工程材料知识点总结

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1、第一章材料科学的基本知识1.1固体材料中的原子排列1.1.1晶体中的原子结合1.构成晶体的原子间结合键分为三种强键：金属键、离子键、共价键，以及在分子间存在的较弱的结合键：分子键和氢键。（金属原子间依靠金属键结合形成金属晶体，除了铋、锗、镓等亚金属为共价键结合外，绝大多金属都是金属晶体。）1.1.2晶体结构晶体中原子（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。

2、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）。致密度为0.68属于体心立方晶格的金属有（见书上，要求至少记住三个）。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）致密度为0.74典型金属（见书上，要求至少记住三个）。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（见书上，要求至少记住三个）。各向异性：晶体中不同晶向上的

3、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。1.1.3晶体中的缺陷1）点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。点缺陷的形成主要是由于原子在以各自的平衡位置为中心不停的作热振动的结果。2)线缺陷：在三维空间中两维方向尺寸较小，另一维方向的尺寸相对较大的缺陷。位错是晶格中的某处有一列或若干列原子发生了某些有规律的错排现象。位错的基本形式：刃型位错、螺型位错。提高位错密度是金属强化对重要途径之一。4）面缺陷：尺寸在一维很小，另两维较大的缺陷。常见的是：晶界和亚

4、晶界1.2凝固1）晶体的结晶自由能的减少量等于在变化过程中所研究的物质可对外界做功的能量。一个变化的自由能减少，则自发；自由能增加，则非自发。结晶的温度条件：在该温度下固态自由能<液态自由能过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷度越大，液固之间能量状态差越大，促使液体结晶的驱动力越大。驱动力达到一定值时，结晶才能进行。冷却速度越快，过冷度越大。2）非晶体的结晶非晶体是一种长程无序，短程有序的混合结构；性质上表现为各向同性。非晶体的凝固是在一个温度范围内逐渐完成的。1.2.2金属的结晶1）金属的结晶过程金属是由许多外形不规则，位向不同，大小不同的晶粒

5、组成的多晶体。金属结晶过程中，晶核形成有两种形式：一种是自发形核（均质形核），即晶体核心是从液体结构内部自发长出来的；另一种为非自发形核（异质型核），即晶核依附于金属内存在的各种固态杂质微粒而生成。2）影响形核和长大的因素及晶粒大小控制影响形核和长大的重要因素：冷却速度（或过冷度）和难熔杂质。过冷度较小时，形核率变化低于长大速度，晶核长大速度快，得粗晶粒。过冷度较大时，形核率的增长快些，得细晶粒。改变过冷度可控制结晶后晶粒的大小，过冷度可通过冷却速度来控制。冷却速度越快，过冷度越大，晶粒越细，金属的性能越好（强度、塑性、韧性）。细化晶粒是提高金属材料性能

6、的重要途径之一。（细晶强化）（1）增大过冷度1，金属型代替砂型2，增大金属型厚度3，降低金属型预热温度4，提高液态金属的冷却能力。（2）变质处理作用：1.增大形核率；2.降低长大速率。（3）附加振动法（机械振动、超声波振动、电磁振动等）。1.2.3材料的同素异构现象某些金属在固态下的晶体结构随外界条件（如温度、压力）而变化的现象。铁的同素异构转变是钢铁材料能够进行热处理的内因及根据，也是钢铁材料性能多种多样，用途广泛的主要原因之一。第二章材料的力学性能性能名称符号单位含义或获得方法应用刚度/应力比应变以防因零件过量弹性变形而失去精度弹性强度MPa试样能保

7、持纯弹性变形的最大应力屈服强度MPa产生屈服时对应的应力名义屈服强度MPa产生0.2%残余伸长的应力抗拉强度MPa在拉伸过程中所能承受的最大应力疲劳强度MPa在交变应力作用下,经无数次循环而不断的最大应力伸长率%拉断后伸长量与原长之比收缩率%缩颈处横截面积收缩量与原截面积之比冲击韧度J/cm2冲断试样后,单位截面积上所消耗的冲击功断裂韧度MPa*m1/2使裂纹尖端裂纹失稳扩大,引起脆断的应力因子布氏硬度HB无在一定压力下将直径D为的钢球压入被测金属表面,测出压坑直径后,查表得硬度值洛氏硬度HRC无在1500N压力下将120度金刚石锥体压入被测金属表面,去

8、掉主载后,直接读出硬度值洛氏硬度HRA无只是载荷为600N,其他同洛氏硬度HRB