材料科学与工程导论试题

第二章料科学与工程的个基本要素作一第部填空个共分，空分．材科学与工程四个基本要素们分别是使用性能材的性质结构与份和合成与加工。．材性质的表述括力学性质、物理性质和化学性质。．强可以用弹性限、屈服强度和比例界限等来表.．三主要的材料学失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。．材的结构包括合结构、晶体结构和组织结构。．晶结构有三种它分别是：晶体、非晶体和准晶体。．化分析、物理析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方．材的强韧化手主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。第部判断（10题共分，题2分．材性质是功能性和效用的描述,是材料对电磁光热机载荷的反应√）．疲强度材料抵交变应力作用下断裂破坏的能力)．硬是指材料在面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力）．性是包括材料内的整个系统特征的体;性质则是材料身特征的体（√）．晶是指原子排短程有,周期）．材的热处理是通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法．材表面工程包表面改性和表面保护两个方（错）．材复合的过程是材料制备、改性、加工的统一过.(√)．材合成与加工程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行.（错)10

材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题）第部简答（题共分每10分）1．材性能的定义是什么?答在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。2．金材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大原因有哪两点？答1）按统计学原理算单位面积上的位错缺陷数,由截面减小而不能满

足大样本空间时，这个数值不再恒定2)体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。3．流成型包括哪几个方面？答属的半固态成型分材料的熔融成型瓷料、浆料成型和玻璃的熔融浇注。4．材改性的目的和内容是什么?答目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性能。内容１材的合金"2.材料的热处理第部论述（题共分每15分）1．些

检测器体视微镜光学微镜电子描显微透射镜场离显微镜隧道描显微镜

分辨率mm(毫)μm微米）μm微米）微米-纳米nm）达0.7nm观察原子排列，达0.2nm形貌察0.2--0.3nm观察原子结构0.05--0.2nm2．:(,

作二第部填空题10分，题1分）．材的物理性质述为电学性质、磁学性质、光学性质和热学性质。．材的硬度表征布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。3．材的化学性质主要表现为催化性质和防化性质。4．冶过程、熔炼与凝固、粉末烧结和高分子聚合是四种主要的材料制备方法。5．如按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：液态成型、塑变成型和流变成型。6．金材料的改性包括材料的合金化以及材料的热处理7．典热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。第部选择（题共分每分1．分材料的相组成你会选取何种测试手段BA扫电镜B透射镜C红吸收光谱2．分各相之间的位相关系选取何种测试手段）A红吸收光谱BX射衍射C扫电镜3．进断口形貌观察最好用何种仪(）A扫电镜B透射镜C射线衍射红外收光谱4．观原子结构采用何种仪器（A光显微镜B隧扫描线微镜C扫电镜红外吸收光谱５．下列仪器中分辨率最高的是（Ｃ）A体显微镜B光显微镜C隧道扫描线微镜D电子描显微镜第部判断（10题10，题1分1．材性能是随着外因的变化而不断变化个变过在这个过程中发生量变的积累,而性质保持质的相对稳定性;当变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化）2．疲强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力）3．韧指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能.（错4．在料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线,将料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法

5．准体的特点是原子排列长程有序，有周期6．现材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的(√）7．热理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的组织组成的情况，达到改变材料性能的方.（错）8．淬通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的(√）9．正是在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，降低韧性）10。料表面工程有：表面改性表面防护和薄膜技（√）第部简答（题共分每10分）1．从事材料工程的人们为什么须注重材料性能数据库。答：材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选材（CAMS)、计算机辅助设计CAD)计算机辅助制造CAM的基础2．什么是材料的组织组成。答：组成材料的不同物质表示出的某种形态特征3．“材料设计”构想始于50年代80年代实现“材料设"的件渐趋成熟。表现在哪三个方面。答1)基础理论的形成和发展2）算机科学技术的发展）合成与加工新技术的涌现4．新型材料设计的内容。成分构设计性质能预测合成工过程的控制与优化第部论述（题共分每15分）1．?使用材料结构合成

