材料科学自学考试材料.doc

第一章绪论1、 所谓“材料工程”就是着重 把基础知识应用丁•材料的研制、 生产、改性和应用，以完成特定 的社会任务，解决技术上、经济 上、社会上（包括环境）不断出 现的问题2、 “材料科学”是一门科学, 它包括材料本质的发现、分析和 了解等方面的研究，H的在于提 供材料结构的统一描绘或模型， 以及解释材料结构与性能Z间的 关系3、 “材料科学与工程”的定义 是：材料科学与工程是关于材料 成分结构、工艺和性能与用途之 间冇关知识和应用的科学4、 按化学成分、生产过程、结 构及性能特点，材料可分为三大 类，即金属材料、无机非金属材 料、有机高分子材料，（复合材 料）5、 金属材料包括两大类：钢铁 材料和非铁（有色）金属材料 这是H前用量域大、使用最广的 材料6、 主要冇铝、铜、钛、银、及 英合金等7、 无机非金属材料主要包括陶 瓷、水泥、玻璃、及非金属矿物 材料8、 冇机高分子材料乂称为高分 子聚合物，按用途可分为塑料、 合成纤维和橡胶三大类，塑料通 常又分为通用塑料和工程塑料9、 复合材料就是山两种或两种 以上不同原材料纽成，使原材料 的性能得到充分发挥，并通过复 合化而得到单一材料所不具备的 性能的材料。

按基休可分为金属 基、有机高分子材料基、无机非 金属某复合材料颗粒增强和纤 维増强复介材料10、材料按使用性能分类，可 分为结构材料和功能材料按结 构分类，可分为晶态材料（单品、 多晶、微晶、液晶、李晶）、非晶 态材料、准晶态材料 第二章材料学纲要1、 材料学就是硏究材料的成 分、纽织结构、合成加工、性质 与实用性能Z间关系的科学，使 丿IJ性能是材料研究的岀发点和目 标2、 材料的化学成分、组织结构 是影响其各种性质的玄接因素， 加工过程则通过改变材料的组织 结构而影响其性质另一方面， 改变化学成分又会改变材料的组 织结构，从而影响其性质其中 组织结构是核心，性能是研究工 作的落脚点第一节材料的成分与组织结构一、成分与结构1、 材料的成分是指纽•成材料的 元索种类及其含量，通常用质量 分数（3）表示，有时也用粒了 数分数（X ）表示材料的结构 主要是指材料中原子（离子或分 子等为了叙述简便，以下统一 山源子代表）的排列方式2、 结合键决定材料的性质，结 合键可大致分为两类：化学键和 物理键，化学键有离子键、共价 键和金属键等3种，而物理键包 JS范徳华（G D. Van der Walls） 键和氢键。

3、 原子以周期性重复方式在三 维空间冇规则排列的固体称为晶 体，否则称为非晶体4、 把晶休中的单个原子或若千 个原子抽象成一个儿何点，它们 在三维空间周期性匝复排列，构 成空间点阵，这些集合点称为点 阵5、 描述牢间点阵中阵点排列方 式的最小体积单元是对面平行的 平行六面体，称为晶胞6、 根据六面体的相对边长和夹 角，晶休分为立方、四方、六方、 菱方、斜方、单斜和三斜的七大 晶系，以及14种布拉菲点阵7、 加盟组元原子占据基木组元 原子晶体小所占位置的一部分或 它们Z间的某些空隙而仍保持基 木组元的晶体结构，这种晶体为 固溶体8、 如果加盟组元以一定的壁纸 重新纽•合形成新的品体结构，这 种晶体为化合物9、 溶质原子占据阵点的同溶体 称为置换型固溶体，占据基本组 元原子间隙的称为间隙型固溶 体10、 固溶体、化合物或单质（如 铸铁中的石墨）椰是多元料的组 成物，统称为组成相或简称“相”, 单质材料的组成相只能是它自 身，多元材料的组成相决定于其 化学成分11＞晶体缺陷：点缺陷、线缺 陷、面缺陷二、 材料的组织1、材料纽•织就是在光绪显微镜 或电子显微镜下可观察到，能反 映各组相形态、尺寸及分布的图 像，材料组织分析是材料研究中 十分重要的工作。

