第一章 材料的结构与性能
一、材料的性能
（一）名词解释
弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σb 为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
σs 为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
δ 为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度
HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题
1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度
2 伸长率 和 断面收缩率， 断面收缩率
3 摆锤式一次冲击试验 和
小能量多次冲击试验， U型缺口试样 和V型缺口试样
4 洛氏硬度 ， 布氏硬度， 维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题
1 b 2 c
3 b
4 d f a
（四）是非题
1 对
2 对
3错
4错
（五）综合题
1
最大载荷为2805.021038.5Fb
断面收缩率%10010810010AAA
2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。利用虎克定律
3
20℃时的电阻率为13.01 30℃时的电阻率为18.01
二、材料的结合方式
（一）名词解释
结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。 非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题
1 四， 共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键 和 分子键 ， 共价键， 分子键。
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高分子材料与工程本科专业
指导性规范
2009年12月
1
目 录
一、本专业的学科基础 ............................................................................................... 2
1 本专业的主干学科概况 ..................................................................................... 2
2 本专业主干学科的方法论介绍 ......................................................................... 3
3 本专业的相关学科介绍 ..................................................................................... 5
二、本专业的培养目标 ............................................................................................... 7
三、本专业人才培养规格 ............................................................................................ 8
四、本专业教学内容 ................................................................................................... 9
1 本专业人才培养的知识结构 ............................................................................. 9
第一章 材料的结构 习题
1 解释以下基本概念
空间点阵、晶体结构、晶胞、配位数、致密度、金属键、缺位固溶体、电子化合物、间隙相、间隙化合物、超结构、拓扑密堆相、固溶体、间隙固溶体、置换固溶体。
2 氧化钠与金刚石各属于哪种空间点阵？试计算其配位数与致密度。
3 在立方系中绘出{110}，{111}晶面族所包括的晶面及（112），（021）晶面。
4 作图表示出<0112>晶向族所包括的晶向。确定（1211），（021）晶面。
5 求金刚石结构中通过（0，0，0）和（414343,,）两碳原子的晶向，及与该晶向垂直的晶面。
6 求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。
7 试证明等径刚球最紧密堆积时所形成的密排六方结构的633.1/ac。
8 绘图说明面心立方点阵可表示为体心正方点阵。
9 计算面心立方结构的（111），（110），（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。
10 计算面心立方八面体间隙与四面体间隙半径。
11 计算立方系[321]与[120]夹角，（111）与（111）之间的夹角。
12 FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。
13 合金相VC，Fe3C，CuZn，ZrFe2属于何种类型，指出其结构特点。
例题
1. 何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？
答案 在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。
2. 已知Si的相对原子质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少？(b)必须破坏的共价键之比例为多少？
第一章 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？