产生

具备

提供合成与加工

结构与成分

材料性质

使用性能2．你为材料工作者需要具备什么样的条?你认为哪些方面是新技术新材料的代表？答料学研究及工程化应用材料人员应具备这样一种能:能针对不同的使用环,提取出关键的材料性质并选择优良性能的材.准晶纳材料和界面科学等是的研究课题主要是围绕成分与结构展开的上追溯到材料的合成与加工，向下则牵联到材料的特征性.可以说，这些研究是新材料新技术的代表。

ⅡⅡ一、

作业三名词解释（6题共30分,每题5分）

晶体:原子在空间呈有规则的周期的重复排列。硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能.疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能.材料组织：材料组织是对材的类型、形状、数量、大小、分布等特征的描述，特征相同的部分归为一种组织组成韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。材料的合化:通过改变材料的成分达到改变材料性能的方法这种方法在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应.二、三、

填空题（10个空共10分,每空1分）固中的结合键可以分为（）种它是（金属键子、(分键价键共反应式:Lα+β）共反应的特点为(个液相生成两个固相)。材力学性能的硬度表征：布氏硬度(洛氏硬度)、维氏硬度等。马体的显微组织形态主要:板条马氏体状马氏体两种。其中（条马氏体的韧性较好液金属结晶时，结晶过程的推动力是和固相之间存在过冷）是非题（5题共10分,每题2分）

反应。（√一个合金的室温组织为+β+（α+由三相组（×）三束表面改性是指：激光束、电子束、离子束（√)材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题√)不论含碳量的高低，马氏体的硬度都很脆性都很大）四、五、

选择题（5题共10分,每题2分）决晶体结构和性能最本质的因素是：。原子间的结合能b.原间的距离c。原子的大小（a固体的晶体结构：(a与溶剂相同b与溶质相同。为其它晶型材的刚度a)有关：弹性模量b屈服强度c抗强间相的性能特点是：。熔点高，硬度;硬度高,点低c硬度高、熔点高（c）珠体是一种：a单相固溶体b两混合物c.和C的合物(b）简答题（4题共20分，每题5分）何粉末烧结？影响烧结的因素有哪些？烧结是陶瓷何粉末冶金工艺中最重要的工序。所谓烧结就是指在高温作用下坯体发生一系列物理化学变化松状态逐渐密化机械强度大大提高的过程。影响烧结的因素有很多,坯体的初始密度、物相组成、烧结气氛、压力以及添加剂等。

理.纤维复合材料强度高的原因是：纤维尺寸小强度高韧性改善,维表面受基体保护基有止裂作用断裂时维拔出要克服粘结力及纤维处于三向受

六、

力状态等。简从事材料工程的人们必须注重材料性能数据材料性能数据库是材料选择的先决条件性能数据库是实现计算机辅助选材（、算机辅助设计算辅助制造）的基础。简材料设计的主要内容材料设计贯穿于材料四素的各个方面，即：成分结构设计性质性能预测合成加工过程的控制与优化综合分析题(2题共20分,每题10分)材的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。提示：材料四要素使用性能、材料的性质、结构与成分、合成与加工关系:略试材料的强韧化的主要方法及其各自原理。提示:固溶强化、加工硬化、弥散强化、第二相强化、相变增韧原理:略

一、二、

作业四名词解释（6题共30分，每题5分）塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。马氏体：碳在α-Fe的饱和固溶体。断裂韧性工程上使用的各种材本不可避免地存在着微裂纹应力的作用下，这些裂纹进行扩展，一旦达到失稳扩展状态，便会发生低应力脆断。材料的热处理过一定的加热温却艺过程改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法.填空题(10个空共10分，每空1分）材料的物理性质主要包括（电学性质学性质学性、热学性质等三类主要的材料力学失效形式(断裂)损蚀.材料物理性能的电学性能表征有电)阻率电常数.三大类材料的成型技术在材料工程中是内容最为丰富的一部分按材料的流变特性来分析材的成型方法分为三种型成。三表面改性是指光电子束子束等。三、

是非题(5题共10分，每题2分)结材料是指工程上要求机械性能的材.）表淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能

√）有多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层中重要的两种方法是理气相沉积PVD和学气相沉积CVD.（√)合元素对钢的强化效果主要是固溶强化(×）四、a.五、

选择题（5题共10分，每题2分)晶体中的位错属于：。体缺.面缺陷。c。线缺陷）奥氏体是a.碳在γ—中间隙固溶体b。碳在—Fe中间隙固溶体c.碳β—Fe中间隙固溶体（在发生L→α+β共晶应,三相的分：。确定。相同。不定(b）设计纤维复合材料时，对于韧性较低的基体，纤维的膨胀系数（于性较好的基体,维的膨胀系数可（c)略低b相差很大略相同简答题（4题共20分，每题5分）何复合材料？简述材料复合的目的。复合材料为由两种以上不同性质的材料组成的多相固体材料，具有其组成材料所，没有的优越性能料合的主目的就是依据不同材料性能的优势互补调用的原则，进行材料的设计与制备.此材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过.

