材料科学与工程导论期末复习题.docx

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材料科学与工程导论期末复习题

材料科学与工程导论期末复习题

1.解决不同工程用途所需要的材料称为工程材料，按物理化学属性将其分为（金属材料）、（陶瓷材料）、（高分子聚合物材料）和（复合材料）。

2.钢是以铁为主要元素、含碳量分数小于（2.11%），并含有其他元素的合金；铸铁是指含碳质量分数大于（2.11%），并含有较多Si、Mn及杂质元素S、P的多元铁碳合金。

3.陶瓷材料是由陶瓷粉料经过（成形）、（高温烧结）烧成的一类无机非金属材料，主要分为（传统陶瓷材料）和（新型陶瓷材料）。

4.材料是人类社会所能接受的、可经济地用于制造（有用器件）的物质，是人类赖以生存和发展的（物质基础）。

5.性质是材料（功能特性）和效用的定量度量和描述。

任何一种材料都有其（特征的性能）和由之而来的应用。

6.使用材料及开发高性能的新材料，必须了解影响材料性能的各种因素，其中最基本因素就是材料的（内部结构），材料的性能由其（内部组织结构）所决定。

7.区分晶体与非晶体，主要是从内部的原子（分子）的（排列情况）来确定，而不是其外形。

晶体中原子在三维空间作有（规则的）、（周期性的重复排列），而非晶体不具有这一特点。

8.除了在某些特殊条件下，元素难得以（原子态）存在，基本上均以（分子态或液态）、固态存在，后二者称为（凝聚态）。

9.正、负离子经（库仑静电引力）相互结合起来结合键称为（离子键），所结合而成的固体称为（离子固体）。

10.金属键没有（饱和性和明显方向性），将原子维持在一起的电子并不固定在一定的位置上，故金属键结合的金属晶体一般以（密堆积方式）排列。

11.热力学把所选择的（研究对象）或物体本身称为系统，在系统外（与系统有密切联系）的其余部分称为环境。

12.研究炼钢炉内的钢水情况时，则（钢水）是体系，（炉渣、炉气、炉体）等都是环境，它们之间既有热的交换，又有化学反应引起的物质交换，所以钢水是敞开系统。

。

13.实际晶体材料几乎都是（很多小晶体即晶粒）组成的多晶体，其相邻的晶粒在交界处形成（晶界）。

14.材料中具有（同一化学成分且结构相同）的均匀部分称为相。

相与相之间有（明显的界面），简称相界15.（固溶体）与化合物是（固态）金属材料中的两类基本组成相。

16.材料加工：

使材料成型为有用的产品或改变其性能17.硬质合金：

硬质合金又称黏结碳化物，是由碳化物的硬质相和金属的粘结相组成的粉末冶金材料，也属于复合材料。

18.结构敏感性：

对材料的显微组织结构具有敏感性的材料性能；结构敏感性除了屈服强度，断裂强度，还有疲劳强度，蠕变强度，还有一定的塑性和韧性。

19.原子排列的短程有序：

假如材料中的原子的某种规则排列只延伸至该原子最邻近的区域，则该材料具有短程有序性。

20.空间点阵：

是材料晶体结构的几何抽象和概括性描述21.位错：

晶格中一个晶体相对于另一个晶体发生滑移，滑移面上的滑移区和未滑移区的交界线称为位错。

21.扩散：

使材料内部原子的扩散，起源于原子的热运动。

22.合金：

有两种或两种以上的金属与非金属经一定的方法合成的具有金属特性的物质。

23.组织：

材料内部组成物的宏观和围观的型态称为组织。

一、简答1、材料科学与材料工程的概念及联系？

材料科学是一门学科，它致力于材料本质的发现和解析；材料工程是工程的一个领域，它的目的在于采用经济而又能为社会所接受的生产加工、加工工艺，控制材料的结构、性能和形状以达到使用要求。

材料科学和材料工程之间的主要区别在于着眼点的不同。

材料科学着重于发现材料的本质，由此对结构与组成、性质、使用性能之间的关系做出描述与解释；而材料工程则是应用材料科学的理论和知识，对材料进行控制并实现其具体应用。

2、陶瓷材料的分类及区别？

一般分为传统陶瓷材料和新型陶瓷材料传统陶瓷虽然具有耐高温、抗腐蚀、等特点，但其所使用的天然原料含有较多杂质，也就无法控制制品的性能，因而很难满足更高的要求。

新型陶瓷材料主要以高纯、超细人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结而成，有更加优异的力学、化学性能，而且具有某些特殊的物理性能。

