钢铁材料学基础 - 讲稿 Rev. A

渗碳钢

要求：渗碳后表面获得高强度、高硬度、高耐磨性，心部获得适当强度和韧性，因此必须选用低碳钢、低碳合金钢

一般碳含量在0.10-0.30%之间，由于渗碳温度在920℃以上，保温时间长，应选择本质细晶粒钢

本质细晶粒钢：5-8级晶粒度，930℃以下A晶粒生长缓慢，晶粒细小，继续高温，A晶粒急剧长大，这种钢称为本质细晶粒钢

本质粗晶粒钢: 1-4级晶粒度，钢加热到临界点后，温度↑，A晶粒迅速长大粗大化

渗碳钢选材考虑几点：

1）化学成分控制C、合金元素含量影响渗碳能力

- 含C量高低会影响心部强度高低、渗碳速度的快慢

- 合金元素Cr,W,Mo易形成合金碳化物，提高C在A中扩散激活能，同时使晶格结合力增加，从而减小C扩散系数；还提高表面碳浓度和含碳梯度，使渗碳层深度减小；

Cr,W,Mo虽能降低C在A中扩散速度，但缺能提高表面起始C浓度，仍可增加CHD深度- 合金元素Ni,Co非碳化物形成元素，与C结合力弱，降低表面起始C浓度，降低CHD 深度

