維氏MPa）2.四大強化機制：固溶強化（點）：形成固溶體（間隙置換） 位錯強化（線）：力口 工硬化，刃型，螺型 晶粒細化（面）：晶界，亞晶界 第二相強化（體）：沉淀硬化，彌 散強化3.材料五要素：成分、合成加工、結構、性質、使用效能（四要素：結構/成分，合成制備，效能，性質）4.組織內(nèi)涵：相的種類、體積分數(shù)、形貌、尺寸、分布及界

2、面5.輕金屬基本性能：Fe 7.8 1538 200GPa Al 2.7 660 70GPa Mg 1.7 649 Ti 4.5 16686.使用效能（對應力學性能）：變形（E、s、）、斷裂（b、Kc）、磨損（H）、腐蝕、老化熱導率強度R _7.熱振性能公式熱膨脹系數(shù)模量8.固溶體關鍵點：結合鍵一金屬鍵，金屬性質，導電、導熱性和塑性，在合金中作為基體相，以確保合金具有良好的塑性及韌性。影響固溶度的因素主要有：晶體結構一相似相容；原子尺寸半徑比；電負性；價電子濃度；9.中間相（金屬間化合物）關鍵點：結合鍵一金屬鍵與其它典型鍵（如離子鍵、共價鍵和分子鍵）相混合。分類：正常價化合物（電負性較強，離子

3、鍵+金屬鍵）電子化合物（電子濃度，金屬鍵）間隙化合物（受原子尺寸因素控制的中間相，原子半徑尺寸小，共價鍵+金屬鍵 鋼中的主要強化相）10.固態(tài)相變：驅動力（體系自由能差）阻力（界面能、應變能）11.鋼的型號：結構鋼（Q235、工具鋼（T10、低碳結構鋼（成型性焊接性，低碳，不能熱處理）滲碳鋼（齒輪，面硬心韌，20Cr,20CrMnTi，回火馬氏體，低溫）調(diào)質鋼（連桿曲軸，綜合機械性，40Cr,40CrNiMo，回火索氏體，高溫）彈簧鋼（高強高硬，噴丸強化，65Mn,60Si2Mn， 回火屈氏體， 中溫） 高速鋼 （刃具， 高熱硬性W18C4V）模具鋼 （9Mn2V、不銹鋼（低碳高鉻，n/8規(guī)律

4、，1Cr13,1Cr17Ti,1Cr18Ni9Ti）12.不銹鋼耐腐蝕機制：獲得均勻的單向組織， 提高合金相的電極電位，表面形成致密的鈍化膜。13.陶瓷材料組織結構：晶相（硅酸鹽、氧化物，氮化物和碳化物，決定陶瓷性能），玻璃相（粘接，填充，降低燒結溫度）氣相（性能有害，提高絕熱性、抗熱振性）。14.常用陶瓷材料：剛玉a-AI2O3莫來石3AI2O3?2SiO2氮化硅Si3N4碳化硅SiC簡答題部分1、三大材料內(nèi)涵及性能特點(Fe)Composition (wt% C)LZJ6.70金屬材料：鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金；與陶瓷及高分子材料相比，密度更大些；強韌 性更好（可承受較大變形而不斷裂），

5、延展性、金屬光澤，易加工，廣泛應用于結構件；導電導熱；不透光；部分金屬材料有磁性。Fe-1538 AI-660高分子材料：工程塑料、合成橡膠、合成纖維、膠粘劑；密度低；強度不高、塑性好，易加 工成型；不耐熱，絕緣性好，耐腐蝕。陶瓷材料：普通陶瓷、特種陶瓷、金屬陶瓷；強度高，硬而脆；導電導熱性差；耐高溫、耐腐蝕。AI2O3-2500 390GPa制粉、成型、燒結2、五大失效形式內(nèi)容及對策畸變：在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能實現(xiàn)的變化包括彈性、塑性、翹曲彈性畸變-提高高彈性模量塑性畸變-提高屈服強度斷裂：含裂紋體承載達到臨界值時，致使裂紋失穩(wěn)擴展，最終產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。類型：超載斷裂、疲勞斷裂、持久

6、蠕變斷裂、疲勞與蠕變交互作用斷裂、應力腐蝕斷裂-采用強度高、韌性好，疲勞強度高的材料磨損：相互接觸的材料表面相對運動時， 表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形， 使材料表面狀 態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。 粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、沖刷磨損、腐蝕磨損-提高硬度、表面強化處理腐蝕：金屬暴露于活性介質環(huán)境中發(fā)生的一種表面損耗，是金屬與環(huán)境介質之間發(fā)生的化學和電化學作用的結果。均勻腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等。-采用耐蝕性高的材料、 表面處理老化：高分子材料在加工、 貯存和使用過程中，經(jīng)受熱、光照、潮濕等各種環(huán)境因素的影響， 使性能下降，最后喪失使用價值的現(xiàn)象稱為老化。3、相和相圖會畫下圖所有內(nèi)容，