3、材料性能指标的条件性？

其一，在不同的外界条件下，同一种材料也会有不同的性能；其二，材料的性能指标具有相对意义，具有条件性。

在不同的试验规范下，相同的材料也会有不同的性能指标。

4、弹性变形的不完整性？

理想的弹性变形是单值，可逆的小变形，加载时立即变形，卸载时立即恢复原状，变形与时间无关，加载曲线与卸载曲线重合。

但实际使用的材料往往是多晶材料，存在各种晶体缺陷，弹性变形时，并不是完全弹性的，会出现包申格效应、弹性后效、和弹性滞后等现象。

5、晶体中各种缺陷的概念及对晶体结构和性能的影响？

点缺陷：

在三维空间各个方向上的尺寸都很小，故称零维缺陷。

线缺陷：

在三维空间两个方向上的尺寸很小，而在另一方向上尺寸较大，故称一维缺陷。

面缺陷：

在三维空间一个方向上的尺寸很小，另两个方向尺寸较大，故称二维缺陷。

体缺陷：

在三维空间三个方向上的尺寸较大，故称三维缺陷。

点缺陷对晶体结构和性能的影响：

点缺陷周围的点阵畸变提高了金属材料的强度，其他材料的点缺陷直接影响其导电等性质；线缺陷对晶体结构和性能的影响：

大量位错在金属的某些平面上的滑动就引起金属的塑性变形，而面对位错的产生、增殖和设置运动障碍就强化了金属；面缺陷对晶体结构和性能的影响：

无论哪一类型面缺陷处的原子排列都很不规则，处于较高的能量状态。

体缺陷对晶体结构和性能的影响：

6.各种典型材料的原子排列与性能特点？

①金属材料：

具有简单、高对称的密排结构，具有一定的强度，较好的塑性和韧性②陶瓷材料：

由多种元素组成晶体结构，十分复杂，其中非晶体原子可排成简单立方，面心立方，密排六方等结构；强度、硬度高，但脆性较低。

③高聚物材料：

它的原子排列较金属与陶瓷更为复杂，大量原子形成一个大分子链，许多大分子链组成了高聚物；强度很高，但晶态与非晶态性能差别大。

7.工程材料的结晶倾向、过程及影响因素？

*（改）每种材料都有结晶和玻璃化两种倾向，相互竞争过程：

形核长大两者交替进行具体表现：

△T=Tm-TgTm为结晶温度Tg为转变成玻璃态的温度影响因素：

①液体的粘度：

粘度大，原子流动困难，难结晶；②晶体结构复杂程度：

复杂，原子调整困难，难结晶△T越大，原子有充分时间调整为长程有序，易结晶，△T越小，则易玻璃化；8.晶体/非晶体原子排列方式及影响因素？

*原子取向和位置都具有长程有序排列的材料即为晶体材料非晶体材料其结构特征是原子排列的短程有序，而长程无序。

影响因素：

首先，原子的键合方式；其次，有时晶体结构还必须满足组成原子的化合价要求；最后，某些键合无方向性，多倾向于密堆积以降低系统能量；9.固溶体概念、分类和性质？

溶质组元进入溶剂组元的晶格中所形成的单相固体称为固溶体。

按照溶质原子在溶剂原子晶格内的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体性质：

固溶体的强度、硬度高于其溶剂组元，产生了强化效果，同时塑性、韧性变化不大。

因而固溶体具有较好的综合力学性能，良好的塑性成型性能；10.金属中晶粒的取向及应用？

通常，金属内各晶粒的取向是完全任意的，也有例外，晶粒单方向排列的取向会造成性能的方向性。

铁[100]方向上比其他方向上有更高的磁导率。

使晶粒的[100]方向与磁场方向一致，变压器磁性能得到显著提高，在电力损耗方面每年可节省出上百亿美元（美国）11.粉末材料烧结过程及机理？

烧结是一种高温处理方法，是材料微粒连接在一起并且逐渐减小它们之间的孔隙体积的过程。

机理：

将粉末材料在模型里制成一定形状之后，粉末在很多部位上彼此接触，但微粒之间存在着大量的孔隙。

为了降低表面能，高温下原子向边界（表面）扩散，使微粒连接在一起，最终使孔隙缩小。

进行长时间烧结，就可以消除孔隙，并使材料变得致癌（致密化）。

在较高温的烧结，由于原子的扩散加快，密实化的速度也增加。

12.举例说明金属原子的空位扩散机制/间隙扩散机制及扩散条件？

空位扩散机制：

扩散原子跳入空位，同时有空位移动与之配合。

条件：

①一是由热激活获得能够越过位垒的能量；②二是晶体内有点阵空位或其他缺陷；间隙扩散机制：