2）末端淬透性试验

考虑2点：硬度和变形

钢材经锻造、正火、热处理后表面和心部硬度的高低

每批钢材的末端淬透性离散度关系到产品的变形

在制定末端淬透性范围时，要考虑产品强度要求和供货离散度，公差带和离散度越小越好

3）奥氏体晶粒度测定

主要考虑一点：长时间加热后A晶粒长大倾向，将影响到锻造、热处理后的显微组织和变形程度

4）显微组织及其他因素

夹杂物

魏氏组织（一种过热组织）

----------渗碳原理，见PPT-----------

渗碳组织：缓冷得到的是平衡态，为了获得表面高硬度和心部低硬度的基体组织，需要进行渗碳淬火处理

1）渗碳后的组织含碳量从表面到心部逐渐降低，表层>0.8%,次表面0.8%, 过渡区<0.8%，主要是二次渗碳体+片P，心部P+F

2）渗碳+1次淬火：

工艺1渗碳+直接淬火：渗碳后在渗碳温度下或调低至适当温度直接淬入淬火介质，获得较粗针马氏体、较多残奥25-35%,甚至更高，因此直接淬火硬度偏低

防开裂：立即回火150-180℃，改善、消除内应力

*直接淬火：温度过低会造成过量碳化物+心部铁素体F；过高变形大，因此适用于尺寸精度低、小的零件

工艺2渗碳+空冷（细晶）+再加热淬火（消除二次Fe3C）：淬火温度和保温时间，根据渗碳后二次渗碳体的形状和数量来决定，温度↑时间↑有效消除二次渗碳体

渗碳+空冷+正火（细晶，消除大的Fe3C）+再加热淬火：有效消除二次渗碳体

防开裂：立即回火150-180℃，改善、消除内应力

4）渗碳+2次淬火：在1次淬火后进行，要先

防开裂：立即回火150-180℃X 10Hr左右，改善、消除内应力，防止H脆，大壁厚要进行650℃回火

2次淬火：在A1+50℃左右的低温下淬火（一般780-840℃），获得表层的球状碳化物+铁素体α，降低马氏体含碳量，减少残奥γR，提高硬度

*2次淬火：较低的淬火温度，因为在再加热升温中550-650℃，表层为globular carbide + 铁素体α，为了保留残存的球状碳化物进行淬火，

就需要降低淬火温度，使得马氏体中碳含量变少，残奥γR减少，硬度提高。适用于大壁厚、残奥多、尺寸精度要求高的零件

渗碳优点：

1. 渗碳表层残奥γR<15%，柔软起到缓冲作用，特别是在异物混入的润滑条件下，防止表面起点型剥落

2. 渗碳心部残奥γR几乎为零，尺寸稳定性好

3. 渗碳表层残留压应力，提高疲劳强度

渗碳缺点：

1. 内部开裂风险：硬化层的过渡区，沿着深度方向有拉应力，并且由于渗碳气氛中H的侵入，有H脆风险（对策：立即回火）

2. 内部晶间氧化：渗碳气氛中带来微量O，在表面微米处与Cr,Mn等发生氧化，阻碍淬火，在淬火后析出极细珠光体（托氏体），降低疲劳寿命。

（对策：一般要求max 13um，20CrMnTi最容易发生晶间内氧化；真空渗碳没有内氧化）

3. 研磨裂纹：残奥较高时，在磨削加工中残奥->马氏体转变，产生磨削裂纹

4. 研磨生锈：研磨堆积后在端面生锈，这是因为热处理时气氛中带入的氢H侵入材料，不能充分去除，在研磨时与研磨液、防锈油中的的硫S反应生成H2S。

（对策：热处理充分去氢、研磨后不重叠堆积保存）

渗碳淬回火后的心部组织：心部组织根据钢材淬透性、工件截面大小获得各种组织：板条低碳马氏体、贝氏体、托氏体、索氏体、铁素体等等混合组织

板条低碳马氏体性能最后，33-48HRC

冷却不足：细小条状铁素体F

加热不足：部分F未溶残留大块状分布的铁素体，心部硬度降低

这些都与钢材淬透性有关，只要心部硬度符合要求，组织不受限制

渗碳层深度的计算方法：

1. 金相法

2. 有效硬化层测定：国际通用的测定渗碳层、碳氮共渗层、高频感应淬火淬硬层深度的一种方法

从零件表面到维氏硬度值为550HV的垂直距离，参考EN10328，DIN50190

真空渗碳法，在1Kpa以下（0.2～0.3Kpa），将乙炔(C2H2)脉冲送入炉内，进行交互式反复地渗碳、扩散。根据装入产品的表面积来设定脉冲的时间，

能够得到所设定的目标碳浓度。在真空渗碳中可进行高碳渗碳，析出细微的渗碳体，是以提高耐磨性和改善疲劳强度为目的的方法，适用于模具等的

热处理。通过进一步的氮化，能够期待改善高温疲劳强度、耐烧结性等

工具钢

通常需要淬火加二次甚至多次回火，因为合金含量一旦增加后，碳化物形成元素Cr，Mo, v, W等容易生成大块碳化物和多的残奥，必须通过回火降低脆性。

可锻性

比值越大，证明变形程度越大，对内部材料组织影响越大，使得内部铸态组织破碎，组织细化，提高热处理时候的强化相

冷锻：一般总体温度都不高，几十度

热锻：加热-出炉-空气中锻造

等温锻：要求零件温度、环境温度、模具温度都一样，一般有专门设备，自带加热，保证了锻件从出炉到成型温度一致，这样得到的锻件组织更细化，晶粒度

等级更高。

*等温锻的作用

1.有些对温度敏感的材料或过热，热锻后容易形成粗晶组织，此时可选择等温锻。

如果条件不允许，可以把模具和零件一起加热，这样就是热模锻，相对来说好一点。

2.等温锻因为温度恒定，所以材料的流动性好，变形阻力相对小，适合一些难变形材料

*冷锻起2个作用

1.继续破碎内部晶体组织，获得细化组织

2.通过冷锻释放零件内部70-85%残余应力，对热处理变形有帮助

锻造温度一般高于再结晶温度，超过了固溶温度

锻后冷却方式：快慢得到不同的组织（相）

1.空冷快，粗晶

2.缓冷慢

锻造多为碳素钢和不锈钢，工具钢少，因为合金元素过多，容易形成偏析和受热不均匀

比如，高温合金、16Co合金、20超高强度钢

先加热到一个低温，再加热到高温才开始锻造，防止开裂

Ti合金：1000多度锻造，魏氏组织特别多，性能不合格

产生魏氏组织后可通过低温锻造，大锻造比，提高变形量来消除，使得热处理能获得的热处理强化相就越多，对材料性能提高有很大帮助

铸锭挤压

1. 铸锭直接挤压

2. 铸锭直接锻造然后获得棒材

区别？？

“铸造比锻造差”的观念已过时，今天已是“以铸代锻”的时代

可切削性

碳含量过高过低都不易切削，但可通过改变刀具的几何角度来达到

低碳钢：切削热，粘刀，表面粗糙度差

高碳钢：渗碳体多，硬度高，磨损刀具

中碳钢：铁素体和渗碳体比例适当，硬度、塑性适中，240HB最佳切削性

奥氏体导热性差，切削热不被工件吸收而集中在刀刃附近，降低刀具寿命

晶粒度不显著影响Hardness，但粗晶粒韧性差，易切断

亚共析钢：铁素体+片P，切削性好

过共析钢：二次渗碳体—+粒P，切削性好

过共析钢：二次渗碳体+片P，切削性差

可焊接性

碳氮共渗: 金相组织

1.黑色组织类型: 4% Nital浅腐蚀

1)内氧化: 为了增加钢的淬透性而加入少量Mn、Cr、Si等合金元素,在炉内碳势、氮势偏低而氧势偏高下，钢的氧化倾向性大，发生

表面合金的氧化。由于内氧化，在氧化物与合金，晶界氧化物与晶粒内出现重新分配，使氧化物中的合金元素富化，沿晶界析出而

形成表层的内氧化组织

2）带状黑色组织：浅腐蚀后在工件表面呈深灰褐色连续状分布，硬度一般低于基体，低于45HRC。这是由于碳氮共渗冷却后，再在中性

盐浴炉加热淬火所形成的带状黑色组织，一般为托氏体。渗碳直接淬火也会出现这类组织3）网状黑色组织：浅腐蚀后在工件表面呈黑色网状分布，易在槽部、齿轮齿根部出现，严

重会影响表面硬度及耐磨性，同时降低抗弯

曲疲劳强度。分布比较均匀下，工件表面硬度和基体马氏体相似，经台架试验没有显著影响。

4）带状+网状混合组织：浅腐蚀后表面呈黑带分布，次层出现严重黑色网状分布，最深分布可达0.3mm,硬度大大低于基体, 低于45HRC,

严重影响寿命

原因:

I:冷却速度和几何形状:齿角<齿面<齿根(最严重)