三、 成分和组织结构的检测四、 材料的成分与组织结构数据 库第二节材料的合成与加工 第三节材料的性质与使用性能一、材料的物理和化学性质及其 使用性能1、材料的使用性能是指材料在 服役条件下所表现的特性，它是 材料性质与服役条件、产品设计 及加工融合在一 •起所决定的要 索，其度量指标的寿命、速度、 能量效率、安全性和寿命期及费 用等2、材料的物理、化学、力学性 质都是成分和结构的体现，它们 巨鼎着材料的使用范围二、材料性质数据库 第四节结构材料的失效1、材料在外加载荷和环境的作 用F,会逐渐损失原有的物理、 化学或力学性能，直至不能继续 服役，这一现象称为失效结构 材料常见的失效形式冇过量变 形、断裂、磨损和腐蚀等一、 材料的变形1、 材料在荷载的做用下发生儿 何尺寸变化称为变形，变形分为 弹性形变和塑性变形两人类2、 永久性变形称为槊性变形 塑性变形具有不可逆性二、 材料的断裂1、 按照断裂前宏观塑性变形的 程度，断裂分为韧性断裂和脆性 断裂两类2、 按照断裂而的取向，断裂分 为正断和切断两类3、 按照裂纹扩展的途径，断裂 非为穿晶断裂和沿晶断裂两类4、 按照裂纹断裂机理，断裂分 为解理断裂、微孔聚集性断裂和 纯剪切断裂3类。

三、 材料的桝损1、类别：黏着磨损、磨料磨损、 腐蚀磨损及疲劳磨损四、 材料的腐蚀1、化学腐蚀和电化学腐蚀两大 类第三章金属材料1、金属的固态特性（1） 良好的导电性和导热性2） 正的电阻温度系数,即随 温度升高电阻增大绝大多数金 属具冇超导性,，即在温度接近于 绝对零度式电阻突然下降，趋近 与零3） 良好的反射能力，不透明 性及金属光泽4） 良好的槊性变形能力2、金属材料分为两人类：铁及 铁基合金和非铁合金一、 纯铁1、纯铁常温晶体结构为体心立 方,20°C点阵常为0.288nm,称为 a铁（a-Fe）； 910°C发生同素异 构转变，910〜1390°C具有面心立 方结构，915 °C点阵帘数为 0.364nm,称为 Y 恢（Y ・Fc ）； 1390°C以上晶体结构冇转变为休 心立方，称为§铁（§-Fe）o二、 碳钢1、 碳钢是指以铁和碳元素为 主2、 碳在a铁、丫铁和6铁中均 以间隙形式存在于固溶体中，分 别称为铁素体、奥氏体和§固溶 体（或高温铁素体）3、 按碳的质量分数分为：低碳 钢［3 （C） W0.25%］、中碳钢 ［0.25%V3（C）W0・6%］、高碳钢 ［3（C） >0.6%］;4、 按钢的质量（杂质硫、磷的 质量分数）分为普通碳素钢2）⑶ £0.055%, 3（P） £0.045%］优质 碳素钢Z（S） W0.040%, 3（P） W 0.040%］、高级优质碳素钢［3 （S） <0.030%, 3（P） W0.035%］。

5、 普通碳素结构钢数字表示 其最低屈服强度优质碳素钢 优质碳索结构钢主耍用來制造各 种机器零件6铸钢铸钢牌号的表示在数 字前冠以“ZG”7碳素工具钢碳素工具钢的 3 （C）=0.65%〜1.35%,钢号用礦的 平均质量分数的千分数表示，并 在前冠以“T”字碳素工具钢均 为优质钢，若属于高级优质钢（对 磷、硫的质暈分数限制更严），则 在钢号后标注“A”字第二节钢的热处理1、热处理是将尚态金属或合金 在一定介质小加热、保温和冷却， 以改变整体或表而组织，从而获 得所需性能的工艺一、 钢的热处理基本原理1、马氏体是结构为体心正方的 单相纽织，实质上是渗碳体未从 奥氏体中析出，而铁原子由而心 立方转变为体心立方的碳过饱利 铁素体二、 钢的常规热处理（一）退火1、 将钢加热到适当温度，保温 一定时间，然后缓慢冷却（一般 为随炉冷却），以获得接近于平衡 状态组织的热处理工艺叫退火2、 根据处理的目的和要求，钢 的退火可分为完全退火、等温退 火、球化退火、扩散退火和去应 力退火等（1）完全退火 完全退火又称 为重结品退火、通常用于亚共析 钢，是把钢加热至A c3以上 20〜30°C,保温一定时间后缓慢冷 却（随炉冷却），以获得接近平衡 组织的热处理丁•艺。