7、杠桿定律計算某成分下組織及相的百分比。（見材料科學基礎）Compffiition (at% C)25002000150010006附：材科基第五章相圖理論第四次課程作業(yè)答案第一題：（1）寫出在1495C、1148C、727C發(fā)生的三相反應的反應式。（2）分析含碳量1.2 wt%和3.5 wt%的鐵碳合金的平衡凝固過程及平衡組織，并畫出冷卻曲線（3）分別計算出上述兩種合金中二次滲碳體和三次滲碳體（如果有）的含量。 解：（1）三相反應式分別為：L0.530.091493 CA0.17L4.31147 CA2.11(Fe3C)6.69根據(jù)Fe-Fe3C相圖，回答下列問題:+二次滲碳體，如圖所示:(F

8、e)Composition (wt% C)0.77727 CF0.02(Fe3C)6.69組織中二次滲碳體（由奧氏體中析出的滲碳體）的百分數(shù)為:1 2 0 77 W（Fe3C）II100% 2.26%6.690.77組織中三次滲碳體（由鐵素體中析出的滲碳體）6.691.20.0218W（Fe3C）川%-6.690.02186.693.5 wt%的鐵碳合金的平衡凝固過程為：的百分數(shù)為：6.693.56.69 2.11 0.0218W(Fe3C)川%0.085%6.692.11 6.69 0.776.694、塑性變形本質：單晶體：滑移（位錯線在滑移面上沿著滑移方向的運動）孿生（在切應力作用下晶體的

9、一部分相對于另一部分沿孿生面和孿生方向發(fā)生切變的變形過程）扭折多晶體：晶粒取向差效應（相鄰晶粒位向不同阻礙位錯運動；相鄰晶粒要協(xié)調(diào)變形，保持晶體連續(xù)性）晶界的作用（晶界處原子排列紊亂，阻礙位錯的滑移，使變形抗力增大。位錯在 晶界上塞集，產(chǎn)生應力場，阻止位錯的運動，使變形抗力增大）。多相合金：兩相合金中的一相是硬而脆的金屬間化合物時，合金的塑性變形行為受到第二相的性質、數(shù)量、形狀、尺寸、分布及界面的影響。5、 回復再結晶的定義及組織性能變化：（不發(fā)生相變）回復：加熱過程中，變形金屬在新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結構和性能變化過程。（保留原形貌）顯微組織無明顯變化，宏觀殘余應力全部或大部消除（位

10、錯密度降低）。強度和硬度略有降低、塑性有所增高、電阻降低。再結晶：冷變形的金屬加熱到一定溫度后，變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也恢復到變形前的狀況的過程。（新晶核，產(chǎn)生新的等軸晶）加工硬化現(xiàn)象被消除，內(nèi)應力全部消失，性能恢復到拉長變形以前的水平。6、鋼中奧氏體形成：定義：鋼中奧氏體是碳或各種化學元素溶入丫-Fe中所形成的固溶體FCC。形成機理：奧氏體形核、奧氏體晶核長大、剩余碳化物溶解、奧氏體成分均勻化轉變動力學：碳的擴散需要時間較長。影響因素：加熱溫度 鋼中碳含量 原始組織 合金元素（強碳化物形成元素Cr、V、Mo、W等降低碳在奧氏體中的擴散系數(shù)； 非碳化物形成元素Co、Ni等增大碳

11、在奧氏體中的擴散 系數(shù)；合金元素在奧氏體中分布不均勻，擴散系數(shù)很低，比碳低34個數(shù)量級更難均勻化合金鋼的熱處理加熱溫度一般較高，保溫時間更長。）的百分數(shù)為:0.268%LdFe3CIILdP Fe3C|LdPFe3CIILd碳量3.5wt%鐵碳合金室溫下的平衡組織為低溫萊氏體組織中二次滲碳體（由奧氏體中析出的滲碳體）4.3 3.52.11 0.77 100%4.3 2.11 6.69 2.11wFe3C+珠光體+二次滲碳體。 的百分數(shù)為：8.3%組織中三次滲碳體（由鐵素體中析出的滲碳體）晶粒長大及控制：加熱溫度升高，晶粒逐漸長大。溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越粗大；奧氏體中碳含量增高，晶

12、粒長大傾向增大。未溶碳化物則阻礙晶粒長大。鈦、釩、鈮、鋯、鋁有利于得到本質細晶粒鋼。碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶界上，能阻礙 晶粒長大。7、共析分解：相的尺寸不同：按層間距大小分為：珠光體（P）、索氏體（S）和屈氏體（T）（高溫擴散性轉變成平 衡組織，即鐵素體不是過飽和的）過冷奧氏體中貧碳區(qū)（形成鐵素體胚核）和富碳區(qū)（形成滲碳體胚核）是珠光體共析分解的一個必要條件。上貝氏體（B上）下貝氏體（B下）（中溫轉變，鐵素體過飽和，鐵難擴散，碳的擴散能力 下降）始態(tài)：平衡珠光體共析鋼 終態(tài)：珠光體（650-727）、索氏體（600-650）屈氏體（550-600）上貝氏 體（350-550）下貝氏