II:碳氮共渗介质和碳、氮含量、气氛含水量：介质中氮含量越高，黑色组织越严重，呈网状，往往出现在碳氮共渗直接淬火

III：共渗温度：温度过低，煤油裂解不完全，炉气回复缓慢，加剧合金元素氧化，同时低温对表面含氮量有利，但容易产生黑色组织

温度过低，出炉动作稍慢都会产生黑色组织，且使得零件表面积聚多量的氮、碳，形成又大又多密集分布的碳氮化合物

IV：合金元素：Mn,Cr,Si氧化倾向性大,特别是Mn沿晶界聚集使奥氏体稳定性下降,有利于黑色组织形成,Mo可以使钢在共渗中形成黑色组织倾向性减少

2.白亮层: 一般为0.01mm左右

共渗温度越高, 渗入齿表面含氮量越少

共渗温度越低, 表面碳氮化合物块状越大, 分布由疏到密,白亮层也增厚

所以选择适当的共渗温度和碳氮浓度,能够避免产生白亮层

3. 碳氮化合物分布及形成原因

谈氮共渗+直接淬火[C][N]浓度较高下, 出现壳状、偏析状、网络状、粗大断续网络状碳氮化合物，会降低冲击韧度，出现早起点蚀、剥落

1)壳状：

沿齿轮表面(几何外形)的白亮碳氮化合物->次层中粗断续网状碳氮化合物->较粗大含N 马氏体+较多量残奥

2)粗断网络状：

表面呈大块状、粗大断续网状->次层中粗网状->较粗大含N马氏体及较多残奥

3)粗大网络状：

较大块状、粗网状碳氮化合物聚集于齿顶角，因为齿顶角与气氛接触面较大，次层是断续网状碳氮化合物，含N马氏体+较多残奥。齿面则少见

4）偏析：

表面网状化合物呈団絮状不均匀分布->含N马氏体+残奥

壳状、粗大断续网络密集状、粗网络状、偏析等四种碳氮化合物，主要由于表面C、N浓度高，保温偏低，使化合物在表面聚集，从大块

分布、从稀疏到致密形成的四种形态。实践是当表面N%低于0.2%，一般不易产生上述四种；当N%高于0.2%，则容易产生，尤其偏析。

*通氨工艺，表面N%一般在0.25%以上

*对策：提高保温温度、减少保温时间，严格控制氨气通入量和炉内碳势，合理选择表面C、N含量。三乙醇胺碳氮共渗直接淬火可以避免。

5）细点断续网络状表层为细小点状碳氮化合物呈断续网络分布->次层含N马氏体+残奥-->一般容易产生裂纹,沿网络状扩展

6) 细网络状表面析出的细网络状碳氮化合物为主-->次层含N马氏体+残奥

*形成原因是由于出炉前降温保温温度是否及时有关,温度越低,时间越长,越容易在晶界间析出细小碳氮化合物;出炉操作时空冷时间越长,

也能析出

*对策: 合理选用降温温度、保温时间，出炉快冷可以避免

4. 残奥

氮元素的渗入是奥氏体趋于稳定，N对Ms点有很大影响，使Ms点下降，淬火后残奥增多，特别对直接淬火

残奥多但表面无擦伤拉毛现象的, 则对表面接触疲劳和弯曲疲劳影响不大

----------比较---------------

碳氮共渗层强度VS. 渗碳层强度

1）一般认为碳氮共渗层强度高于渗碳层强度, 因为N元素固溶于残奥与马氏体中, 提高了渗层强化作用的结果。所以，淬火的残奥量增加

而强度不低，是由于奥氏体中C、N元素和合金元素增加，致使马氏体畸变增大，促使强度提高的结果。

2）在较大负荷下，残奥可转变为马氏体，增大表面残留压应力，有利于疲劳寿命提高。而残奥存在于高硬度马氏体中，在受到外力下，残奥

容易发生范性滑移（塑性滑移），从而缓和应力集中，减弱产生疲劳裂纹的可能性和传播速率，有效阻滞裂纹伸展能力。

3）一定量的残奥能改善断裂韧度，因此碳氮共渗直接淬火工艺的残奥量可比渗碳工艺放款一些。过多，则硬度下降，磨削裂纹（磨削过热

残奥转变马氏体）；冰冷处理可降低渗层残奥量，但要及时冷处理+回火，防止开裂，同时缺点是工件冷脆性增大，崩角。

*对策：预冷到AC3左右，保温一定时间，可减少残奥量；在AC3以下保温，时间越长，残奥越少。

*NOTE：同工艺下，C、N含量越高，残奥越多；渗层厚的比渗层薄的残奥多；共渗阶段保温时间越长、淬火温高，残奥增多；因此一般碳氮

共渗层比渗碳层可减薄20%，达到减少残奥。

4）原材料晶粒度大小，粗晶粒导致残奥及马氏体粗大

--------比较END-------------

5. 心部组织

心部组织影响到硬化层抗剥落性和齿根弯曲疲劳性能，心部铁素体较多，心部硬度下降，会直接影响强度和寿命；铁素体含量决定于

淬火前预冷到AC3以下的温度和保温时间，温度越低，保温时间越长，淬火时越易产生块状铁素体。若原材料带状铁素体严重，则容易在

淬火后出现心部铁素体。因此预冷温度和保温时间根据具体齿轮模数大小定，小模数--温度提高，缩短时间‘大模数--温度不应过低

6.氢脆剥落

共渗气氛中H体积分数达60-80%，H容易渗入钢种，特别在尖端处容易聚集，致使该处剥落，放置越久，尖端剥落越严重（延迟破坏）

表现形式：沿尖端处呈片状脱落，严重则呈鱼眼状剥落

因为尖端处比其他部位更容易富集氢，H越多，裂纹扩展越快

-------比较-------------

一般认为碳氮共渗比渗碳更容易产生氢脆断裂，这是由于表面淬火时氮含量显著提高，耐回火性增强，残奥增多，若采用一般的回火工艺

会使回火不足，显微组织转化不完全，尖端应力分布复杂，在喷丸中，尖角处的残奥在外力下转变为马氏体，但马氏体不能把大部分氢

保留在固溶体中，从而使氢突然释放，引起尖角处剥落。（理论：在奥氏体已不再稳定的某些点上，转变为马氏体，但马氏体确不能把

大部分氢保留在固溶体中，因此突然释放氢，产生的应力导致裂纹发生；外加应力也可以促使残奥转变为马氏体，从而释放氢引起裂纹）

由于受外力，不断产生新的位错，这些位错同样被氢原子填满而形成新的氢气作用，在外力下移动着的位错及氢气团运动到晶界或其他

障碍作用时，即产生位错堆积，同时必然造成氢在晶界附近的富集，若应力足够大，则在位错端部形成较大应力集中，形成裂纹。富集

的氢不仅使裂纹形成，还促使裂纹扩展，最后脆断。（注意这是一个可逆过程）

*对策：制定充分回火工艺（温度高、时间足够长）+淬火后及时回火

渗氮

渗氮表面残留压应力>渗碳、淬火，在交变载荷下具有高的疲劳极限

渗氮后的表面有薄薄一层致密的、化学稳定性较高的白色ε相（Fe3N），能显著提高耐蚀性防锈能力，在水中、潮湿空气、过热蒸汽、弱碱性环境

渗氮中C含量过高，降低渗氮扩散速度，减小渗氮层，因为含碳高，钢种渗碳体及片状P 增多，使得易溶解N的铁素体减少，造成氮化层小

合金元素能提高N在α相中固溶度，且能溶入ε、γ相，也可形成单独的合金氮化物TiN、AlN、VN等

氮化物稳定性高低：Ti、Al> V、W、Mo、Cr>Mn> Fe, Fe氮化物在560℃以上加热会分解,所以氮化温度定在480-580℃

1）活性【N】生成

2）氨分解率一般在15-65%, 大于80%,炉内氢气浓度高,氢分子吸附在表面,阻碍N原子渗入。所以要大量通氨

3）氮原子渗入

4）氮原子扩散：【N】从表面向里层扩散，形成一定深度的氮化层，温度越高扩散越快。若氮化后硬度不满足，不能重复渗氮提高，只能再

加热至820℃，在表面发生氮化物分解，退氮后再重新渗氮

5）气体渗氮工艺：

一段：500-550，保温时间较长，获得较厚的ε氮化物，硬度偏高

二段：500-520，保温10-20H，再升温到540-550，保温，获得较薄ε脆性相

三段：在二段后期降温至500-520,保温，获得渗层较深、表面硬度较高

脱氮：为了减小ε相厚度和氮浓度，防止表面脆性增大，在完全分解气氛中进行2-10H脱氮

离子氮化

原理：利用辉光放电原理，在充有含氮气的低真空炉内，把金属工件作为阴极、炉体为阳极，通电后介质中的N、H原子在高压直流电场下被电离，在阴阳极之间形成等离子区，同时被电离的N、H离子以高速轰击工件表面，使高动能转变为热能，达到迅速加热工件表面至所需温度的目的。由于离子轰击，工件表面产生原子溅射，可净化表面，同时由于吸附和扩散，于是氮渗入工件表面。

特点：1) 渗氮温度低，一般在500-520℃，可低于350℃，时间12-15H，氮化前对表面清洁度要求低；2）渗氮速度快；3）渗层厚度、表面复合层和组织可精确控制，分布均匀，脆性小4）适用于不锈钢、钛合金5）可作为最终工序

-------氮化工艺比较-------

●渗氮VS. 渗碳

?变形量：渗氮温度低、变形小；渗碳温度高、变形大

?表面残留压应力：渗氮的表面残留压应力大于渗碳、淬火，在交变载荷下具有高的疲劳极限，且耐腐蚀性更好

材料科学基础知识点

材料科学基础 第零章材料概论 该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。 主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。 材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。 按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料 金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、