在间隙固溶体中，晶体结构内存在着间隙原子，这些溶质原子尺寸小而易动，他们从一个位置跳到另给一个位置的扩散即为间隙扩散。

条件：

间隙扩散时，溶质原子必须挤开溶剂原子才能进入相邻的空缺间隙位置，其扩散激活能就是溶质原子发生跳动时所需的额外能量。

13热力学意义上的材料系统与环境的概念、分类与联系？

系统：

热力学把所选择的研究对象或物体本身称为系统；环境：

在系统之外的，而与系统有密切相连的其余部分称为环境。

分类：

依据系统与环境之间是否有能量及物质交换，可将系统分为三类：

既有物质交换又有能量交换，这样的系统称为敞开（开放）系统；只有能量交换，而无物质交换，称为关闭（封闭）系统；既无能量交换，有无物质交换，称为隔离系统（孤立系统）。

14、低合金高强度钢的概念、性质及强韧化手段？

低合金高强度钢：

是指在低碳钢中加入少量（一般不大于5%）合金元素低合金钢具有较高强度和韧性，且耐腐蚀、耐低温，其焊接性、成形性等工艺性能好，生产成本较低。

强韧化手段：

细晶强化、析出强化15、材料的磨损分类、机理及防护措施？

+按照磨损的机理，可将磨损分为6种基本类型：

黏着磨损，磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损和冲蚀磨损。

黏着磨损：

当两个表面相对滑动时由于从一个表面上拉掉一些材料而黏附于另一个表面上。

克服或减轻这一类型磨损润滑措施非常有效。

磨料磨损：

由于氧化物颗粒或外来硬颗粒通常必金属硬，造成磨料磨损。

防护措施：

发展多种耐磨与抗磨材料；对材料表面进行耐磨处理16、各种材料的原子排列特征？

*金属：

具有简单、高对称的密排结构陶瓷：

具有正负离子相间排列的强约束，以及一定的配位要求和方向要求高分子材料：

由众多原子聚合成大分子，大分子又结合排列；17、相与组织的区别于联系？

各种材料中的相与组织特点？

（改）组织与相是有密切联系的两个概念，材料的显微组织组织实际上是指各个晶粒或各种相所形成的具体形貌或形态。

在不同的工艺条件下，相的晶粒大小、数量、形态及其分布会有所不同，从而材料内部会呈现不同的微观形貌特征。

同样的相可以形成不同的组织。

①固溶体与化合物是固态金属材料中的两类基本组成相②各类陶瓷的结构组成各不相同，但都由晶相。

玻璃相，气相三部分组成。

③整个高聚物的组织通常由晶区与非晶区混合构成④复合材料的结构通常是以一个相为连续相，构成基体材料；另一个相是不连续相，以独立的形态分布在整个连续相中，构成增强相。

18、材料断裂的分类及断口特征、机理？

*断裂的分类：

根据材料静拉伸试验中发生断裂时的塑性大小以及断口的宏观特征，可将断裂分成脆性断裂和韧性断裂。

韧性断裂：

在断裂部件上可以观察到大量的变形，包括颈缩现象。

通常，韧性断裂起因于单纯的过载，即材料受到了过高的应力。

脆性断裂：

从宏观上看是正断，是与最大应力垂直的断裂。

在低温、粗大截面、高应变率条件下，当裂纹起重要作用时，金属都会以脆性方式断裂特别是对于冲击负荷导致的材料破坏，脆性断裂是经常见到的失效形式。

19、高周疲劳断裂的概念、特点及机理？

（1）虽然零件所承受的应力一般要低于材料的屈服强度，但如果工作的时间足够长，材料也会发生断裂，这种现象就称为疲劳断裂，按照断裂寿命的长短和应力的高低不同，可分为高周疲劳（也称应力疲劳，oェ＜os）

（2）与静负荷或一次冲击加载断裂相比，（高周）疲劳断裂具有如下特点:

（1）疲劳断裂是低应力脆性断裂，其断裂应力往往低于材料的屈服强度。

断裂是突然的，没有预先征兆，看不到宏观塑性变形，危害性比较大。

2）疲劳破坏是长期的损伤积界过程。

损伤是从局部区域开始的。

在交变应力的作用下，金属材料往往要经过几万次，甚至几百万次循环后才能产生破坏。

（3）疲劳破坏对缺陷（缺口、裂纹和其他表面缺陷以及显微组织缺陷）十分敏感。

（3）大体上可把疲劳失效过程分为三个阶段一一疲劳裂纹的形成、发展及最终的突然断裂。

裂纹一旦萌生，就会在周期应力作用下逐渐横越零件表面，这个阶段会在宏观面上产生“贝売”或“沙滩”花样，微观上常可观察到疲劳辉纹。

最后，当剩余界面无法再承受负荷时，就会发生完全断裂；