工程材料知识点.docx

材料的结构与组成

1、填写出下表中三种典型金属的基本参数

晶格类型

晶包内平均原子数

原子半径r和α的关系

配位数

晶格致密度

B.C.C

1/8X8+1=2

r=√3/4a

8

0.68

F.C.C

1/8x8+1/2x6=4

r=√2/4a

12

0.74

H.CP

1/6x12+1/2x2+3=6

r=a/2

12

0.74

2、根据刚性模型，计算体心立方、面心立方及密排六方晶格的致密度。

体心立方：首先在一个晶胞中总共有8*1/8+1=2个原子，这个两个原子的体积为V1=2*4/3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。

根据晶胞中的原子分布可知，体心立方密排方向为[111]，从而可以得到4r=a*√3。根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√3/8=68%。

面心立方：一个胞共有8*1/8+6*1/2=4个原子，这个两个原子的体积为V1=4*4/3πr^3，而晶胞体积为V2=a^3。面心立方密排方向为[110]，从而有4r=a*√2。根据上述可以计算其致密度为η=V1/V2=π*√2/6=74%。

密排六方：4/3πr^6/a^3=（4/3πx（a/2）^6)/6x(√3a/4)xc=0.74

3、晶粒的大小对材料力学性能有哪些影响？用哪些方法可使液态金属结晶后获得细晶粒？

晶粒度的大小对金属材料的力学性能有很大影响。金属材料晶粒越小，其综合力学性能越好，即强度、硬度、塑性、韧性越高。

细化液态金属结晶晶粒的方法：增大过冷度、变质处理、振动或搅拌。

4、什么是过冷度？过冷度和冷却速度有什么关系？

金属在实际结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，这种现象称为过冷。理论结晶温度T0和实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。

5、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？

晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。

其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷包括刃型位错、螺型位错。

面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。

它们对力学性能的影响：使得金属塑性、硬度以及抗拉压力显著降低等等。

材料的力学行为

1、说明下列力学性能指标的名称、单位及其含义。E、Re、Rm、ReL、Rr0.2、R-1、A、Z、αk、HBW、HRC。

名称

单位

含义

E

弹性模量

Pa或者MPa

应力和应变成正比，比例系数称为弹性模量

Re

弹性极限

MPa或N/mm2

在应力除不遗留任何永久变形的条件下，材料能承受的最大应力

Rm

抗拉强度

MPa

试样拉断前承受的最大标称拉应力

ReL

下屈服强度

MPa

屈服强度的下屈服点，是当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力

Rr0.2

伸长率位0.2%时的残余伸长应力

σr

试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距0.2%时的应力

R-1

疲劳强度极限

Pf

材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力

A

伸长率

%

金属在做抗拉实验时，式样断裂后，其断面标距部分所增长的长度与式样初始长度的百分比

Z

断面收缩率

%

材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值

αk

冲击韧性值

J/cm2和J

反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力

HBW

布氏硬度法

HBS或HBW

HRC

洛氏硬度法

HRA或HRB或HRC

2、什么是金属疲劳？疲劳破坏有哪些特点？

金属疲劳：指材料，零构件在交变应力作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

特点：①疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂钱没有预兆，而是突然破坏。

②引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点。

③疲劳破坏的宏观口由两部分组成，即疲劳裂纹的第源地及扩展区（光滑）和最后和最后断裂区（粗糙）

3、什么叫位错？什么叫刃型位错？简述滑移的位错理论。

位错：晶位中的线缺陷就是各种类型的位错。

刃型位错：滑移方向与位错线垂直的位错叫刃型位错。

简述滑移的位错理论：由于金属晶体存在一定的局部缺陷——刃型位错和螺旋位错，实际滑移时，所需切应力要比整体滑移所需切应力小。

4、产生冷变形强化的实质是什么？有何实用价值？

实质：位错密度的增加

作用：①使金属强度增加而塑性下降。

②用一种便宜的经过变形的金属来代替未变形的强度高但价格更贵的金属。

冷变形强化即加工硬化。随着塑性变形量增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。冷变形强化有一定的适用价值，例如：（1）生产中通过冷轧、冷拔等冷加工工艺来提高钢板或钢丝的强度。（2）用一种便宜的、经过变形的金属来代替未变形的、强度高但价格更贵的