Cu、Ni等。原子之间的键合方式是金属键。陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。它可以是晶体、非晶体或混合晶体。原子之间的键合方式是离子键，共价键。 聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。原子的键合方式通常是共价键。 复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。其原子间的键合方式是混合键。 材料选择： 密度 弹性模量:材料抵抗变形的能力 强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。 韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本

结构(Structure) 性质(Properties) 加工(Processing) 使用性能(Performance) 在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。 宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构 重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。 第一章材料结构的基本知识 1.引言 材料的组成不同，性质就不同。 同种材料因制备方法不同，其性能也不同。这是与材料的内部结构有关：原子结构、原子键合、原子排列、显微组织。 原子结构 主量子数n

工程材料学课后习题答案

第一章钢的合金化基础 1、合金钢是如何分类的？ 1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为510%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。 2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。 3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢 2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？ 奥氏体稳定化元素, 主要是、、、C、N、等 铁素体稳定化元素, 主要有、、W、V、、、、B、、等 3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？ 1) 碳化物形成元素：、、、V、、W、、、等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。 2) 形成碳化物的规律 a) 合金渗碳体——与碳的亲和力小，大部分溶入α或γ中，少部分溶入3C中，置换3C中的而形成合金渗碳体（）3C; 、W、少量时，也形成合金渗碳体 b) 合金碳化物——、W 、含量高时，形成M6C(24C 42C)23C6(21W2C6 2W21C6)合金碳化物 c) 特殊碳化物——、V 等与碳亲和力较强时 i. 当<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）、M2C。 . 当>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。 ★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？ 1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属； 2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度； 3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子； 4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。 有效方法：淬火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；是形成许多极细小的取向不同的马氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。 ★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。 1) 固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。 2) 二次硬化：在含、W、V较多的钢中, 回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低, 而是在某一温度后硬度反而增加, 并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化 3) 二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。

东北大学学期考试《工程材料学基础》考核作业

东北大学继续教育学院 工程材料学基础试卷（作业考核线上2） A 卷（共 3 页）总分题号一二三四五六七八九十得分 一、填空（每空1分，共20分） 1.位错是（线）缺陷、晶界是（面）缺陷。 2.碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为（铁素体），它具有（ BCC（或体心 立方））晶体结构。 3.材料在受外力时表现的性能叫做（力学性能），又叫（机械性能）。 4.铝合金的时效方法可分为（自然时效）和（人工时效）两种。 5.固态物质按照原子在空间的排列方式，分为（晶体）和（非晶体）。 6.多数材料没有明显的屈服点，因此规定拉伸时产生（0.2%）残余变形所对应的 应力为（屈服强度）。 7.BCC晶格中，原子密度最大的晶面是（110 ），原子密度最大的晶向是 （ <111> ）。 8.共析钢过冷奥氏体的高温分解转变产物为（），中温分解转变产物为 （）。 9.-Fe和-Fe的晶体结构分别为（）和（）。 10.含碳量为0.0218%~2.11%称为（），大于2.11%的称为（）。 二、判断题（每题2分，共20分） 1.所有金属材料都有明显的屈服现象。（）

2.伸长率的测值与试样长短有关。（） 3.凡是由液体转变为固体的过程都是结晶过程。（）。 4.材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。（） 5.晶体具有固定的熔点。（） 6.结晶的驱动力是过冷度。（） 7.珠光体的形成过程，是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体的过程。（） 8.铸铁在浇注后快速冷却，不利于石墨化，容易得到白口。（） 9.材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。（） 10.各种硬度值之间可以进行互换。（） 三、选择题（每题2分，共20分） 1.钢的淬透性主要取决与（d ）。 （a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。 2.二元合金在发生L→+共晶转变时，其相组成是（ c ）。 (a) 液相；（b）单一固相；(c)三相共存；（d）两相共存 3.在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（ c ）。 （a）（100）（b）（110）；(c)（111）；（d）（121） 4.材料刚度与（ a ）有关。 (a)弹性模量；(b)屈服点；(c)抗拉强度；（d）伸长率 5.晶体中的位错属于（ c ）。 （a）体缺陷；（b）面缺陷；(c)线缺陷；（d）点缺陷 6.珠光体是（a ）。 （a）二相机械混合物；（b）单相固溶体；(c)金属化合物； 7.45钢是（b ）。

《材料科学基础》总复习(完整版)

《材料科学基础》上半学期容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念； 晶体的特性（5个）； 晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类； 晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子； 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体； 典型金属晶体结构； 离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）； 晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）； 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念：

固溶体 置换固溶体 （１）晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明） （２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变； （３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体 （一）间隙固溶体定义 （二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素 （三）间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型： 正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物：电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物 二元系相图： 杠杆规则的作用和应用； 匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）

型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点； 三元相图： 三元相图成分表示方法； 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义； 第四章材料的相变 相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）； 按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点； 马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目） 有序-无序相变的定义 玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变； 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变

