工程材料复习思考题A

材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。

而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。

6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。

材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。

材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。

相图也是材料设计不可或缺的组成部分。

7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。

8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。

答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。

10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。

先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。

二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。

工程材料复习思考题第1章材料的性能1．何谓力学性能？材料的力学性能主要包括哪些方面？2．何谓工艺性能？材料的工艺性能主要包括哪些方面？3．为什么机械零件设计大多以屈服强度为设计依据？4．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

A K、ψ、δ、σ0.2、σs、σb、σe、HRC、HV、σ-1、HBS、E。

5．某金属材料的拉伸试样l0 =100mm，d0=10mm。

拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力(载荷) F0.2=6.5×103 N；F b=8.5×103 N。

拉断后标距长为l l =120mm，断口处最小直径为d l =6.4mm，试求该材料的σ0.2、σb 、δ、ψ 。

6. 试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。

下列几种工件的硬度该用哪种硬度法测量：锉刀、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、表面有很薄的硬化层的工件。

7. 根据GB700—88《碳素结构钢》的规定，牌号为Q235钢的力学性能应达到：σs≥235MPa，σb≥375Mpa，δ5≥26％，ψ≥50％。

现对进厂的一批Q235钢材采用d0=10mm 的标准短试样〔试样的标距等于5倍直径〕进行拉伸试验，测得的试验数据是Fs=20kN，F b=32kN，断后标距长l1 =65mm，d1=6.3mm。

．试问这批钢材合格否?第2章材料的结构1．解释下列名词：晶格、晶胞、晶粒、晶界、亚晶界、晶面、晶向、晶格常数、合金、相、显微组织、固溶体、金属化合物、固溶强化、组元。

2．金属的常见晶格有哪三种?说出名称并画图示之。

3*．在面心立方晶格中，指出原子排列最密的晶面和晶向；试画出图形。

并计算其晶面和晶向的最大原子密度。

4．为什么单晶体有各向异性，．而多晶体的金属通常没有各向异性?5．什么叫晶体缺陷?晶体中可能有哪些晶体缺陷?它们对金属材料的力学性能有何影响? 6．固态合金中固溶体相有哪两种?化合物相有哪三种?它们的力学性能有何特点?7．固溶体的固溶度取决于哪些因素?第3章材料的凝固1．解释名词：过冷现象、过冷度、平衡状态、相图、匀晶转变、共晶转变、枝晶偏析、变质处理2．试述纯金属的结晶过程。

第一帝金属的晶体结构与结晶1.解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚品粒，亚品界，刃型位错，单品体，多品体，过冷度，口发形核，非口发形核，变质处理，变质剂。

答：点缺陷：原了排列不规则的区域在空间三个方向尺寸部很小，主要指空位间隙原子、逍换原子等。

线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成品粒，称亚品粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格屮一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对■滑移的结呆上半部分多出一半原了面，多余半原了面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。

多品体：由多种品粒组成的品体结构称为“多品体过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度Z差称为过冷度。

自发形核：在一定条件下，从液态金属中氏接产生，原了呈规则排列的结晶核心。

非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金加结品前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发品核的固态质点，使结品时的品核数目大大增加，从而提高了形核率，细化品粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪儿种？a-Fe、丫・Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mgs Zn各属何种品体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；a—Fe、Cr> V属于体心立方晶格；y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格;Mg、Zn属于密排六方晶格；4.晶面指数和晶向指数有什么不同?答：晶向是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为；晶面是指晶格小不同方位上的原子面，用晶面指数來表示，形式为。

第1章绪论思考题1．材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2．材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。

3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。

金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。

无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。

高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。

4．金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。

②无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。

③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf ）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。

第2章物质结构基础Structure of Matter思考题1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s2．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3．配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。

影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。

第一章材料的力学行为和性能思考题1.解释下列力学性能指标。

(1) HB (2) HRC (3) HV2.解释下列名词。

（1）蠕变（2）低应力脆断（3）疲劳（4）断裂韧度3.下列工件应采用何种硬度试验方法来测定其硬度？（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）供应状态的各种碳钢钢材（4）硬质合金刀片（5）耐磨工件的表面硬化层4.下列硬度表示方法是否正确，为什么？(1)HBW250~300 (2)5~10HRC (3)HRC70~75 (4)HV800~850 (5)800~850H5.比较铸铁与低碳钢拉伸应力-应变曲线的不同，并分析其原因。