别.材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电。光热机载荷的反应。使用性能：是指材料在最终使用状(产品、元件下表现出的行为。

性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现简材料的加工的主要范畴传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：材料的切削车铣、刨、磨、切、钻材料的成型：铸造、拉、拔、挤、压、锻材料的改性：合金化、热处理材料的联接焊、粘接简材料改性的目的以及其主要内容目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性内容:１.材料的合化.材的热处理六、

综合分析题(2题共20分，每题10分）些成分分析化学分析：化验物理分析：物理量间接测定谱学分析：红外光谱、光电子能谱，等结构分析光学显微镜、TEM、场离子显微镜隧道扫描显微镜等试材料热处理的常见工艺及其目的。提示：典型热处理工艺淬火、退火、回火、正火目的：略

第三章

结构材一填题、碳质量分数大于％的碳合金称之为铸铁常还含有较多的Si、、等元素、优碳素结构钢钢号是以的平均万分数来示的。、碳常规热处理退火正火、淬火、回火四种、碳铁碳合金中存在形式有与铁间隙固溶化合的渗碳体、游态的石墨、高子材料分子很大，是由许多相同的结构单元组，并以共价的形重复连接而成、塑料、橡胶纤维被为三大合成高分子材料。、高子按结构单的化学组成可分为链高分子、杂高分子、元有机高子、无机高分子。、聚物分子运动有多性明显松弛特性。、聚烯可分为低密度聚乙烯、密度聚乙烯、线低密度聚乙烯、超分子质量聚乙烯、改性乙烯。10陶材料的晶体缺陷有点陷、线陷、面陷其中导电性与点陷有接关系。11陶材料的性和韧性较，这是陶瓷材料最大弱.12陶材料热膨胀系数小，这是由晶结构和化学定的.13由种或两种以上物、化、力学能不的物质,经人工组合而成的多相固体材料叫复合材料.14复材料可分为结复合材料和功复材料两类。15颗增韧的增韧机理主要包括相增韧、裂纹向增韧、和分增韧.16界是复合材料中基体与增材料之发生相互作用和相互扩散而形成的结合面。17复材料界面结合的类型有机结合、溶与润结合、反结合、混合结合.二判题、不锈钢中含碳量越则耐腐蚀性就越.

（√）、纯铝中含有Fe等素时会使其性能下(√）、正火是在保温一段时间后随炉冷却至室温。（×）、受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。（√)、聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。（）、陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容大。（√)、陶瓷材料中位错密度很高。

(×）、陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强。（√）纤维增强金属基合材料的目标是高体在室温和高温下的强度和弹性模（√）10复合材料有高的强度和弹性模量、良好的减震.

（×)、界面的特性对复合材料起着举足轻重的作用。（√

三简题、钢照同分可分哪几?答：、按碳的质量百分数分：低碳钢≤0.25％）中碳钢C:0.25≤≤）高碳钢：＞％、按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量普通碳素钢（S≤0。055，≤0.045％)优质碳素钢(≤0.0400％高级优质碳素钢S≤0。030%,P≤。035)、按用途分：碳素结构钢碳素工具钢、么做火退的用什么答：退火：将钢加热到适当温度保温一定时间，然后缓慢冷却(随炉冷却获接近于平衡状态组织的热处理工艺。退火的目的主要是为了消除内应力。、墨存对铁着么的作？述原.答：、铸铁的切削加工性能优异；、铸铁的铸造性能良好；、铸铁具有耐磨性；、铸铁具有良好的减振性；、铸铁对缺口不敏;对铸铁的作用原因：主要是石墨的存在具有润滑作、述合的要缺。答：优点：低比:业用材料中最轻量材料（铝的2/3重高比强度：优于钢和铝震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出易机械加工、耐冲击性好、电磁屏蔽性好可再生利用：有利于环境优化缺点：抗腐蚀性能差、塑性变形能力差。、小子比分有么点？答：与小分子相比，高分:分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；分子间力很大，没有沸点，加热到以，材料破坏（降解或交联、分有三力状态各什特？答：高分子有玻璃态、高弹态、粘流态三种力学状态。玻态链段动处于冻结状态，模量高形变小。具有虎克弹性行为，质硬而脆。高态链运动已充分发展在较小应力下，即可迅速发生很大的形变，除去外力