服装材料学服装基础知识

服装材料学--服装基础知识 引言 不同服装材料其性能表现各不一样，带来服装应用范围和最终用途也会大相径庭。因此，认识和掌握服装材料的各种性能，对正确地选用材料，合理地设计服装，满意地穿着服装会大有帮助，产生事半功倍的效果。服装材料的性能包括物理机械性能、化学性能、外观性能以及卫生保健性能和缝纫加工性能等服用性能。 第一节服装材料的物理机械性能 一、定义 织物在外力作用下引起的应力与变形间的关系所反映的性能叫做织物的物理机械性能。它包含强度、伸长、弹性及耐磨性等方面的性能。 二、强度性能 1．织物的拉伸强度与断裂伸长率 织物在服用过程中，受到较大的拉伸力作用时，会产生拉伸断裂。将织物受力断裂破坏时的拉伸力称为断裂强度；在拉伸断裂时所产生的变形与原长的百分率，称为断裂伸长率。织物的拉伸断裂性能决定于纤维的性质、纱线的结构、织物的组织以及染整后加工等因素。 ⑴纤维的性质：纤维的性质是织物拉伸断裂性能的决定因素。纤维的断裂强度是指单位细度的纤维能承受的最大拉伸力，单位：CN/dtex。在天然纤维中，麻纤维的断裂强度最高，其次是蚕丝和棉，羊毛最差。化纤中，锦纶的强度最高，并且居所有纤维之首，其次是涤纶、丙纶、维纶、腈纶、氯纶、富强纤维和粘胶纤维。其中，粘胶纤维强度虽低，但略高于羊毛，在湿态下，其强力下降很多，几乎湿强仅为干强的40~50%。除粘胶纤维外，羊毛、蚕丝、维纶、富强纤维的湿强也有所下降，但棉、麻纤维例外，其湿强非但没有下降反而有所提高。涤纶、丙纶、氯纶、锦纶、腈纶等则因吸湿小，而使其干、湿态强度相差无几。至于断裂伸长率，则属麻纤维最小，只有2%左右，其次为棉，只有 3~7%，蚕丝15~25%，而羊毛属天然纤维之首，可达25~35%。化纤中，以维纶和粘胶纤维的断裂伸长率最低，在25%左右，其它合纤均在40%以上。 因此，各类纺织纤维的拉伸性能是不同的：棉麻类属高强低伸型，羊毛属低强高伸型，而锦纶、涤纶、腈纶等属高强高伸型，此外，还有维纶和蚕丝属中强中伸型。一般细而长的纤维织成的织物比粗而短的纤维织物拉伸性能好。 ⑵纱线结构：一般情况下，纱线越粗，其拉伸性能越好；捻度增加，有利于拉伸性能提高；捻向的配置一致时，织物强度有所增加；股线织物的强度高于单纱织物。 ⑶织物的组织结构：在其它条件相同的情况下，在一定长度内纱线的交错次数越多，浮长越短，织物的强度和断裂伸长率越大。因此，三原组织中以平纹的拉伸性能为最好，斜纹次之，缎纹织物最差。 ⑷后染整加工：织物的后整理对拉伸性能的影响，应视具备情况而定，有利有弊。 织物拉伸性能可用断裂强力、断裂伸长、断裂长度、断裂伸长率、断裂功等指标来表达。国际上通用经纬向断裂功之和作为织物的坚韧性指标。 2．织物的撕裂强度 在服装穿着过程中织物上的纱线会被异物钩住而发生断裂，或是织物局部被夹持受拉而被撕成两半。织物的这种损坏现象称为撕裂或撕破。目前，我国在经树脂整理的棉型织

工程材料学基础复习题

工程材料学基础复习题 一、填空 1. 位错是（线）缺陷、晶界是（面）缺陷。 2. 碳在-Fe 中形成的间隙固溶体称为（铁素体），它具有（BCC（或体心立方））晶体结构。 3. 材料在受外力时表现的性能叫做（力学性能），又叫（机械性能）。 4. 铝合金的时效方法可分为（自然时效）和（人工时效）两种。 5. 固态物质按照原子在空间的排列方式，分为（晶体）和（非晶体）。 6. 多数材料没有明显的屈服点，因此规定拉伸时产生（0.2% ）残余变形所对应的应力为（屈服强 度）。 7. BCC 晶格中，原子密度最大的晶面是（（110 ）），原子密度最大的晶向是 （<111> ）。 二、判断题 1. 所有金属材料都有明显的屈服现象。（） 2. 伸长率的测值与试样长短有关。（） 3. 凡是由液体转变为固体的过程都是结晶过程。（）。 4. 材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。（） 5. 晶体具有固定的熔点。（） 6. 结晶的驱动力是过冷度。（） 7. 珠光体的形成过程，是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体的过程。（）三、选择题1. 钢的淬透性主要取决与（D ）。 （a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。 2. 二兀合金在发生L T +共晶转变时，其相组成是（C ）。 （a）液相；（b）单一固相；（c）三相共存；（d）两相共存 3. 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（C ）。 （a）（100）（b）（110）；（c）（111）；（d）（121） 4. 材料刚度与（A ）有关。 （a）弹性模量；（b）屈服点；（c）抗拉强度；（d）伸长率 5. 晶体中的位错属于（C ）。 （a）体缺陷；（b）面缺陷；（c）线缺陷；（d）点缺陷 6. 珠光体是（A ）。 （a）二相机械混合物；（b）单相固溶体；（c）金属化合物； 7. 45 钢是（B ） （a）碳素结构钢；（b）优质碳素结构钢；（c）碳素工具钢；（d ）碳素铸钢 四、名词解释 同素异构：有些物质在固态下其晶格类型会随温度发生变化，这种现象叫做同素异构。 晶体缺陷：陷。断裂韧 实际应用的材料中，总是不可避免地存在着一些原子偏离规则排列，叫做晶体缺材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 时效：固溶处理获得过饱和固溶体在室温或一定加热条件下放置一定时间，强度、硬度升高塑性、韧性降低，叫做时效。 塑性：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力。 五、计算题

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 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。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，

工程材料学习题集答案整理

页眉 工程材料习题集 钢的合金化基础第一章 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？（马氏体），以溶质形式存在形成固溶体；、γ（奥氏体）、M①溶入α（铁素体）形成强化相：碳化物、金属间化合物；②形成非金属夹杂物；③。、以游离状态存在：CuAg④ 其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可写出六个奥氏体形成元素，2 无 限溶解在铁素体中？，其中（锰、钴、镍、铜、碳、氮）C、NCo、Ni、Cu、①奥氏体形成元素：Mn、（铜、碳、氮）为有限溶NC、、Co、Ni（锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中，CuMn、解；（铬、钒）可无限溶解在铁素体中，其余为有限溶解。、V②Cr 写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。3Co 、、Cu、Si、Al①非碳化物形成元素：Ni按碳化物稳定性由弱到强的顺序按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。4 写出钢中常见的四种碳化物的分子式。Fe Mn、Cr、（弱）、、V、（中强）W、MoNb①碳化物由强到弱排列：（强）Ti、C→MC→MFeC→MC②碳化物稳定性由弱到强的顺序：63623容易加工硬化？奥氏体层而高锰奥氏体钢难于冷变形，5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，错能高和低时各形成什么形态的马氏体？越有层错能越低，镍是提高奥氏体层错能的元素，锰是降低奥氏体层错能的元素，①利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难，加工硬化趋势增大。钢；奥氏体层错Cr18-Ni8 奥氏体层错能越低，形成板条马氏体，位错亚结构。如②合金。能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。如Fe-Ni钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提6 高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。、第二相强化、位错钢中常用的四种强化方式：固溶强化、晶界强化（细晶强化）②强化（加工硬化）。晶界强化（细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。③沉淀强化。钢中的第二相粒子主要作用：细化晶粒、弥散④/ 钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？7韧性指标：冲击韧度①? TK、韧脆转变温度、平面应变断裂韧度。ICk k颈缩后的变形用?表示，主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。②P钢中碳化物应保持什么形晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性，8 态？细化晶粒对改善均匀塑性(εu) 贡献不大，但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为① 随着晶粒尺寸的减少，使应力集中减弱，推迟了微孔坑的形成。应为球状、钢中的碳化物（第二相）充分发挥弥散强化的作用，②为了改善钢的塑性，细小、均匀、弥散地分布。页脚 页眉 9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化的因素有哪两个？ ①改善延性断裂有三个途径：（1）减少钢中第二相的数量：尽可能减少第二相数量，特别是夹杂物的数量。细化、球化第二相颗粒。（2）提高基体组织的塑性：宜减少基体组织中固溶强化 效果大的元素含量。（3）提高组织的均匀性：目的是防止塑性变形的不均匀性，以减少应力集中；碳化物强化相呈细小弥散分布，而不要沿晶界分布。 ②改善解理断裂有两种方法：（1）细化晶粒；（2）加入Ni元素降低钢的T。k③引起晶界弱化的因素有两个：（1）溶质原子(P、As、Sb、Sn)在晶界偏聚，晶界能r下降，裂纹易于沿晶界形成和扩展。（2）第二相质点(MnS、Fe3C)沿晶界分布，微裂纹g易于在晶界形成，主裂纹易于