完全退火的目的在于使铸、 锻热加工造成的晶粒粗大、晶粒 大小不均匀的组织细化，以提高 其力学性能；或使中碳以上的的 碳钢和介金钢得到接近平衡状态 的纽•织，以降低硕度，改善切削 加工性能2）等温退火 等温退火是将 钢件或毛胚加热到高于A c3（或A cl）的温度，保温适当时间后，较 快的冷却到珠光的某一温度，并 等温保持，使奥氏体转变为接近 平衡的组织，然后缓慢冷却的热 处理工艺等温退火的目的与完全退火 相同，但转变较易控制，能获得 均匀的预期组织；对于奥氏体较 稳定的介金钢常可大大缩短退货 时间3） 球化退火 球化退火是使 钢中碳化物球状化的热处理工 艺球化退火主要用于过共析 钢，如工具钢、滚珠轴承钢等， 目的是使渗碳体（或碳化物）球 化，以降低硬度，改善切削加工 性能，并为以后的淬火作组织准 备4） 扩散退火为减少钢锭、 铸件的化学成分的不均匀性，将 钢锭、铸件加热到略低丁始容温 度的温度，长时间保温并缓慢冷 却的热处理工艺，称为扩散退火, 亦称均匀化退火5） 去应力退火 为消除铸造、 锻造、焊接和机加工、冷变形等 冷热加工在工件中造成的残留内 应力而进行的低温退货，称为去 应力退火。

加热温度一般为 550-600 °C o（二） 正火：1钢材或钢件加热到Ac3（亚共 析钢）和A cm （过共析钢）以上 30〜50°C,保温适当时间后，在空 气中均匀冷却，得到珠光体类纽 织（一般为索氏休）的热处理称 为正火正火与完全退火的主要差别在 于冷却速度快，使钢的组织比较 细三） 淬火将刚加热至奥氏体化后，快速 冷却，使组织转变为马氏体的热 处理工艺称为淬火四） 回火钢件淬火后，为了消除内应力 并获得所要求的性能，将其加热 到Acl以下的某一温度，保温一 定时间，然后冷却到温室到热处 理工艺叫做回火1淬火钢一般不直接使用，必 须进行回火这是因为：第一， 淬火后得到是很脆的马氏体组 织，并存在内应力，工件容易产 牛形变和开裂；第二，淬火马氏 体和尚未发生转变的残余奥氏体 都是不稳定组织，在工作中会发 生转变，导致零件尺寸变化，这 对于精密零件是不允许的；第三, 需要获得耍求的强度、硬度、塑 性和韧度的配合，以满足零件的 使用要求2回火的分类：（1） 低温回火（150〜200°C） 低温回火的II的是降低淬火应 力，提高共建韧度，保证淬火后 的高硬度和高耐磨性2） 中温回火（350〜500 °C）。

中温回火得到回火托氏体组织 它具有高的弹性极限和屈服强 度，同时具有一定的韧度，主要 用于处理各种弹簧3） 高温回火（500〜650°C） 髙温回火得到回火索氏体纽•织 它的综合力学性能绘好，即强度、 塑性和韧度都较高三）冋火脆性（1） 低温回火脆性（第一类 回火脆性）它是一种不可逆的回 火脆性为了防」上这类脆性，一 般是不在该温度范圉内回火钢 中加入少量硅，可使此脆化温度 区提咼2） 高温回火脆性（第二类 回火脆性）它是一种可逆的回火 脆性防止高温回火脆性的方法 是，尽量减少钢中杂质元索的质 量分数，活着加入Mo的合金元 素第三节合金钢一、概述1、合金钢的分类按所含合金 元素的多少，分为低合金钢（总 的质量分数低于5%）、中合金钢（总的质量分数为5%〜10%）和高 介金钢（总的质量分数高于10%） 按所含主要合金元素种类，可分 为偌钢、馅银钢、猛钢、硅猛刚 等按用途可分为结构钢、工具 钢和特殊性能钢等三大类和许多 小类2、 合金钢的编号工具钢的碳的质屋分数超过1%时，碳的质量 分数。