6.一根两端固定的低碳钢丝，承受拉应力为20Mpa，当温度从30摄氏度突然下降到10摄氏度时，钢丝内新产生的应力为多少？7.现有原始直径为10mm圆形长、短试样各一根，经拉伸试验测得的伸长率均为25%，求两试样拉断后的标距长度。

两试样中哪一根塑性好？为什么？8.甲乙丙丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBW,试比较这四种材料硬度的高低。

第二章材料的结构思考题1.为何单晶体具有各向异性？而多晶体在一般情况下却显示各向同性？2.解释下列基本概念；晶体与非晶体；晶体的各向异性；同素异晶转变；位错；晶界；固溶体；金属化合物。

3.试述高分子链的结合力、分子链结构、聚集态结构对高聚物的性能的影响。

4.何为高分子材料的老化？如何防止？5.试计算面心立方晶格的致密度。

6.说明结晶对高聚物性能的影响。

第三章1.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？2.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒的大小？3.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）.金属模浇注与砂模浇注；（2）.高温浇注宇与低温浇注；（3）.铸成薄件与铸成厚件；（4）.浇注时采用振动和不振动。

4.二元匀晶相图、共晶相图与合金的力学性能和工艺性能之间存在什么关系？5.画出Fe-Fe3C相图，指出图中各点及线的意义，并标出个相区的相组成物和组织组成物。

1、一些合金结构钢有高温回火脆性的可能，有哪些措施可避免或减轻?2、有些零件为什么要经过调质处理，而不直接用正火态?3、对一般结构钢的成分设计时，要考虑其MS点不能太低，为什么?4、合金钢与碳钢相比，强韧性要好，主要原因是什么？5、退火后的低C钢板一般在深冲前，先进行一次少量变形的平整加工，然后常进行深冲，为什么?6、为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿上机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？7、控轧技术是高温形变热处理的一种形式，实质是通过（？）提高钢强韧性。

8、对12Cr2Ni4、40Cr、T12钢的淬透性和淬硬性排序。

9、在具体选材时，钢的淬透性和淬硬性的主要应用意义各是什么？10、为什么40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大？11、大型弹簧为什么要先成形后强化，小型弹簧先强化后成形?小型弹簧成形后为什么进行低温退火?12、某精密镗床主轴用38CrMoAlA钢制,某重型齿轮铣床主轴用20CrMnTi制造,某普通车床主轴用40Cr钢制造.试分析比较说明它们各自应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点13、某大型精密数控车床主轴的轴颈部位硬度要求为56～60HRC，其余部位为20～24HRC：（1）为该主轴选择两种以上的合适材料；（2）试给出该主轴的简明全厂加工路线；（3）分析该路线中所涉及的全部热处理工序之目的、组织和大致硬度范围。

14、针对某重型载货汽车连杆，试选择2种以上材料并给出具体牌号；为其制订简明的全厂加工工艺路线；能否采用表面强化方法显著提高该连杆的工作性能？为什么？15、桥梁（钢）从Q235→16Mn→15MnV变化，45钢调质处理后强度均高于以上三类钢，它能否用作桥梁？为什么？16、某一40Cr零件，技术要求σb≥700Mpa,ψ≥55%,经调质后零件的σb≈1000 MPa，550 MPa，ψ≈45％，65％，不合格，分析原因及补救措施17、航空发动机轴常选用40CrNiMoA钢制造较为理想。

复习思考题及答案一、名词解释1．结晶：液态金属由液态向固态转变的过程。

2．滑移：晶体中产生原子层与原子层之间的相对位移。

3．马氏体：一种含碳过饱和的α固溶体。

4．等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入小于上贝氏体转变温度的盐浴中（一般在下贝氏体转变温度范围内等温）较长时间保温使其获得贝氏体组织，然后再空冷的淬火工艺。