材料基础知识

应力：应力（工程应力或名义应力）σ=P/A。式中，P为载荷；A。为试样的原始截面积 应变：应变（工程应变或名义应变）ε=（L-L。）/L。；L。为试样的原始标距长度一般是（20mm 25mm 50mm）引伸计；L为试样变形后的长度 拉伸的应力应变曲线斜率就是拉伸模量。拉伸模量大，拉伸性能好 拉伸模量：（Tensile Modulus）是指材料在拉伸时的弹性，其计算公式如下：拉伸模量（㎏/c㎡)=△f/△h(㎏/c㎡) 其中，△f表示单位面积两点之间的力变化，△h表示以上两点之间的距离变化。更具体地说，△h=（L-L0）/L0，其中L0表示拉伸长前的长度，L表示拉伸长后的长度。 霍普金森压杆应变率：g.mm-3 强度： 模量： 模量＝拉伸强度/应变应力应变曲线中最高的拉伸强度通常是最大的应力 力学性能表征量:拉压弯剪 ESEM 环境扫描电镜：environment scanning electron microscope Infiltration 渗透渗透物 XRD：X-ray diffraction ，X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，分析材料的成分等 闪点（Flash point）是指可燃性液体挥发出的蒸汽在与空气混合形成可燃性混合物并达到一定浓度之后，遇火源时能够闪烁起火的最低温度。在这温度下燃烧无法持续，但如果温度继续攀升则可能引发大火。和着火点（Fire Point）不同的是，着火点是指可燃性混合物能够持续燃烧的最低温度，高于闪点。闪点的高低也是染液是否安全的重要指标。 剥离强度（peel strength）：粘贴在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。剥离时角度有90度或180度，单位为：牛顿/米（N/m）。它反应材料的粘结强度。如安全膜与玻璃。 MWK 多轴向径向编织复合材料Multi-axial warp knitted Threshold strain level 阈值应变水平 Longitudinal and transverse 横向和纵向的 Through-thickness reinforcement of polymer laminates Changes in the interior structure and mechanical response of composite materials may occur under such conditions内部结构的变化和复合材料的力学响应可能发生在这种情况下 tensile strength and modulus 拉伸强度和模量 specific strength 比强度；强度系数 specific modulus比模量

钢铁材料学基础 - 讲稿 Rev. A

渗碳钢 要求：渗碳后表面获得高强度、高硬度、高耐磨性，心部获得适当强度和韧性，因此必须选用低碳钢、低碳合金钢 一般碳含量在0.10-0.30%之间，由于渗碳温度在920℃以上，保温时间长，应选择本质细晶粒钢 本质细晶粒钢：5-8级晶粒度，930℃以下A晶粒生长缓慢，晶粒细小，继续高温，A晶粒急剧长大，这种钢称为本质细晶粒钢 本质粗晶粒钢: 1-4级晶粒度，钢加热到临界点后，温度↑，A晶粒迅速长大粗大化 渗碳钢选材考虑几点： 1）化学成分控制C、合金元素含量影响渗碳能力 - 含C量高低会影响心部强度高低、渗碳速度的快慢 - 合金元素Cr,W,Mo易形成合金碳化物，提高C在A中扩散激活能，同时使晶格结合力增加，从而减小C扩散系数；还提高表面碳浓度和含碳梯度，使渗碳层深度减小； Cr,W,Mo虽能降低C在A中扩散速度，但缺能提高表面起始C浓度，仍可增加CHD深度- 合金元素Ni,Co非碳化物形成元素，与C结合力弱，降低表面起始C浓度，降低CHD 深度 2）末端淬透性试验 考虑2点：硬度和变形 钢材经锻造、正火、热处理后表面和心部硬度的高低 每批钢材的末端淬透性离散度关系到产品的变形 在制定末端淬透性范围时，要考虑产品强度要求和供货离散度，公差带和离散度越小越好 3）奥氏体晶粒度测定 主要考虑一点：长时间加热后A晶粒长大倾向，将影响到锻造、热处理后的显微组织和变形程度 4）显微组织及其他因素 夹杂物 魏氏组织（一种过热组织） ----------渗碳原理，见PPT----------- 渗碳组织：缓冷得到的是平衡态，为了获得表面高硬度和心部低硬度的基体组织，需要进行渗碳淬火处理 1）渗碳后的组织含碳量从表面到心部逐渐降低，表层>0.8%,次表面0.8%, 过渡区<0.8%，主要是二次渗碳体+片P，心部P+F 2）渗碳+1次淬火： 工艺1渗碳+直接淬火：渗碳后在渗碳温度下或调低至适当温度直接淬入淬火介质，获得较粗针马氏体、较多残奥25-35%,甚至更高，因此直接淬火硬度偏低

