工程材料作业一
一、选择题
1、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ）
A塑性 B硬度 C强度 D密度
2、金属键的实质是（A ）
A自由电子与金属阳离子之间的相互作用
B金属原子与金属原子间的相互作用
C金属阳离子与阴离子的吸引力
D自由电子与金属原子之间的相互作用
二、问答题
1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？
这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。这样的物质比较易于形成晶体。相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。这样的物质较难形成规则晶体。综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长
2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？
材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E(单位为MPa)。E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。
3、δ和ψ两个性能指标，哪个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？
金属材料的塑性指标中有拉伸实验时的最大延伸率δ和断面收缩率ψ，压缩实验时的压缩比ξ，扭转实验时扭转角度γ，极限压缩率以及冲击韧性等。这些指标反映了固体金属在外力作用下可以稳定地发生永久变形而不破坏其完整性(不断裂、不破损）的能力。塑性反映材料发生永久变形的能力。柔软性反映材料抵抗变形的能力（变形抗力大小）。塑性指标在工程上的实际意义十分巨大，因为塑性好的材料在外力作用下只会变形，不会开裂。许多场合需要塑性好的材料来制作要去变形量大的部件，例如螺栓紧固件、数不胜数的冲压件、连杆、汽车外壳等。
作业二
一、选择题
1、在密排六方晶格中，单个晶胞的原子数为（ C ）。
A、2
B、4
C、6
D、8
2、纯铁在850℃时的晶型为（A ）。
A、体心立方
B、面心立方
C、密排六方
D、复杂晶系
二、判断题
1、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√）
2、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（×）
三、问答题
1、金属常见的晶格类型有哪几种？
答：金属晶体结构有三种,即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格.
2、写出体心立方和面心立方晶格中的原子数、原子半径、致密度和配位数。体心立方晶胞，原子数：2，配位数：8，致密度：0.68.
面心立方晶胞，原子数：4，配位数：12，致密度：0.74
3、金属实际晶体结构中存在哪些缺陷？每种缺陷的具体形式如何？
实际金属晶体中存在缺陷,这些缺陷是：
（1）点缺陷：如空位,间隙原子,置换原子.
（2）线缺陷：如刃型位错,螺旋型位错.
（3）面缺陷：分外表面和内界面两类.内界面型如晶界,亚晶界,孪晶界等.
如果不考虑这些缺陷,同一个晶粒内部金属原子是规则排列的；对于钢铁而言,铁原子在室温下的空间点阵是体心立方,许多体心立方的晶胞连在一起,他们之间的连接是金属键.
作业三
一、选择题
1、实际生产中，金属冷却时（C ）。
A、理论结晶温度总是低于实际结晶温度
B、理论结晶温度总是等于实际结晶温度
C、理论结晶温度总是高于实际结晶温度
D、实际结晶温度和理论结晶温度没有关系
2、固溶体的晶体结构( A )。
A、与溶剂的相同
B、与溶质的相同
C、与溶剂、溶质的都不相同
D、是两组元各自结构的混合
二、判断题
1、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√）
2、铁素体是置换固溶体。（×）
三、问答题
1、单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？
答：（1）整块物质都由原子或分子按一定规律作周期性重复排列的晶体称为单晶体.整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的,这样的物体叫多晶体：单晶体具有各向异性,多晶体具有各向同性.
（2）在单晶体中沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就使单晶体具有各向异性。而多晶由很多单晶构成,而且自排布无规律,所以各项异性相当于存在于各个方向,也就是没有各项异性了.