形变可迅速恢复。粘态由链段的剧烈运动，整个大分子链重心发生相对位移，产生不可逆位移即粘性流动；交联聚合物无粘流态存在、么玻化变度有特点答聚物的玻璃化转变是指从玻璃态到高弹态之间的变.分子运动的角度看,玻化温度Tg大分子链段开始运动的温度。特点：玻璃化转变是一个松弛过在时间尺度不变时凡是加速链段运动速度的因,如大分子链柔性的增大、分子间作用力减小等结构因素，都使下降、分的弃造了境题，采什措？答1开发可降解的高分子材料．回收利用、例明瓷料结键要有两,各有什特？答：陶瓷材料的组成相的结合键为离子(、价金刚石Si3N4)特：以离子键结合的晶体称为离晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高、等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性热膨胀系数小固态时绝缘但融态可导电等特点。金属氧化物晶体主要以离子键结合，一般为透明体。以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性因共价键晶体的原子堆积密度较低.共价键晶体具有强度高、硬度高、熔点高、结构稳定等点。但它脆性大无延展性膨胀系数小态融时都绝硬的金刚石、BN等材料都属于共价晶体。、瓷材主有些组，有么用答：有晶体相、玻璃相和气孔组晶体相是陶瓷材料最主要的组成相要是某些固溶体或化合物其构形数及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部,结构类似于玻璃.作用是：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。11、简陶材的学能点答硬度陶的硬度很高，多为1000Hv~1500Hv陶硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。刚陶的刚度很高度是由弹性模量衡量的弹模量又反映其化键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。强陶材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性,内部杂质和各种陷的存使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多。

陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。塑、性陶材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹由于裂纹尖端的应力集中部纹在受外应力时扩展很快是导致陶瓷材料断裂的根本原因.、么是泥水的类要哪?答水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆体既能在空气中硬又能在水中硬化的并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。主要的种类有：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、火山灰水泥、量耐材性的标要哪？答：耐火度：材料在高温下不熔化的性质。荷重软化温:指耐火材料在温度和荷重作用下抵抗变形的能力。高温体积稳定性：在高温下外形体积及线度保持稳定的能力。抗热震性：在高温下，温度急剧变化不破坏的能.抗渣性:抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。耐真空性：在真空和高温下服役的能力。、述复材的展势答:由宏观复合向微观复合发展；向多元混杂合和超混杂复合发展；由结构复合为主向结构复合与功能复合并重的方向发展动复合向主动复合材料发展常设计向仿生设计方向发展；、述纤增机并明强维到化体用要备些件答机理微细的增强纤维直径较小，产生裂纹的几率降;纤维在基体中，彼此隔离，纤维表面受到基体的保，护，不易受到损伤，不易在承载中产生裂纹，增大承载力；纤维在基体中，即使有些裂纹会断裂，但基体能阻止裂纹扩展;于基体对纤维的粘结作用以及基体与纤维之间的摩擦力，使得材料的强度大大提高。条：强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高;基与纤维之间要有一定的粘结力，并具有一定的强度；纤维应有一定的含量、尺寸和分布；纤维与基体之间的线膨胀系数相匹配；纤维与基体之间有良好的相容性。、么是粒强合料简述增机。答颗粒增强复合材料是由高强度高弹性模量的脆性颗粒作强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料。增机弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止位错运，产生显著的强化作用这复合强化机类似与合金的析出强化机理体是承受载荷的主体不的是这细小弥散的颗粒并非借助于相变产生的硬颗粒们在温度升高时仍保持其原有尺寸