材料工程基礎(chǔ)考試重要知識點

材料工程基礎(chǔ)考試重要知識點TOC\o"1-2"\h\z\u材料工程基礎(chǔ)考試重要知識點 1第一章、材料的性能及應用 2第二章、原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵 4第三章、晶體結(jié)構(gòu) 4第四章、晶體缺陷 7第五章、固體材料中原子的擴散 8第六章、相平衡與相圖原理 9第七章、材料的凝固 10第八章、材料的變形與回復再結(jié)晶 12第一章、材料的性能及應用1、常用的力學性能：

σs（屈服點和屈服強度）：在外力作用下，材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的極限應力值即為屈服點σS。

σb（抗拉強度）：材料在受力過程中，所能承受的最大載荷Fb時所對應的應力值。

σe（彈性極限）：是指在完全卸載后不出現(xiàn)任何明顯的微量塑性變形的極限應力值。

σp（比例極限）：在彈性形變階段，應力與應變關(guān)系完全符合胡克定律的極限應力。

彈性模量E及其主要影響因素：

1、原子結(jié)構(gòu)的影響；2、溫度的影響；3、變形的影響；4、合金元素的影響。

剛度：材料對彈性變形的抵抗能力。

強度：材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。

塑性：指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。

硬度：是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。

塑性指標的意義：

塑性指標有伸長率和斷面收縮率

1、消減應力峰、緩和應力集中，防止零件出現(xiàn)未能預測的早期破壞；

2、遭受不可避免的偶然過載時，發(fā)生塑性變形和隨之而引起的形變強化可保證零件的安全以避免斷裂，即具有抵抗過載的能力；

3、零件遭受意外過載時，零件可以發(fā)生塑性變形過渡而不至于發(fā)生突然斷裂，即使最終要斷裂，但在此之前也要吸收大量的能量（即塑性變形功）；

4、材料具有一定塑性可保證某些成形工藝和修復工藝的順利進行；

5、塑性指標還能反映材料的冶金質(zhì)量的好壞。

不同材料所適用的硬度（HB、HR、HV）測量方法：

布氏硬度：優(yōu)點：測量誤差小；缺點：壓痕面積大。

洛氏硬度：優(yōu)點：壓痕小，操作簡潔，缺點：數(shù)據(jù)分散度大。

維氏硬度：可采用統(tǒng)一的硬度指標，測量從很軟到很硬的材料的硬度，但測量麻煩。第二章、原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵1、結(jié)合鍵的類型(主要為金屬鍵、離子鍵、共價鍵)及其主要特點，它們對材料性能的主要影響

金屬鍵：沒有飽和性和方向性。

具有良好的導電性、導熱性、塑性、與金屬之間能夠互相溶解的能力

離子鍵：無方向性，無飽和性；鍵能最高，結(jié)合力很大。

硬度高，熔沸點高；熔融或水溶后能導電；脆性大。

共價鍵：具有明顯的飽和性和方向性。

硬度高、熔沸點高、導電性能差。第三章、晶體結(jié)構(gòu)1、晶面與晶向的標注和識別：P592、BCC、FCC、HCP：

BCC（體心立方晶胞原子個數(shù)為2，原子半徑為r=3α/4，配位數(shù)CN為8，致密度為0.68）

FCC（面心立方晶胞原子個數(shù)為4，原子半徑為r=2α/4，配位數(shù)CN為12，,致密度公式）

HCP（密排六方晶胞原子個數(shù)為6，配位數(shù)CN為12，致密度為0.74，其軸比c/a=1.633）3、相、固溶體、中間相、固溶強化、中間相：

相：是指合金中具有同一化學成分，同一聚集狀態(tài)，同一結(jié)構(gòu)且以界面互相分開的各個均勻的組成部分。

固溶體：是溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相

中間相：是當組元之間不具備形成固溶體的條件或溶質(zhì)含量超過在溶劑中的溶解度時，合金中往往會出現(xiàn)新相，其晶格類型和特性不同于合金中任一組元，這種新相稱為中間相。