2、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？
答：（1）金属结晶是在恒定的温度下进行，结晶时放出潜热，需要过冷度，结晶的过程是晶核的产生和晶核不断长大的过程。
（2）晶核的形成率和成长率受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率增长比成长率的增长快。同时，外来难容杂质以及震动和搅拌也会增大形核率。
作业四
一、选择题
1、多晶体的晶粒越细，则其（A ）。
A、强度越高，塑性越好
B、强度越高，塑性越差
C、强度越低，塑性越好
D、强度越低，塑性越差
2、液态凝固过程中，下列恒温转变属于共晶反应的是（α+β→γ）。
A、L→α+β
B、γ→α+β
C、L+α→β
D、γ→α+β
二、判断题
1、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。（×）
2、一个合金的室温组织为αⅠ+βⅡ+（α+β），则它由三相组成。（×）
三、问答题
1、说明含碳量对碳钢力学性能的影响。
碳钢中的含碳量增加，钢的强度、硬度增大，韧性、塑性下降。当ωc＞1.00％时，由于网状Fe3CⅡ的出现，其强度显著降低，而钢的硬度仍然继续成线性增大。
为了保证工业用钢有较好的强度、硬度、韧性和塑性匹配，通常其ωc＞1.40％
3、用杠杆定律分别计算珠光体、莱氏体在共析温度与共晶温度转变完毕时相组成物的质量分数。
你的问题有点困惑.珠光体在共晶温度?这个不可能,以为那个温度不会有珠光体了.
1.珠光体在共析温度下相组成如下：
w（铁素体）=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）=88.8%
w（渗碳体）=1-88.8%=11.2%
2.莱氏体在共晶温度下相组成：
w（奥氏体）=（6.69-4.3）/（6.69-2.11）=52.2%
w（渗碳体）=1-52.2%=47.8%
莱氏体在共析温度下相组成：
w（铁素体）=（6.69-4.3）/（6.69-0.0218）=35.8%
w（渗碳体）=1-35.8%=64.2%
以为字母不好打,我用中文代替哪些相的名称了.
3、何谓共晶反应、共析反应？试比较这两种反应的异同点？
作业五
一、选择题
1、马氏体的硬度主要取决于（C ）。
A、过冷奥氏体的冷却速度
B、过冷奥氏体的转变温度
C、马氏体的含碳量
D、临界冷却速度(vk)
2、40碳钢室温平衡组织是（ D ）。
A、珠光体＋渗碳体
B、铁素体＋渗碳体
C、马氏体＋铁素体
D、珠光体＋铁素体
二、判断题
1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（×）
2、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。（×）
三、问答题
1、扼要指出共析钢过冷奥氏体在各温度区间转变产物的组织形态与性能特点。
(1) 过冷奥氏体的高温转变产物是珠光体型组织。珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物．转变温度越低，层间距越小。按层间距珠光体型组织分为珠光体(P)、素氏体(S)和托氏体(T)。
2)过冷奥氏体的中温转变产物是叮氏体型组织，分为上贝氏休和下贝氏体二种。上贝氏体强度和硬度不太高，而韧性很低；下贝氏体有较高的强度和硬度，还有一定的韧性，即有较好的强韧性配合，或称有良好的综合力学性能。
3)过冷奥氏体的低温转变产物是马氏体，马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
马氏体转变的特点：是一种非扩散型转变，马氏体的形成速度很快，马氏体转变是不彻底的，总要残留少量奥氏体，马氏体形成时体积膨胀。在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。
马氏体组织形态；马氏体的形态有板条状和针状(或称片状)两种。碳的质量分数在0.25％以下时，基本上是板条马氏体(亦称低碳马氏体)；碳的质量分数在1.0％以上时，基本上是针状马氏体(亦称高碳马氏体)。
马氏体的性能特点：高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶亚结构．所以硬而脆，塑性、韧性极差。但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性：低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构．则不仅强度高．而且塑性、韧性也较好。马氏体的比体积比奥氏体大。马氏体是一种铁磁相。马氏体的品格有很大的畸变，因此它的电阻率高。
2、什么是回火脆性？如何防止第一、第二类回火脆性。
普通碳钢的韧性在300－350℃附近有一低谷，称为回火脆性。
第一类回火脆性细小薄片状过渡碳化物和刚形成的渗碳体在马氏体的板条边界或马氏体片面的边界析出，硬而脆的碳化物割裂了基体的连续性使钢的韧性下降，残余奥氏体分解的应力加重了脆性的程度，这种在回火时韧性出现谷值的现象成为“回火脆性”。所有的钢几乎都存在第一类回火脆性，因此一般应避免在250－400℃进行回火。
第二类回火脆性对于含Ni、Cr、Mn的钢在450－600℃时，也出现韧性下降现象，其原因有多种说法，主要认为是回火后冷却时，杂质元素在晶界的偏聚，这个现象称为第二类回火脆性。第二类回火脆性仅在部分材料中发生，并且回火后采用快速冷却可以抑制其发生，因此对具有第二类回火脆性的钢在高温回火后必须采用快速冷却。
作业六
一、选择题
1、铅在常温下的变形属（C ）。
A、冷变形
B、热变形
C、弹性变形
D、既有冷变形也有热变形
2、合金固溶强化的基本原因是（B ）。
A、晶粒变细
B、晶格发生畸变
C、晶格类型发生了改变
D、晶粒变粗
二、判断题
1、对金属进行冷、热加工都会产生加工硬化。（×）
2、位错的滑移是金属进行塑性变形的唯一方式。（×）
三、问答题
1、热塑性加工对金属的组织和性能有何影响?
