《机械工程材料》复习课。
第一章金属的晶体结构与结晶。
一．晶体与非晶体。
晶体非晶体：
长程有序排列短序有序。
具有确定熔点无固定熔点。
各向异性各向同性。
二．金属的晶体结构。
体心立方面心立方密排六方。
晶胞内原子数 2个4个6个。
致密度 k = 0.68k=0.74k=0.74
三．实际晶体的结构。
晶粒内的晶格位向基本一致，各晶粒间位向都不同；亚晶间两侧晶体有很小的位向差θ <2°，亚晶界由一系列相隔一定距离的刃型位错垂直排列而成。
1．点缺陷：空位与间隙原子。
在一定温度下总有一定平衡浓度的点缺陷存在，引起点陈畸变，可以消失。当淬火或冷加工时会产生室温下的过饱和点缺陷。空位与扩散机制有关。
2．线缺陷：位错。
晶体中有几层原子错排了位置而形成的晶体缺陷。正、负刃型位错可相互抵消。塑性变形机制：通过位错在切应力作用下在晶体中逐渐移动完成，而不是刚性的移动。
位错密度m =
提高强度：（1）完全消除金属内的位错缺陷，σs～理论值：
2）↗ρm加工硬化、热处理强化。
3．面缺陷：晶界、亚晶界。
晶界、亚晶界细化，可以↗强度、硬度和塑、韧性。
（1）界面对塑性变形时的位错移动有阻碍作用，引起位错塞积，使变形抗力↗，强度、硬度↗。
2）需要周围晶粒作协调的弹性变形以保持物体的连续性，使变形抗力↗。
（3）晶界越多，阻碍裂纹扩展，使韧性↗。
4）晶粒细化，可使塑性变形均匀分散到各晶粒内，使应力集中程度↙，试样断前塑性变形更多，使塑性↗。
四．纯金属的结晶。
平衡凝固条件下：理论凝固温度 t0 = t熔
实际非平衡凝固，存在过冷现象。
t = t0 - t1 ℃
冷却速度越大，⊿t也越大，过冷是金属结晶的必要条件。
结晶是一个不断形核与长大的过程， 最后长成一个多晶体。
自发形核：液相中一些原子的短程有序结构自发成为晶核；
非自发形核：依附于难熔质点和型壁表面形核。
由于棱角处散热条件优越，晶粒常长成树枝晶。
五．细化晶粒的方法。
依据：z< z∝， 随着⊿t↗，形核率n的↗比g的↗快，得细晶粒。
冶铸时（1）增大⊿t；（2）变质处理：改变n、g。（3）附加振动：使树枝晶破碎，↗n。
其它方法：（4）通过重结晶，重新形成晶核，长成细晶粒，eg: fe-c合金。
5）高应力下热加工时动态再结晶，锻、轧钢材比铸钢晶粒细。
六．金属同素异晶转变。
当外界条件改变时，有些金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。
特点：1）属恒温转变，原子重排的固态相变，需更大的过冷度⊿t。
（2）包括形核、长大的过程，释放结晶潜热，称为重结晶或二次结晶。
3）伴随有比容的跃变，产生较大内应力。（k、a不同）
第二章机械性能。
一．强度与塑性（静拉伸试验）
1．弹性极限：re =
开始产生微量塑性变形的抗力op段。
成直线关系： σeε
2．屈服极限 rs =
代表材料发生明显塑性变形的抗力。
3．抗拉强度：rm=
材料在断裂前所发生的均匀塑性变形所能承受的最大应力。
材料的强度：材料在静载荷作用下抵抗破坏（塑变、断裂）的能力。
塑性：材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
延伸率：a= ×100%
断面收缩率：z= ×100%
二．硬度。1．布氏硬变hb：适用于hbs<450的灰铸铁，轴承合金，有色金属、调质钢、退火的毛坯件，hbw<650。压痕大，测值重复性高，精确。
2．洛氏硬度hr：hra、hrc测高硬度材料，hrb测软材质，相互间不能比较。广泛用于成品检验，压痕小，测值分散度大。
3．维氏硬度hv：使从软到硬材料有一个连续标度。可查附表对照其它硬度值。一般不用于热处理现场检验，尤适于表面处理的模具硬度，作研究用。