5．热加工：金属材料在高温下进行塑性变形时，其加工硬化作用能被变形过程中所发生的动态软化过程如动态回复和动态再结晶等所抵消，从而获得近乎稳定的流变应力。

这种塑性变形就是热加工。

或者凡是加工温度大于金属再结晶温度的金属塑性加工，都称为热加工。

6．临界冷却速度：保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度。

7．同素异构转变：金属的晶体结构随着温度的变化而变化的现象称为同素异构转变。

8．淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力。

它是钢材本身固有的一个属性。

9．断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力就是断裂韧性。

10．晶界：晶粒与晶粒之间的交界面，就是晶界。

11．枝晶偏析：在一个晶粒内化学成分不均匀的现象就称为晶内偏析，又叫枝晶偏析或微观偏析。

12．奥氏体：是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，它又叫A或γ固溶体。

13．退火：将金属及其合金加热、保温和加热炉内缓慢冷却，使其组织结构达到或接近达到平衡状态的热处理工艺就称为退火。

14．回火：是将淬火后的工件再重新加热到A1点以下某一温度、保温、然后冷却的热处理工艺。

16．再结晶：是指经冷塑性变形的金属在加热时，通过再结晶晶核的形成及其随后的长大、最终形成无畸变的新的晶粒的过程。

17．时效：淬火后的铝合金随时间延长而发生强化的现象就是时效强化或时效硬化。

二、填空题1．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（右），临界冷却速度越（小或低）。

2．典型铸锭结构的三个晶区分别为（表面细晶粒层）、（柱状晶粒层）和（中心粗大等轴晶粒层）。

3．物质在固态下晶体结构随温度发生变化的现象称为（同素异构转变）。

材料科学与工程基础思考题姓名： 程扬 学号： 111100322 班级： 高分子1101班1、计算NaCl 的填充因子，离子半径：Na + = 0.102 nm, Cl - = 0.181 nm解：晶格常数：a =2r Na ++2r Cl −=2× 0.102+0.181 nm =0.566nm ;晶胞体积：V 1=a 3=0.5663nm 3=0.18132nm 3离子体积：V 2= V Na ++ V Cl −=4×43πr Na +3+4×43πr Cl −3= 4×4 3π×0.1023+4×43π×0.1813 nm 3=0.117134nm 3填充因子：x NaCl =V 2V 1=0.1171340.18132=0.6462、计算NaCl 的密度，离子半径Na + = 0.102 nm, Cl - = 0.181 nm ，Na 的摩尔质量为22.99g/mol ，Cl 的摩尔质量为35.45g/mol 。

解：晶格常数：a =2r Na ++2r Cl −=2× 0.102+0.181 nm =0.566nm ;晶胞体积：V =a 3=0.5663nm 3=0.18132nm 3=1.8132×10−22cm 3一个晶胞中离子的质量：m = m Na ++ m Cl −=46.02×1023× 22.9+35.45 g =3.877×10−22g密度 ρ=m V = 3.877×10−22g1.8132×10−22cm 3=2.1382 g/cm 33、计算CsCl 的填充因子，已知离子半径：Cs + = 0.170 nm, Cl - = 0.181 nm解：由题意可得： 3a =2r Cs ++2r Cl −=2× 0.170+0.181 nm =0.702nm则：晶格常数 a =0.4053nm晶胞体积：V 1=a 3=0.40533nm 3=0.06658 nm 3离子体积：V 2= V Cs ++ V Cl −=43πr Cs +3+43πr Cl −3= 4 3π×0.1703+43π×0.1813 nm 3=0.04542nm 3填充因子：x CsCl =V 2V 1=0.045420.06658=0.68234、在离子晶体中，密堆积的负离子恰好互相接触并与中心正离子也恰好相互接触时，正负离子的半径比为临界半径比，分别计算：(1)立方体配位；(2)八面体配位；(3)四面体配位和(4)三角形配位的临界半径比。

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。

2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。

2-3.试计算N壳层内的最大电子数。

若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。

并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。

2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。

2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。