（1）热加工时金属发生组织结构的软化，热加工时软化有以下类型：动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶；静态回复和静态再结晶
（2）1.为了控制材料的最后组织，如晶粒尺寸，必需控制好最后的变形量和变形停止时的温度，又称为终锻温度，如果终锻温度过高，最后会导致材料的晶粒尺寸粗大，特别是终锻变形量在临界变形量附近时，晶粒尺寸更大，使得材料的性能下降。而反之，如果终锻温度过低或变形量过大时可能会在零件上带来残余应力，甚至出现开裂。
2.压力加工可以焊合铸态材料中的气孔疏松，提高材料的致密度以及材料性能。所以有些零件必须通过压力加工来成形。
3.压力加工可以打碎粗大枝晶和柱状晶，细化晶粒尺寸；对多相材料，反复的镦拔，可以均匀材料的成分，有益于材料的使用性能。
4.热加工的温度较高，表面较易发生氧化现象，尽管有一些精密锻造工艺，但产品的表面光洁度和尺寸精度不可能达到机械加工能达到的高度。
5.在热加工时，仅在一个方向上变形，如热轧、拔长等会造成杂质或第二相沿加工方向分布，形成所谓热加工纤维组织，有时也称为“流线”，材料的机械性能具有明显的各向异性，通常纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。在零件成形中要注意让流线与零件的受力方向成合理分布，只有这样才能保证或提高零件的质量水平。此外，复相合金中的各相在热加工时沿着变形方向交替地呈带状分布，形成“带状组织”，使得材料的性能变坏，且用热处理方法不易消除，工艺上应加以注意。
2、什么是加工硬化现象？指出产生的原因及消除措施。
加工硬化是指随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。导致加工硬化产生的主要原因是位错密度及其他晶体缺陷的增加。工业上常采用再结晶来消除加工硬化。
作业七
一、选择题
1、若钢中加入合金元素能使C曲线左移，则将使淬透性（B ）。
A、提高
B、降低
C、不改变
D、对小试样提高．对大试样则降低
2、钢在淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于（B）。
A、奥氏体的本质晶粒度
B、奥氏体的实际晶粒度
C、奥氏体的起始晶粒度
D、加热前的原始组织
二、判断题
1、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（×）
2、钢经热处理后，其组织和性能必然会改变。（×）
三、问答题
1、何谓合金钢？它与同类碳钢相比有些优缺点？
为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素。所获得的钢种，称为合金钢。优点：强度指标较高；淬透性较高；高温强度高，热硬性好；具备某些特殊的物理化学性能。
缺点：在压力加工、切削加工、焊接工艺性方面比碳钢稍差，且成本较高。
2、简述渗碳钢钢的加工工艺路线，说明各步骤的目的。
下料--锻造毛培--正火--机械加工--渗碳、淬火、低回--精加工。
锻造：获得正确的金属流线、提高致密度。
正火：改善锻造组织，调整硬度，有利于切削加工。
渗碳、淬火、低回：获得高碳马氏体，提高硬度、耐磨性。
作业八
一、选择题
1、以铜、锌为主的合金称（）。
A、黄铜
B、青铜
C、白铜
D、紫铜
2、下列铝合金中，被称为硅铝明的是（）
A、ZL102
B、ZL202
C、ZL301
D、ZL402
二、判断题
1、青铜是以锡为主要添加元素的铜合金。（×）
2、铝合金的种类按成分和工艺特点不同，分为变形铝合金和铸造铝合金两类（√）
三、问答题