13、體（230-350）8、馬氏體相變強化機理特征：無擴散性、亞結構（高密度位錯或細微孿晶）、表面浮凸和形狀改變、存在殘余奧氏體（高密度位錯等晶體缺陷（協(xié)作形變）導致相變阻力增大（缺陷間的交互作用）強化機理：位錯強化和晶粒細化強化（板條狀和片狀馬氏體尺寸?。?、相變強化（極高的位錯密度和層錯、大量精細孿晶、大量界面使馬氏體強化和硬化）、固溶強化（嚴重過飽和的碳的固溶體）、時效強化（碳原子偏聚形成過渡箱，產(chǎn)生第二相效果）9、 淬火鋼的回火轉變機理：馬氏體的分解、殘余奧氏體的轉變、碳化物的聚集長大、鐵素體的多邊形化?；鼗瘃R氏體：馬氏體低溫回火產(chǎn)物，由碳的過飽和a相基體與n-Fe2C（或&碳化物）

14、或碳原子偏聚團所組成；（與馬氏體相比，尺寸形貌無變化，但有部分碳化物析出，強度硬度仍然很高，韌性稍有改善，內(nèi)應力消除）回火屈氏體：馬氏體中溫回火產(chǎn)物，已發(fā)生回復的鐵素體基體與極為細小的B-碳化物所組成；（與屈氏體相比，不同點為，鐵素體不再過飽和，馬氏體形貌不變，但強度進一步降低， 可能有下貝氏體出現(xiàn)。主要為晶粒細化強化）回火索氏體：馬氏體高溫回火產(chǎn)物，鐵素體基體上彌散均勻分布著較大顆粒狀的B-碳化物或特殊碳化物所組成。（與索氏體差異，鐵素體再結晶形成，由板條狀多邊形化，強度硬度 進一步降低，但斷面收縮率和伸長率增加）。10、 鋁合金時效強化：變形鋁合金（不可熱處理，可熱處理），鑄造鋁合金。步驟

15、：固溶（合金加熱到a相區(qū)，保溫獲得單相a固溶體，迅速水冷，在室溫得到過飽和的a固溶體）一脫溶（固溶處理的過飽和a固溶體不穩(wěn)定，有分解出強化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，強度和硬度會明顯升高） 一時效（自然時效 人工時效 固溶體中溶質的溶解度必須隨 溫度的降低而顯著降低。第二相強化原理，析出電子化合物，保持共格或半共格狀態(tài)，產(chǎn)生錯配度，導致固溶強化的彌散效果。）階次規(guī)律：過飽和基體一GP區(qū)一介穩(wěn)相一平衡相G.P（plate）0 （plate0 B（CuAI2）11、 鋼的淬火：鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間后快速冷卻獲得馬氏體的熱處理工藝稱為淬火。鋼淬火時形成馬氏體的能力叫做鋼的淬透性。影響淬透性

16、的因素：碳含量（共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好）合金元素（除鈷以外， 合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使C曲線右移，淬透性提高）奧氏體化溫度（提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性）非金屬夾雜物（降低淬透性）鋼淬火后能夠達到的最高硬度叫鋼的淬硬性。淬硬性主要決定于馬氏體的碳質量分數(shù)。12、 鋼的合金化原理：（1）合金元素在鋼中的存在方式：溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，形成間隙或置換固溶 體，形成碳化物與氮化物，形成金屬間化合物，形成非金屬夾雜物。（2） 合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響：擴大丫相區(qū)的元素（稱為奧氏體形

17、成元素Ni、Mn、Co、C、N、Cu、Zn、Al）和縮小丫相區(qū)的元素（稱為鐵素體形成元素Si、Cr、P、V、Al、Be）（3）對奧氏體形成的影響：強碳化物形成元素與碳生成的碳化物更穩(wěn)定，鋼加熱轉變時碳 化物的分解溫度更高，顯著阻礙碳的擴散，故大大減慢奧氏體的形成速度。（4）對奧氏體等溫轉變影響：均勻化過程，合金元素擴散較間隙原子C慢得多，故對合金鋼應采用較高的加熱溫度和較長的保溫時間。（5）對奧氏體晶粒大小的影響：強碳化物形成元素V、Ti、Nb、Zr等因形成的碳化物在高 溫下較穩(wěn)定，不易分解，難以溶于奧氏體中，能阻礙奧氏體晶界外移，顯著細化晶粒。（6） 對過冷奧氏體轉變動力學的影響：C曲線右移，抑制奧氏體向珠光體的轉變，提高淬 透性。（7） 對馬氏體轉變的影響：增加相變阻力，故影響馬氏體相變點Ms和Mf;降低！影響殘 余奧氏體量；增加！產(chǎn)生馬氏體組織的精細結構；增加形成孿晶馬氏體的傾向。（8）對淬火鋼回火轉變的影響：提高鋼的回火穩(wěn)定性（鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能 力），使回火過程各個階段