南工程14学期材料科学基础复习

第一章疲劳过程由三个阶段组成：（1）裂纹萌生（2）裂纹扩展3）最后断裂1.疲劳指标：疲劳极限：当应力低于一定值时试样可以经受无限周期循环而不破坏，。疲劳极限的影响因素：材料本质、零件表面强化处理、零件表面状况、载荷类型、工作温度和腐蚀介质等。强度：广义的强度是指材料在外力作用下对永久变形与断裂的抵抗能力，若将断裂看成变形的极限，则强度简称为变形的抵抗能力。刚度：材料对弹性变形的抵抗能力。弹性：材料的弹性是用来描述在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。硬度：反映材料软硬程度的一种性能指标，它表示材料表面局部区域内抵抗变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是表征材料性能的一个综合参量。韧性：材料在塑性变形和断裂前吸收变形能量的能力，它是材料强度和塑性的综合表现。第二章加工工艺：铸造锻造焊接粘结切削加工热处理1.切削加工性能：一般用切削后的表面质量（以表面粗糙度高低衡量）和刀具寿命来表示。切削加工：用刀具从毛坯上切除多余的材料，以获得符合要求的形状、尺寸、精度和表面质量的零件的工艺。影响因素：化学成分、组织、硬度、韧性、导热性和形变硬化等。2.热处理工艺性能：金属经热处理可使性能顺利改善的性质称为热处理性能。热处理是改变材料性能（使用性能和工艺性能）的主要手段，它是通过加热、保温和冷却的方法使材料在固态下的成分、组织、结构发生改变，从而获得所需性能的一种热加工工艺。衡量指标有：淬透性、淬硬性、耐回火性、回火脆性等。第三章化学键(一次键)：金属键，离子键，共价键（有饱和性和方向性）；物理键（二次键）：分子键和氢键（有）。熔点的高低代表受热材料稳定性的程度。离子键：硬度高，强度大，热膨胀系数小，脆性大共价:强度高，硬度高，脆性大，熔点高，沸点高，挥发性低；第四章根据原子（分子或离子）排列是否有序，固体材料可分为晶体和非晶体。晶体结构：晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式称为晶体结构。根据结合键类型不同晶体可分为金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。1.晶体：所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。晶体的主要特点是：①结构有序；②物理性质表现为各向异性；③有固定的熔点；④在一定条件下有规则的几何外形。2.非晶体：所谓非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。非晶体的特点是：①结构无序；②物理性质表现为各向同性；③没有固定的熔点；④热导率（导热系数）和膨胀性小；⑤在相同应力作用下，非晶体的塑性形变大；⑥组成非晶体的化学成分变化范围大。如：松香、石蜡、玻璃。一.空间点阵和晶胞空间点阵：将构成晶体的实际质点忽略抽象成纯粹的几何点，由这些几何点在三维空间作周期性的排列所形成的三位阵列称为空间点阵，其中每一个点称为阵点或结点。晶格：假设的通过原子（离子）的中心划出的空间直线形成的空间格架。晶胞：能反映晶格特征的最小组成单元称为晶胞。选取晶胞时满足条件：充分反映空间点阵对称性；尽可能多直角；体积最小。三.晶向与晶面在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比；配位数：晶格中与任一个原子相距最近且距离相等的原子数目；面心立方晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。⑶原子半径。⑷晶胞所含原子数4个原子。⑸配位数12。⑹致密度74%。体心立方晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。⑶原子半径。⑷晶胞原子数2个原子。⑸配位数8。⑹致密度68%。密排六方：⑵晶格常数⑶原子半径⑷晶胞所含原子数6个原子。⑸配位数12。⑹致密度74%。从几何形状上看，晶格中有两种间隙：八面体间隙和四面体间隙。第四节合金的相结构合金：一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。组元：组成合金的独立的、最基本的单元。中间相：当组元之间不具备形成固溶体的条件或者溶质含量超过在溶剂中的溶解度时，合金中往往会出现新相，其晶格类型和特性不同于合金中任一组员元。按溶质原子在金属溶剂晶格中的位置：置换固溶体（溶质原子代换溶剂晶格某些结点的原子）间隙固溶体（溶质原子进入溶剂晶格的间隙中）固溶强化：通过形成固溶体使强度和硬度提高金属化合物中间相分为：正常价化合物；电子化合物；间隙相和间隙化合物。第五章点缺陷的种类：空穴和自由隙电子（如果有第三种就是异类原子）位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）柏氏矢量:位错抽象成线，用位错的滑移矢量定义位错矢量。‘；位错分为刃型位错、螺型位错和混合位错三种类型。位错的运动分为滑移和攀移平衡点缺陷和过饱和点缺陷平衡点缺陷溶度：一定温度下晶体中存在一定平衡数量的点缺陷，此时点缺陷的溶度过饱和点缺陷：在某些特殊情况下晶体具有超过平衡浓度的点缺陷过饱和点缺陷获得方法：淬火法；辐照法；塑性变形。位错的增值：位错增殖：晶体在受力过程中，位错发生运动，位错数目增加，位错密度变大的过程。有弗兰克-瑞德源增值机制和双交滑移增值机制晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界。亚晶界：相邻亚晶粒之间的界面称为亚晶界。相界：具有不同结构的两相之间的分界面称为相界。按结构特点，相界面可分为共格相界、半共格相界和非共格相界三种类型。表面：固体与气体（或液体）的界面。晶界能：形成单位面积界面时系统的自由能变化。相界的分类：共格相界；半共格相界；非共格相界；材料表面行为：表面吸附，界面偏析，润湿。晶界具有的一些特性：①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。