1、何谓“自然时效”和“人工时效”？
指经过冷、热加工或者热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。
时效处理是一种去应力处理,分自然时效和人工时效两种:
自然时效就是将工件放在室外等自然条件下.使工件内部应力自然释放。
人工时效是指通过人为的方法，一般是加热或是冰冷处理，消除或减小淬火后工件内的微观应力、机械加工残余应力，防止变形及开裂。稳定组织以稳定零件形状及尺寸。
2、试说明变质处理对共晶铝合金组织和性能的影响。
变质处理使得此合金熔点低，流动性能好，经变质处理后其力学性能还能获得一定的改善，是较为理想的铸造合金。但因其变质后强度仍不够高，故通常只用来制造形状复杂，强度要求不高的铸件。
3、简述Ti合金的性能特点及应用。
钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，在飞机、导弹、火箭等航空航天器械中有着广泛的应用，同时，在海洋工程、电力工程、机械工程、生物工程及化学工程中的应用也日益扩大。
作业九
一、选择题
1、在下列塑料中，属于热固性塑料的是（C）塑料。
A、聚氯乙烯
B、聚乙烯
C、不饱和聚酯
D、聚丙烯
2、晶态聚合物的结晶度愈高，聚合物的（D）。
A、熔点愈高，强度愈低
B、熔点愈低，强度愈低
C、熔点愈高，强度高
D、熔点愈低，强度愈高
3、能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子称（ D ）。
A、链节
B、单体
C、聚合度
D、大分子链
二、问答题
1、比较高聚物的热塑性与热固性
1）、热塑性高聚物：加热时呈现出可塑性，甚至熔化，冷却后有凝固硬化。可反复多次。
2）、热固性高聚物:是支链性高分子化合物，加热时转变成粘稠状态，发生化学变化，相邻的分子互相连接，转变成体型结构而逐渐固化，其分子量也随之增大，最终成为不能熔化、不能溶解的物质。
2、何谓高聚物的结晶度？它们对高聚物的性能有何影响？
一般聚合物中结晶部分所占的质量分数或体积分数。
1）、力学性能：结晶度对聚合物力学性能的影响视其非晶区所处的力学状态是玻璃态还是高弹态而定。就力学性能而言，玻璃态和高弹态之间差别很大。如弹性模量，晶态与玻璃态的弹性模量非常接近，而高弹态的模量却要小4~5个数量级。因此，当非晶区处于高弹态时，随着结晶度的增加，材料的弹性模量、强度、刚度将有所提高，抵抗蠕变、应力松弛的能力提高，而塑性、冲击韧性将有所下降。当非晶区处于玻璃态时，其分子链段的运动受限。在这种情况下，随着结晶度的增加，材料的脆性增加，拉伸强度下降。
2）、密度与光学性质：随结晶度增加, 聚合物的密度增加。而材料的折光率与密度有关，聚合物中晶区和非晶区的折光率不同。当光线通过聚合物时，在晶区界面上发生折射和反射，无法直接通过。所以两相共存的聚合物通常呈乳白色，不透明
3）、热性能：对于塑料而言，在不结晶或结晶度低时，其最高使用温度就是其玻璃化温度。当结晶度达20%时，晶区的“刚硬化”作用使大分子链非晶部分变短，链段的位移与取向难于进行;结晶度大于40%时，微晶的密度很大，以致形成了贯穿整个材料的连续晶相，使材料的软化点和热畸变温度等热性能均显著提高，材料的使用温度可以从玻璃化温度提高到结晶熔点。
4）、其他性能：由于结晶区中分子链做规整排列，与非晶区相比，能更好地抵抗各种溶剂的渗入，因此，随着结晶度的提高，材料的耐溶剂性等其他性能将有所提高
3、塑料的主要成分是什么？它起什么作用？
我们通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才能成为性能良好的塑料。
1）、合成树脂