固溶強化：由于溶質(zhì)元素的溶入使固溶體強度和硬度升高的現(xiàn)象。

固溶體的分類：

按溶質(zhì)原子在金屬溶劑晶格中的位置：置換固溶體和間隙固溶體；

金屬溶劑中的溶解度：有限固溶體和無限固溶體；

金屬溶劑中的相對分布情況：有序固溶體和無序固溶體；

（間隙固溶體一定是有限固溶體并且一定是無序的，無限固溶體一定是置換固溶體）

中間相的分類：

正常價化合物

電子化合物

間隙相和間隙化合物：熔點高、硬度高、脆性大。

固溶體和中間相的主要區(qū)別：固溶體最大特點是保留原有溶劑組元的晶體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分為置換和間隙固溶體兩類；中間相的晶體結(jié)構(gòu)與任何組元均不相同，它是一種新相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體成為二次固溶體。固溶體與溶劑有相同的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)稍有變化；而中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同于此相中的任一組員第四章、晶體缺陷1、晶體缺陷的分類及特點：

1、點缺陷：空位、間隙原子、異類原子。

2、線缺陷

3、面缺陷

位錯的含義分類及特點：

位錯：晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。

位錯分為：刃型位錯、螺型位錯、混合位錯。

位錯（及點缺陷）密度的變化對材料性能（主要是力學性能）的影響：

在外力的作用下，金屬材料的變形量增大，晶粒破碎和位錯密度增加，導致金屬的塑性變形抗力迅速增加，對材料的力學性能影響是：

硬度和強度顯著升高；塑性和韌性下降，產(chǎn)生所謂的“加工硬化”現(xiàn)象。

位錯密度：單位體積內(nèi)，位錯線的總長度。2、晶界原子排列的特點及其分類：

根據(jù)相鄰晶粒之間位向差的大小，晶界可分為：小角度晶界、大角度晶界。

晶界的特性：

1、晶界處原子排列不規(guī)則；2、晶界具有較高的動能；3、晶界更易腐蝕。

相界的分類：共格相界、半共格相界、非共格相界。

潤濕：附著潤濕（沾濕）、浸漬潤濕（浸潤）、鋪展。第五章、固體材料中原子的擴散1、Fick第一定律的含義：

在一個擴散系統(tǒng)中，若任一點的濃度不隨時間而變化，即任一時刻流入和流出該系統(tǒng)中任一體積元的物質(zhì)量相等，稱之為穩(wěn)態(tài)擴散。

非穩(wěn)態(tài)擴散的誤差函數(shù)解的應用計算：P124

2、擴散的機制：間隙機制、空位機制、換位機制。

影響擴散的主要因素：溫度的影響、原子鍵合力的影響、固溶體類型的影響、晶體結(jié)構(gòu)的影響、化學成分的影響、晶體缺陷的影響。

以及在工業(yè)上的應用（如：工業(yè)滲碳為何在奧氏體狀態(tài)下進行）：

因為當溫度升高至奧氏體溫度范圍內(nèi)后，奧氏體對碳元素具有更大溶解度。只有在奧氏體區(qū)域，鐵中碳的溫度才可能有很大范圍的變動，碳的擴散才能再單向的奧氏體中進行

第六章、相平衡與相圖原理1、Gibbs相律含義：

相律是描述平衡體系中可以平衡共存的相的數(shù)量、獨立組元的數(shù)量及影響體系平衡狀態(tài)的外界和內(nèi)部因素與體系自由度之間關(guān)系的數(shù)學表達式。即：

二元勻晶相圖、共晶相圖分析；

杠桿定律的應用計算；

相圖與合金使用性（強度、硬度）的關(guān)系：

形成固溶體的合金其強度、硬度隨成分按拋物線狀變化；

形成兩相機械混合物的共晶系合金，其性能則是兩組成相的加權(quán)平均值，即性能與成分呈線性關(guān)系，其強度、硬度均有所提高；

形成穩(wěn)定化合物（中間相）時，其性能具有硬而脆的特點。

相圖與工藝性（鑄造）的關(guān)系：合金的流動性與凝固溫度范圍有很大的關(guān)系。凝固溫度范圍小，流動性好；隨凝固溫度范圍增大，流動性降低。由于共晶合金或純金屬的熔點較低，且是恒溫轉(zhuǎn)變，所以流動性好，凝固后易形成集中縮孔，致密度高，故鑄造合金宜選擇共晶成分或接近共晶成分。2、鐵碳相圖（簡化版）及其標注上面主要的成分點和溫度及相；

不同含碳量的合金從高溫到室溫下組織的變化，

利用杠桿定律計算組織組成物和相組成物的含量（主要針對C%<2.11%的合金，即鋼）第七章、材料的凝固1、液態(tài)合金結(jié)構(gòu)的特點:存在起伏現(xiàn)象：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。