材料科学基础 名词解释

材料科学基础名词解释 第一章晶体学基础 空间点阵晶体中原子或原子集团排列的周期性规律，可以用一些在空间有规律分布的几何点来表示，这样的几何点集合就构成空间点阵。 （每个几何点叫结点；每个结点周围的环境相同，则都是等同点。） 晶格在三维空间内表示原子或原子集团的排列规律的结点所构成的阵列，设想用直线将各结点连接起来，就形成空间网络，称为晶格。 晶胞空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积而成，这样的平行六面体就叫晶胞。 晶系按照晶胞的大小和形状的特点（点阵的对称性）对晶体进行的分类。 晶格常数（点阵常数）决定晶胞形状和大小的6个参数。 布拉维点阵结点都是等同点的点阵就叫布拉维点阵。 晶面穿过晶体的原子面称为晶面。 晶向连接晶体中任意原子列的直线方向称为晶向。 晶面(间)距两个相同晶面间的垂直距离。 晶面族在高度对称的晶体中，特别是在立方晶体中，往往存在一些位向不同、但原子排列情况完全相同的晶面，这些晶体学上等价的晶面就构成一个晶面族。 晶向族……晶体学上等价的晶向构成晶向族。 配位数晶体结构中一个原子周围的最近邻且等距离的原子数。 堆垛密度/紧密系数/致密度晶胞中各原子的体积之和与晶胞的体积之比。 晶体是具有点阵结构的，由长程有序排列的原子、离子、分子或配位离子等组成的固体。 非晶体是无点阵结构的和长程有序排列的结构基元组成的固体。 晶体结构指晶体中原子在三维空间排列情况。 *同素异构体化合物有相同的分子式，但有不同的结构和性质的现象。 原子半径包括共价半径：两原子之间以共价键键合时，两核间距离的一半，实际上核间距离是共价键的键长。金属半径：金属晶体中相邻两金属原子核间距离的一半。范德瓦尔斯半径：靠范德华力相互吸引的相邻不同分子中的两个相同原子核间距离的一半。 晶体原子数某一晶体结构的一个晶胞中所含有的原子个数。 第二章固体材料的结构 结合键指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。 离子键当一正电性元素和一负电性元素相接触时，由于电子一得一失，使它们各自变成正离子和负离子，二者靠静电作用相互结合起来的化学键。 共价键由俩个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 金属键自由电子与原子核之间静电作用而产生的键合力。 分子键又称范德华力，由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。 合金两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合

板材材料学基础知识

第一节我国几种常用钢号 一、碳素结构钢：（也称作普通碳素钢或一般碳素钢）其现行标准为《GB700-88》这是我们参照采用国际标准ISO630（international organization for standardization）结构钢编制的。而采用这一标准之前，使用的GB700-79标准是参照前苏联ГОСТ380(ГОСУДЛСТВеННμЙΟбЩеСОЮННЙСТаНаПТ)钢号的表示方法以及对各钢号所规定的技术要求都不相同。因为ISO标准中主要是以力学强度表示的钢号，所以我国参照此标准制订的碳素结构钢、低合金高强度钢，耐候钢等均以力学强度表示。 标准式为：Q ××× O O 脱氧方法———④ 质量等级———③ 屈服点值———② 屈服强度———① ①Q是钢材屈服点汉语拼音的字头； ②×××是屈服点数值（也称最低屈服强度）以Mpa为单位，对碳素结构钢有以下五种：195、215、235、255和275； ③为质量等级：对于碳素结构钢分A、B、C、D四个等级，这些等级的规定是在不同温度条件下，均以不低于27J的标准功，对材料做V型缺口冲击试验后认定的合格产品。 具体如下：若钢号中标示为A表示这种材料不要求做冲击试验； 若钢号中标示为B表示在20℃（常温下）做冲击试验； 若钢号中标示为C表示在0℃做冲击试验； 若钢号中标示为D表示在－20℃做冲击试验；

④脱氧方法：分为四种：F——沸腾钢；b——半镇静钢； Z——镇静钢；TZ—特殊镇静钢 如果在钢号中未标出脱氧方式符号的，则为镇静钢。 例1：我们经常接触的钢号：Q235B——则解译为屈服强度不低于235Mpa，质量等级为B级的镇静钢。 例2：Q235DTZ——解译为屈服强度不低于235Mpa，质量等级为D级的特殊镇静钢。 （※注意了解五种不同的б?与脱氧方式的关系。） 二、低合金高强度结构钢 现在采用的新标准【GB1591-94】是在旧标准【GB1591-88】叫做低合金结构钢基础上编制的。这一标准也是采用ISO以强度表示钢号特征的命名方法。与碳素结构钢的区别是有五个较高的强度（σ?）等级和五个质量等级（并以较大的冲击吸收功试验而确定的不同温度下的质量等级）。 以公式形式表述如下： 冲击试验条件冲击功 A —— B 20℃≧34J Q345 B C 0℃≧34J 质量等级分五种 D -20℃≧34J E -40℃≧27J 在实际工作中，我们经常遇到新旧标准：【GB1591-94】和【GB1591-88】均在使用。我们要注意到每一个新标准的屈服强度（σ?）等级的钢号，要代替几个旧标准的钢号。 新旧标准钢号对照及用途举例：（表三）

工程材料学习题集答案整理最终版

工程材料习题集 第一章钢得合金化基础 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？ ①溶入α(铁素体)、γ(奥氏体)、M(马氏体),以溶质形式存在形成固溶体; ②形成强化相:碳化物、金属间化合物; ③形成非金属夹杂物; ④以游离状态存在:Cu、Ag。 2写出六个奥氏体形成元素,其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？ ①奥氏体形成元素:Mn、Co、Ni、Cu、C、N(锰、钴、镍、铜、碳、氮),其中Mn、Co、Ni(锰、钴、镍)可无限溶解在奥氏体中,Cu、C、N(铜、碳、氮)为有限溶解; ②Cr、V(铬、钒)可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。 3写出钢中常见得五种非碳化物形成元素。 ①非碳化物形成元素:Ni、Si、Al、Cu、Co 4按由强到弱得顺序写出钢中常见得八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强得顺序写出钢中常见得四种碳化物得分子式。 ①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Nb、V、(中强)W、Mo、Cr、(弱)Mn、Fe ②碳化物稳定性由弱到强得顺序:Fe3C→M23C6→M6C→MC 5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形,而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化？奥氏体层错能高与低时各形成什么形态得马氏体？ ①镍就是提高奥氏体层错能得元素,锰就是降低奥氏体层错能得元素,层错能越低,越有利于位错扩展而形成层错,使交滑移困难,加工硬化趋势增大。 ②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高,形成片状马氏体,孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。 6钢得强化机制得出发点就是什么？钢中常用得四种强化方式就是什么？其中哪一种方式在提高强度得同时还能改善韧性？钢中得第二相粒子主要有哪两个方面得作用？ ①强化机制得出发点就是造成障碍,阻碍位错运动。 ②钢中常用得四种强化方式:固溶强化、晶界强化(细晶强化)、第二相强化、位错强化(加工硬化)。 ③晶界强化(细晶强化)在提高强度得同时还能改善韧性。 ④钢中得第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。 7钢中常用得韧性指标有哪三个？颈缩后得变形主要取决于什么？ α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。 ①韧性指标:冲击韧度 k ε表示,主要取决于微孔坑或微裂纹形成得难易程度。 ②颈缩后得变形用P 8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢得塑性,钢中碳化物应保持什么形态？ ①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大,但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸得减少,使应力集中减弱,推迟了微孔坑得形成。 ②为了改善钢得塑性,充分发挥弥散强化得作用,钢中得碳化物(第二相)应为球状、细小、均匀、弥散地分布。 9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化得因素有哪两