合成树脂是塑料的最主要成分，其在塑料中的含量一般在40％～100％。由于含量大，而且树脂的性质常常决定了塑料的性质，所以人们常把树脂看成是塑料的同义词。例如把聚氯乙烯树脂与聚氯乙烯塑料、酚醛树脂与酚醛塑料混为一谈。其实树脂与塑料是两个不同的概念。树脂是一种未加工的原始聚合物，它不仅用于制造塑料，而且还是涂料、胶粘剂以及合成纤维的原料。而塑料除了极少一部分含100％的树脂外，绝大多数的塑料，除了主要组分树脂外，还需要加入其他物质。
2、填料
填料又叫填充剂，它可以提高塑料的强度和耐热性能，并降低成本。例如酚醛树脂中加入木粉后可大大降低成本，使酚醛塑料成为最廉价的塑料之一，同时还能显著提高机械强度。填料可分为有机填料和无机填料两类，前者如木粉、碎布、纸张和各种织物纤维等，后者如玻璃纤维、硅藻土、石棉、炭黑等。
3、增塑剂
增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型。增塑剂一般是能与树脂混溶，无毒、无臭，对光、热稳定的高沸点有机化合物，最常用的是邻苯二甲酸酯类。例如生产聚氯乙烯塑料时，若加入较多的增塑剂便可得到软质聚氯乙烯塑料，若不加或少加增塑剂(用量<10％)，则得硬质聚氯乙烯塑料。
4、稳定剂
为了防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用分解和破坏，延长使用寿命，要在塑料中加入稳定剂。常用的有硬脂酸盐、环氧树脂等。
5、着色剂
着色剂可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有机染料和无机颜料作为着色剂。
6、润滑剂
润滑剂的作用是防止塑料在成型时不粘在金属模具上，同时可使塑料的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其钙镁盐等。
除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等
作业十
一、选择题
1、陶瓷材料的结合键一般为（C ）。
A、金属键和离子键
B、离子键和分子键
C、共价键和离子键
D、共价键和金属键
2、陶瓷材料一般由下列相组成（ A ）。
A、晶相、玻璃相、气相
B、晶相、玻璃相
C、气相、玻璃相
D、晶相、气相
二、问答题
一、简述陶瓷材料的性能特点。
1）、力学性能
(1)弹性：陶瓷的弹性模量在各类材料中最高，因为陶瓷具有很强的化学键。
(2)硬度：陶瓷的硬度是各类材料中最高的，因其结合键强度高。陶瓷硬度为1000HV～5000HV, 淬火钢为500HV～800HV, 高聚物最硬不超过20HV。陶瓷的硬度随温度的升高而降低, 但在高温下仍有较高的数值。
(3)强度：致密度、杂质和各种缺陷影响陶瓷的实际强度，使陶瓷实际强度比理论值低得多（1/1000～1/100）。陶瓷强度对应力状态特别敏感，抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度很高。高温强度高，高温抗蠕变能力强，抗氧化性好，适宜作高温材料。
(4)塑性：陶瓷在室温下几乎没有塑性。陶瓷晶体滑移系很少，位错运动所需切应力很大。
(5)韧性 :非常典型的脆性材料：冲击韧性10kJ/m2以下, 断裂韧性值很低。脆性是陶瓷材料的最大缺点，是其成为结构材料的主要障碍。增韧是陶瓷研究的热点。
2).物理化学性能
(1)熔点很高:大多在2000℃以上，具有很高的耐热性；
(2)线膨胀系数小:导热性和抗热震性都较差，受热冲击时容易破裂；
(3)化学稳定性高:抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性；