過冷度及其與冷卻速率的關(guān)系

?GV=-Lm(Tm-T)Tm=-Lm?TTm

式中，2、晶體形核及長大的主要方式以及它們的特點:

晶體的形核有兩種形式：均質(zhì)形核與非均質(zhì)形核。

均質(zhì)形核：晶核是通過結(jié)構(gòu)（相）起伏，由液相中“近程有序”的原子集團直接形成的。

非均質(zhì)形核：晶核是通過依附于液相中的雜質(zhì)或外來質(zhì)點的表面作為基底而形成的。

3、晶體生長形態(tài)分類及主要原因:

1、平面狀生長：液-固界面前沿液相內(nèi)溫度分布始終呈現(xiàn)正的溫度梯度。

2、枝晶狀生長：液-固界面前沿液相內(nèi)溫度分布呈負的溫度梯度。

3、胞狀生長

4、等軸枝晶狀生長

溶質(zhì)分配系數(shù)：

溶質(zhì)再分配：合金材料凝固時，溶質(zhì)要發(fā)生重新分布，這不僅會形成宏觀和微觀偏析，而且會對晶體的生長形態(tài)產(chǎn)生影響。

溶質(zhì)再分配系數(shù)k的定義是：凝固過程中固-液界面處固相溶質(zhì)含量CS*與液相溶質(zhì)含量CL*之比，即k=CS*CL*

成分過冷：過冷度既與實際溫度分布有關(guān)，又與溶質(zhì)分布有關(guān)，此即“成分過冷”4、凝固中晶粒尺寸的控制：控制晶粒尺寸的主要途徑有：提高冷卻速率、孕育處理、振動處理。

鑄態(tài)宏觀組織：由三個區(qū)組成：表層細晶區(qū)、內(nèi)部柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。

常見偏析（宏觀偏析：正偏析、密度偏析；微觀偏析：枝晶偏析）的特點及主要原因。第八章、材料的變形與回復再結(jié)晶1、塑性變形的機制（主要方式）：滑移、孿生、扭折。

滑移與孿生的主要區(qū)別點：

孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻的切變，而滑移只集中在一些晶面上；

孿生后晶體變形部分的位向關(guān)系發(fā)生了改變，而滑移后晶體的位向關(guān)系并未改變；

孿生變形是通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應力集中區(qū)，因此孿生的臨界切應力比滑移時大得多；

孿生對塑性變形的作用比滑移小得多。

滑移的實質(zhì)（位錯的運動）2、Schmid定律的含義：當σ=σS=F/A，τ=τk，則：

τk=σScos?cosλ

當在滑移面的滑移方向上的分切應力達到臨界分切應力時，晶體開始屈服，此時σ=σS

臨界分切應力：開始滑移所需的最小分切應力。

單滑移：指只有一個滑移系上的分切應力最大并達到了臨界分切應力而進行的滑移。

多滑移：指晶體上有兩個或兩個以上的滑移系滿足施密特定律的條件，各自滑移面上位錯同時啟動。

3、多晶體塑性變形的主要特點

=1\*GB2⑴各晶粒變形的不同步性；=2\*GB2⑵各晶粒變形的不均勻性；=3\*GB2⑶各晶粒變形的協(xié)調(diào)性；

加工強化：隨塑性變形程度的增加，材料的強度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降。

彌散強化：當金屬化合物呈細小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強度、硬度和耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強化。

細晶強化：通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化

產(chǎn)生強化的主要原因：在相同的外力作用下，晶粒越細小，各個晶粒變形越均勻，應力集中的幾率較小，裂紋不易萌生和擴展，在斷裂前可承受較大的變形量，故室溫下常利用細晶強化來提高材料的強韌性，稱為細晶強韌化。4、冷加工后金屬力學性能上的主要變化：隨塑性變形程度的增加，材料的強度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降。5、回復、再結(jié)晶：

回復：是指冷塑性變形金屬加熱時，尚在發(fā)生光學顯微組織變化前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)與性能變化的過程。

再結(jié)晶：是指無畸變的等軸新晶粒逐漸取代變形晶粒的過程。

回復、再結(jié)晶后對力學性能的主要影響：回復過程中力學性能變化不大；再結(jié)晶后金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性得以回升。

影響再結(jié)晶的因素：

1、溫度2、變形程度3、微量溶質(zhì)原子4、原始晶粒大小5、第二相粒子

熱加工與冷加工的區(qū)別標準：

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