工 程 材 料 总 结
第一章 材料的结构与性能
一 材料的性能 （一） 使用性能
1.力学性能：材料在外加载荷作用时所表现出来的性能。
（1）弹性：材料产生弹性变形（去掉外力后能恢复的变形，不能回复的为塑性变形）而不发生塑性变形或破坏的能力。
（2）塑性：材料在断裂前发生永久变形的能力。
指标①断后延伸率：（为试样断后标距，为试样原始标距）
指标②断面收缩率：（为试样断后最小横截面积，为试样原始横截面积）
（3）刚度：材料保持自身形状抵抗变形的能力。 （4）强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 分类（按外力作用方式）：
a.屈服强度（σs）：材料开始发生塑性变形时的应力值。
b.抗拉强度（σb）：材料发生变形后，在应力应变曲线中应力达到的最大值。
c.疲劳强度（σ-1）：材料承受交变载荷且应力低于一定值时，试样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。（提高方法：合理选材，细化晶粒，减少材料和零件的缺陷，降低应力集中，对零件表面强化处理）
（5）硬度：材料对局部塑性变形的抗力。
硬度指标 符号 公式 适用材料 测量方法 布氏硬度 HBW F→ 试验力，D→球直径，d→压痕直径 洛氏硬度 有色金属，铸铁，退火调制件 用一定大小的试验力F，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸按公式求出布氏硬度HB值 件，正火件，除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然后用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或规定直径HR 淬火件 的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。 维氏硬度 HV 渗氮件，渗金属件 以规定的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面，保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小 大型试件肖氏硬度 HS （机床床身，大型齿轮） 莫氏硬度 （6）韧性
a.冲击韧度（αK，单位J/m）
①定义：抵抗冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力 ②实验：摆锤式一次冲击实验，小能量多次冲击实验 ③试样类型：U型缺口试样，V型缺口试样
2
应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。 应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕 陶瓷 ④公式：面积）
（为冲击吸收能量，即试样变形和断裂所吸收的能量，S为试样缺口底部处横截面
b.断裂韧度：①定义：抵抗裂纹失稳扩展能力 ②符号：KIC
2.物理性能：密度，熔点，导热性，导电性，热膨胀性，磁性 3.化学性能：耐腐蚀性，抗氧化性 （二） 工艺性能 工艺性能 铸造性能 锻造性能（塑型加工性能） 切削加工性能 焊接性能 热处理性能
定义 液态金属能充满比较复杂的铸型型腔并获得合格铸件的性能 主要指标 铁液流动性，收缩性、偏析倾向 塑性和变形抗力 焊接处出现缺陷的倾向 材料对用锻造加工方法成形的适应能力 材料切削加工的难易程度 材料能否适应焊接加工形成的、具有一定使用性能的焊接接头的特性 材料是否适应热处理并使其性能得以改善或强韧化的性能
第二章 金属的结构与结晶
一 金属的结构
1.晶体（其原子可在三维空间呈有规则的周期性重复排列的固态物质）的基本概念 （1）空间点阵：把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵
（2）晶格：用假想的空间直线把空间点阵（由被看作质点的原子构成）连接起来构成的三维几何构架 （3）晶胞：晶格中能代表原子排列特征的最基本的几何单元 （4）晶格常数：晶胞各棱边尺寸a、b、c及各边夹角α、β、γ （5）配位数：晶格中任意一个原子相距最近且等距离的原子数目 （6）致密度：晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积之比
（7）晶体的原子排列长程有序，非晶体的排列短程有序（规则排列范围大大超过原子尺度的排列方式称为长程有序，规则排列范围仅在几个原子尺度内的排列方式称为短程有序） （8）金属键：正离子与电子气之间的静电引力 2.晶格类型 晶格类型 体心立方晶格（bcc） 面心立方晶格（fcc） 密排六方晶格 模型 晶包参数 金属 原子数 a=b=c,α=β=γ=90° 钠，钾，铬，钼，钨，钽，铌，α-Fe 2 a=b=c,α=β=γ＝90° 金，银，镍，铝，铜，铅，γ－Fe 4 a=b≠c,α=β=90°，γ=120° 镁，锌，镉，铍 6 原子半径 致密度 68％ 74％ 74％ 3.晶向：通过若干原子中心连成的许多表示不同空间方位的直线
（1）晶向指数: 晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为最小整数，称为晶向指数，表示为[uvw]，若为负值字母上方加注横线
（2）晶向族:配位原子的晶向指数组成，以其中一个的晶向指数表示为
（1）晶面指数:以某一原子为原点，过三个以上原子的平面的法向量各坐标值的最简整数比（uvw）,若为负值字母上方加注横线
（2）晶面族:性质相同的等同晶面，表示为{uvw} （3）原子数密度:该晶面单位面积上的原子数 5.金属的实际结构
（1）单晶体:晶体内部的晶格位向完全相同的晶体 （2）多晶体:由多晶粒构成的晶体 6.晶体的缺陷 缺陷类型 点缺陷 定义 三维尺度都很小、不超过几个原子直径的缺陷 具体形式 ①空位（晶格上没有原子的节点） ②间隙原子（晶格节点以外存在的原子） ③置换原子（占据晶格节点的异类原子） 位错（晶体中一列或若干列原子沿一定晶面线缺陷 二维尺度都很小而另一维尺度很大的缺陷 与晶向发生了某种有规律的错排现象） ①刃型位错 ②螺型位错 面缺陷
1.凝固的基本知识
（1）凝固:物质从液态经冷却转变为固态的过程 （2）结晶:凝固形成晶体物质的过程
（3）凝固状态的影响因素:①熔融液体的黏度η（越小越易凝固为晶体）②熔融液体的冷却速度（越慢越易凝固为晶体） 2.纯金属的结晶 （1）过冷现象
二维尺度都很大而另一维尺度很小的缺陷 ①晶界（不同位向晶粒间的过渡层） ②亚晶界（亚晶粒为晶粒的亚结构） (结晶潜热=金属散热) (理论结晶温度) (实际结晶温度)
`
（2）结晶条件： ①能量条件：过冷
②结构条件：液态金属内部极小范围内瞬时呈现的短程有序原子集团 （3）结晶过程
液态→晶核生成（形核）→晶核长大（长大）→晶核相遇→结晶 a.晶核形成方式：
①自发形核：在一定过冷度下，由液态金属内部一定尺寸的短程有序原子集团自发成为结晶核心的过程（过冷速度越大，形核率越大）。
②非自发形核：在一定过冷度下，液态金属优先依附在这些微粒表面上形成核并长大的形核过程 b.晶核的长大：棱角形成→棱角尖端处优先生长→长成枝晶 （4）晶粒大小：
a.表示方式：①单位面积的晶粒数目 ②晶粒的平均直径 b.晶粒越小，则金属材料强度越高、塑性和韧性越好 （5）形核率N：单位时间、单位体积内所产生的晶核数目 （6）长大速率G：单位时间内晶体长大的线长度
3.单晶体的塑性变形
（1）滑移变形（切应力引起的晶体塑性变形）
a.滑移表象：应力超过材料弹性极限后，晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于一部分发生滑动位移的现象
工程材料复习1-4章 - 图文