第七章扩散：物质中的原子随时进行着热振动，温度越高，振动频率越快。当某些原子具有足够高的能量时，便会离开原来的位置，跳向邻近的位置，这种由于物质中原子的微观热运动所引起的宏观迁移现象称为扩散。稳态扩散第一定律，非稳态和菲克第二定律扩散机制：1.间隙机制：直接和间接2.空位机制：空位扩散机制；柯肯达尔效应；达肯方程。需要的激活能大。3.柯肯达尔效应：在置换型固溶体中，由于两组元原子扩散速率的差异引起的标记面漂移现象。反应扩散：通过扩散使固溶体内的溶质组元超过固溶极限而不断形成新相的扩散过程，称为反应扩散。扩散的动力为：化学梯度间隙扩散激活能（Q）：D=Doexp(-Q/KT)考虑每摩尔原子的扩散激活能RTQDDexp0k为玻尔兹曼常数，R为摩尔气体常数8.341J/molK式中，D0为扩散常数，Q为扩散激活能，R为气体常数，T为热力学温度。由式上式可以看出，扩散系数D与温度呈指数关系，温度升高，扩散系数急剧增大。影响扩散的因素有哪些？①温度：温度越高，扩散速度越大；②晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数；③固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度；④晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；⑤化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。第八章相变：相与相之间的转变称为相变。组元：为确定平衡体系中组成所需要的最少数目的独立物质，称为“独立组元”，简称“组元”。自由度：在不引起旧相消失和新相形成的前提下，体系中可自由变动的独立变量的数目，称为体系在指定条件下的“自由度”。相律：对一个达成相平衡的体系来说，若影响平衡的外界因素仅为温度和压力，则相数Φ，组独立组元数C及体系自由度f三者之间存在以下制约关系：f＝C－Φ＋1共晶转变：L=α+β包晶：L+α＝β伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。离异共晶：非共晶成分的合金凝固时首先析出先共晶相，随后共晶成分的剩余液相发生共晶转变，所得组织应该是在先共晶相之间存在的共晶组织液相L：铁与碳的液溶体δ相：高温铁素体α（F）相也称铁素体γ相：奥氏体Fe3C相是一个化合物相三.相图分析——重要的点和线①J：包晶点:LB+δH=(1495度)AJ②C：共晶点：Lc=(1148度)Ae+Fe3C，含碳量为4.3％。③S：共析点：As=Fp+Fe3C，含碳量0.77％。温度727度。④ABCD液相线⑤AHJECF固相线⑥HJB水平线：包晶反应线。包晶反应仅可能在含碳量0.09-0.53%的铁碳合金中，其结果生成奥氏体；⑦ECF水平线：共晶反应线，共晶反应可在含碳量2.11-6.69%的铁碳合金中。其结果形成奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体(Ld)。CEF线为共晶线，温度1148度。⑧PSK线:共析反应线:所有含碳量超过0.0218%的铁碳合金均能发生共析反应。其结果形成铁素体和渗碳体的共析混合物，称为珠光体(P)。PSK线为共析线，温度727度，常用A1表示。第九章液态合金起伏现象：能量起伏，结构起伏，成分起伏。1晶体的生长：正温度梯度-平面状生长，负温度梯度-枝晶状生长凝固的热力学条件：过冷度。过冷度既与实际温度分布有关，又与溶质分布有关，为成分过冷。铸态宏观组织：表面细晶区，内部柱状晶区，中心等轴晶区。第十章晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶体学方向进行，我们将其称为滑移面和滑移方向。每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系滑移系个数：体心立方48（主12）面心立方12密排六方3与滑移相比孪晶有什么特点？①只是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移只集中在一些便面上；②孪生后晶体变形部分的位向关系发生了改变，而滑移后的晶体位向关系没有改变；③孪生变形是通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此孪生的临界切应力比滑移时大得多；④孪生对塑性变形的作用比滑移小得多。单滑移：只有一个滑移系上的分切应力最大并达到了临界切应力而进行的滑移。多滑移：晶体上有两个或两个以上的滑移系满足施密特定律的条件各自滑移面上的位错同时启动。细晶强韧化：晶粒细小导致强度硬度提高的同时塑性韧性也得到改善。冷塑性变形：1）晶粒沿着变形方向被拉长，变形量大时，晶粒逐渐被拉长成纤维状，就是产生纤维组织。2）产生变形织构。加工硬化：实质在于位错运动的受阻。加工硬化：金属材料经过另加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象。实际意义：1）它是一种非常重要的强化手段2）是某些工件或半成品能够拉伸或冷冲压加工成型的重要基础，有利于金属变形。3）·可提高金属零件在使用过程中的安全性。热变形：金属材料在再结晶温度以上的塑性变形。超塑性：金属及合金在某种显微组织，变形温度，和变形速度条件下表现出特别大的均匀塑性变形而不产生颈缩。第十一章化学自由能使系统总自由能降低，是相变的驱动力，界面能和应变能是相变的阻力。条幅分解：特点是新相的形成不经过形核长大，而是通过自发的成分涨落、浓度的振幅不断增加，由一种成分为的固溶体最终自发的分解成结构相同而成分不同的两种固溶体的过程。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。过冷奥氏体转变产物珠光体转变：贝氏体转变；马氏体转变热处理：退火，正火，淬火，回火。影响再结晶的主要因素有哪些？①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都