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工程材料习题集 第一章钢的合金化基础 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？ ①溶入α（铁素体）、γ（奥氏体）、M（马氏体），以溶质形式存在形成固溶体； ②形成强化相：碳化物、金属间化合物； ③形成非金属夹杂物； ④以游离状态存在：Cu、Ag。 2写出六个奥氏体形成元素，其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？ ①奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu、C、N（锰、钴、镍、铜、碳、氮），其中Mn、Co、Ni（锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中，Cu、C、N（铜、碳、氮）为有限溶解； ②Cr、V（铬、钒）可无限溶解在铁素体中，其余为有限溶解。 3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。 ①非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Cu、Co 4按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。 ①碳化物由强到弱排列：（强）Ti、Nb、V、（中强）W、Mo、Cr、（弱）Mn、Fe ②碳化物稳定性由弱到强的顺序：Fe3C→M23C6→M6C→MC 5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，而高锰奥氏体钢难于冷变形，容易加工硬化？奥氏体层错能高和低时各形成什么形态的马氏体？ ①镍是提高奥氏体层错能的元素，锰是降低奥氏体层错能的元素，层错能越低，越有利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难，加工硬化趋势增大。 ②奥氏体层错能越低，形成板条马氏体，位错亚结构。如Cr18-Ni8钢；奥氏体层错能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。 6钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？ ①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。 ②钢中常用的四种强化方式：固溶强化、晶界强化（细晶强化）、第二相强化、位错强化（加工硬化）。 ③晶界强化（细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。 ④钢中的第二相粒子主要作用：细化晶粒、弥散/沉淀强化。 7钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？ α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。 ①韧性指标：冲击韧度 k ε表示，主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。 ②颈缩后的变形用P 8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性，钢中碳化物应保持什么形态？ ①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大，但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸的减少，使应力集中减弱，推迟了微孔坑的形成。 ②为了改善钢的塑性，充分发挥弥散强化的作用，钢中的碳化物（第二相）应为球状、细小、均匀、弥散地分布。

东北大学《工程材料学基础》在线平时作业2满分答案

东北大学《工程材料学基础》在线平时作业2满分答案 1 3、当残余奥氏体比较稳定．在较高温度回大加热保温时来发生分解：而在随后冷却时转变为马氏体。这种 在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为（）。 A 二次硬化 B 回火抗性 C 二次淬火 答案：C 2 12、T12钢的正常淬火组织是（）。 A A 马氏体残余奥氏体球状碳化物 B 马氏体球状碳化物 C 马氏体 答案：A 3 7、亚共析钢的正常淬火加热温度是（）。 A Ac1+30~50℃ B Ac3+30~50℃ C Accm+30~50℃ 答案：B 4 12、T12钢的正常淬火组织是（）。 A 马氏体残余奥氏体球状碳化物 B 马氏体球状碳化物 C 马氏体 答案：A 5 2、对于亚共折钢，适宜的淬火加热温度一般为（），淬火后的组织为均匀的马氏体。 A Ac1+30~50℃ B Acm+30~50℃ C Ac3+30~50℃ 答案：C 1 31、热处理只适用于固态下发生相变的材料。（） A 错误 B 正确 答案：B 2 1、合金中凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的、物理化学性能均匀的组成部分叫相。 A 错误 B 正确 答案：B

3 17、金属钛具有同素异构转变。（） A 错误 B 正确 答案：B 4 6、时效强化是指由于形成固溶体而使强度、硬度升高的现象。（） A 错误 B 正确 答案：A 5 12、材料的刚度可以弹性模量值来反映，可通过热处理改变组织的方法来提高材料的刚度。 A 错误 B 正确 答案：A 6 13、铸件的壁厚越薄，越容易出现白口。（） A 错误 B 正确 答案：B 7 5、金属理想晶体的强度比实际晶体强度稍高一些。 A 错误 B 正确 答案：A 8 22. 钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。（） A 错误 B 正确 答案：A 9 17. T10和T12钢如其淬火温度一样，那么它们的淬火后残余奥氏体的含量也是一样的。（） A 错误 B 正确 答案：A 10 19、断裂韧性和强度的单位是相同的。 A 错误 B 正确 答案：A 11 12、铸件的冷却速度越快，越容易石墨化。（） A 错误 B 正确

工程材料学总结(2020)

工程材料学总结(2020) 第一部分：晶体结构与塑性变形 一、三种典型的金属晶体结构 1、bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。 2、立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。 3、晶向族〈…〉/晶面族{…}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。 4、bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。 密排面密排方向 fcc {111} <110>bcc {110} <111> 二、晶体缺陷 1、点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。如：位错是线缺陷，晶界（包括亚晶界）是面缺陷 三、塑性变形与再结晶 1、滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。 2、滑移系 =滑移面 + 其上的一个滑移方向。滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。 3、强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固

溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。 4、冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。性能变化：回复：不引起硬度大的变化；再结晶：硬度大幅度降低 5、冷、热加工的概念冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。 6、热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。第二部分：金属与合金的结晶与相图 一、纯金属的结晶 1、为什么结晶必须要过冷度？ 2、结晶是晶核形成和晶核长大的过程。 3、细化晶粒有哪些主要方法？（三种方法） 二、二元合金的相结构与相图 1、固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、 Fe3 C、 A、 F、 P、L’d、 S、 T、 B上、B下、M片、M条？）

材料学基础知识

1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。 2. 材料在弹性范围内，应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E （单位MPa ）。E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。 3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。 6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 7. 应力场强度因子I K ，这个I K 的临界值，称为材料的断裂韧度，用C K I 表示。换言之，断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学 性能指标。 8. 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。 9. 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。 10. 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。用一些假想的空间直线把这些点连接起来，就构成了三维的几何格架称为晶格。从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。 11. 体心立方晶格（bcc ）；面心立方晶格（fcc ）；密排六方晶格（hcp ） 12. 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。任意两个原子的连线称为原子列，其所指的方向称为晶向。立方晶系中，凡是

指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。 13.在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同，则原子 间结合力的大小也不同，因而金属晶体不同方向上性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。 14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分 晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。位错的基本类型有两种，即刃型位错和螺旋位错。 15.由于塑性变形过程中晶粒的转动，当形变量达到一定程度（70% 以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。由于是变形过程中产生的，故称为形变织构。 16.由于每个小晶体外形呈不规则的颗粒状，因此被称为晶粒。晶粒 与晶粒之间的接触界面称为晶界。工业上广泛应用的钢铁材料中，晶粒尺寸一般在mm 3 110 -，必须在显微镜下才能看到。 ~ 10- 17.组成合金的最基本的独立单元称为组元，组元可以是金属、非金 属或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，以此类推。 18.相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并 以界面互相分开的、均匀的组成部分。固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。 19.所谓组织是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、 分布及各相之间的组合状态。