三．冲击韧性 ak=g（h-h）
常用v梅氏试样，对易出现脆断的机件（焊接结构船）用v夏氏试样。
ak值对材质反映敏感，生产上用来检验冶金、热锻、热处理的工艺质量。
四．多次冲击试验。
多冲抗力 = f（强度、塑性）
1．冲击能高～塑性，冲击能低～强度（高强钢需要适当的韧性ak配合）。
2．普通结构钢常桌用“淬火+中温回火（+低温回火）”工艺。
五．疲劳。无论脆性还是韧性材料，承受交变重复应力时往往在工作应力r 材料受相当循环次数（钢铁n=107，非铁金属108）不发生断裂的最大应力——疲劳强度σ-1。
第三章加工硬化与再结晶。
多晶体的塑性变形抗力较单晶体为高：rs=ri+kd
1）既要克服晶界的阻碍；
2）又要保证各晶粒间的连续性和协调的相应变形。
一．加工硬化。
随着材料冷塑度程度的增加，其强度、硬度↗、塑韧性↙的现象。内部组织亚结构发生变化：胞状亚结构、呈细长条，纤维组织。
作用：（1）强化金属；（2）均匀成形；（3）过载安全保护。
不利：（1）抗蚀性下降，需去应力退火；
2）消除加工硬化要再结晶退火。
二．回复再结晶。
1．回复——冷变形金属加热时，只发生某些亚结构和性能的变化，而光学显微组织不发生变化。
（1）去应力退火：可以保留加工硬化的强化效果，消除内应力↙↙。避免应力腐蚀开裂。
2）消除空位等缺陷，（ρm ↙不多），使电阻率↙↙。
2．再结晶——冷变形金属加热时，通过形核长大，形成无畸变的新晶核。
（1）再结晶退火：可以消除加工硬化恢复到冷变形以前的水平t再=0.4t熔。
（2）再结晶温度：t再——开始再结晶的最低温度。
1）预变形量：↗t再↙。2）熔点：tm↗t再↗。3）微量溶质原子：↗t再。
（3）晶粒长大：温度↗，时间增长，d↗。
4）临界变形度2～10%，异常粗大的晶粒度。
三．热加工。
高温塑变时，金属材料的加工硬化作用能被动态再结晶等软化过程所抵消，获得近般稳定的流变应力。
t再以上：热加工，无加工硬化；
t再以下：冷加工，有加工硬化；
在高的流变应力下进行热加工发生动态再结晶也可以细化晶粒。
第四章二元合金状态图。
合金：由两种以上金属或非金属组成的确良具有金属特性的物质。
相：系统中具有同一聚集状态，同一结构、成分、性能相同的均匀组成部分，常有相界存在。
组织：显微镜下观察到的具有某种形态或形貌特征的各种相的综合。
一．合金相结构。
无限固溶体。
置换固溶体。
1．固溶体。
溶剂晶格。有限固溶体。
间隙固溶体（有限）
溶质rx大小、温度、晶格类型有关。
2．固溶强化。
溶质溶入溶剂中形成固溶体，使晶格畸变，位错移动的阻力↗、强度↗。
（1）固溶强化比加工硬化的塑韧性要好。
2）合金化可以在固溶体基体上形成强化相构成条相合金。
二．化合物。
1．金属化合物：
晶体结构不同于任一组元的结构，熔点高，硬而脆的相。
正常价化合物间隙相。
电子化合物间隙化合物。
2．机械混合物： 由两相或多相按一定比例构成的金属组织。
如珠光体fe3c/f、莱氏体，性能与各组成相的性能、数量和分布情况有关。
三．二元合金状态图。
1．匀晶状态图。
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称之。（以cu-ni无限固溶体为例）
只有在平衡状态下，所测得的结晶温度才是理论凝固温度to = 熔点温度tm。
平衡状态图：假定冷却速度非常缓慢，以固相中原子都能充分进行扩散，成分均匀。60%合金但随t↙（合金成分↙），相↗，l↙相，液、固相平均成份不断沿着液、固相线变化，直到b3点，凝固终了，α相成分 = 原合金成分。
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