清华大学工程材料第五版第六章!!!

第一章习题1 .液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏? 答：(1)液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明(2)金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、嫡变及粉变一般都不大。

金属熔化时典型的体积变化V m/V为3%~5%右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。

②金属熔化潜热味约为气化潜热H的1/15~1/30 ,表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。

由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。

2 .如何理解偶分布函数g(r)的物理意义？液体的配位数N、平均原子间距□各表示什么？答：分布函数g(r)的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度p (r)对于平均数密度p ° (=N/V)的相对偏差。

N 1表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。

r 1表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。

3.如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序” ？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序(包括拓扑短程序和化学短程序)。

答：(1)长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。

近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团(2)说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子(分子或原子)的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1 < 晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。

而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1 ,表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。

清华大学《工程材料》第5版教材简介《工程材料》第5版教材由清华大学材料学院朱张校教授、姚可夫教授主编，清华大学出版社出版。

《工程材料》第5版教材目录如下：绪论0.1中华民族对材料发展的重大贡献0.2材料的结合键0.3工程材料的分类第1章材料的结构与性能特点1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能特点1.3高分子材料的结构与性能特点1.4陶瓷材料的结构与性能特点第2章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶2.2合金的结晶2.3金属的塑性加工2.4钢的热处理2.5钢的合金化2.6表面技术第3章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纤维4.3合成橡胶第5章陶瓷材料5.1普通陶瓷5.2特种陶瓷第6章复合材料6.1复合材料的复合原则6.2复合材料的性能特点6.3非金属基复合材料6.4金属基复合材料第7章功能材料及新材料7.1电功能材料7.2磁功能材料7.3热功能材料7.4光功能材料7.5隐形材料及智能材料7.6纳米材料第8章零件失效分析与选材原则8.1机械零件的失效8.2机械零件失效分析8.3机械零件选材原则第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1齿轮选材9.2轴类零件选材9.3弹簧选材9.4刃具选材第10章工程材料的应用10.1汽车用材10.2机床用材10.3仪器仪表用材10.4热能设备用材10.5化工设备用材10.6航空航天器用材附录1金属材料室温拉伸试验方法新、旧国家标准性能名称和符号对照表附录2金属热处理工艺的分类及代号(摘自GB/T 12603—2005) 附录3常用钢的临界点附录4钢铁及合金牌号统一数字代号体系(摘自GB/T 17616—1998)附录5国内外常用钢号对照表附录6常用铝及铝合金状态代号与说明(摘编自GB/T 16475—2008)附录7若干物理量单位换算表附录8工程材料常用词汇中英文对照表参考文献本教材有以下特点：（1）体系科学合理，内容丰富新颖，实例丰富。

第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。

点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。

线缺陷：位错。

位错的存在极大地影响金属的机械性能。

当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。

当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。

面缺陷：晶界、亚晶界。

亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。

亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。

在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。

原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。

晶界和亚晶界均可提高金属的强度。

晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。

8、什么是固溶强化造成固溶强化的原因是什么&答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。

固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。

晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。

晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。

9、间隔固溶体和间隔相有什么不同答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。

间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。

间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。

第二章1、金属结晶的条件和动力是什么答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。

液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。

、2、金属结晶的基本规律是什么答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。

液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。

在这些晶体长大的同时，又出现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。

3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些答：（1）提高液态金属的冷却速度，增大金属的过冷度。

第六章目录6.1 要点扫描 (1)6.1.1 金属的弹性变形 (1)6.1.2 单晶体的塑性变形 (2)6.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化 (8)6.1.4 纯金属的塑性变形与形变强化 (10)6.1.5 合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 (14)6.1.6 冷变形金属的纤维强化和变形织构 (16)6.1.7 冷变形金属的回复与再结晶 (17)6.1.8 热变形、蠕变和超塑性 (20)6.1.9 断裂 (22)6.2 难点释疑 (25)6.2.1 从原子间结合力的角度了解弹性变形。

(25)6.2.2 从分子链结构的角度分析粘弹性。

(25)6.2.3 FCC、BCC和HCP晶体中滑移线的区别。

(25)6.2.4 Schmid定律与取向规则的应用。

(26)6.2.5 孪生时原子的运动特点。

(27)6.2.6 Zn单晶任意的晶向[uvtw]方向在孪生后长度的变化情况 (29)6.3 解题示范 (30)3.4 习题训练 (33)参考答案 (38)第六章 金属与合金的形变6.1 要点扫描6.1.1 金属的弹性变形1. 弹性和粘弹性所谓弹性变形就是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形。

从对材料的力学分析中可以知道，材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，外力过大就会使材料发生断裂。

对于非晶体，甚至某些多晶体，在较小的应力时，可能会出现粘弹性现象。

粘弹性变形即与时间有关，又具有可恢复的弹性变形，即具有弹性和粘性变形两方面的特性。

2. 应力状态金属的弹性变形服从虎克定律，应力与应变呈线性关系：γτεσG E == 其中： yx G E εενν-==+,)1(2 E 、G 分别为杨氏模量和剪切模量，v 为泊松比。

工程上，弹性模量是材料刚度的度量。

在外力相同的情况下，E 越大，材料的刚度越大，发生弹性形变的形变量就越小。

3. 弹性滞后由于应变落后于应力，使得εσ-曲线上的加载线和卸载线不重合而形成一个闭合回路，这种现象称为弹性滞后。

工程材料思考题参考答案第一章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，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

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，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中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。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子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。

多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子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：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，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几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？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；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

材料学院00350032 材料科学与工程概论2学分32学时Introduction to Materials Science and Engineering随科技发展，材料科学已经成为现代科技和生活中必备的一门知识，涉及到科研和日常生活的各个方面。

本课程将为所有感兴趣的大学生普及材料方面的基本知识和理论，介绍材料科学与工程学科的四个基本要素（材料的成分与组织结构、性能、工艺及使用条件下的性能）。

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这些知识对于人们认识和使用材料是十分必要的。

00350042 环境材料学2学分32学时Ecomaterials环境材料是材料学科中的一个重要门类。

环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把资源效率、生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。

通过本课程学习，理解环境材料的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。

00350052 国内外新材料的奇妙应用2学分32学时Innovations of New Materials材料是人类生存的物质基础，新材料技术是现代各项其他高新技术的先驱，新材料是划分时代的标志。

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本课程以全校理工经管各专业学生为对象，以普及材料科学的基础知识为使命，讲述材料的主要类型及其在高新技术上的应用。

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清华大学《工程材料》第5版系列教材前言工程材料课程是高等院校机类专业的一门技术基础课。

工程材料课程的任务是从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。

本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制定零件工艺路线的初步能力。

由于能源、材料和信息是现代社会和现代科学技术的三大支柱，学习并掌握工程材料的基本知识，对于工科院校机械类专业的学生是十分必要的。

国内外许多高等院校已把“工程材料”(或称“机械工程材料”)课程设置为机械类专业的一门十分重要的技术基础课。

本书根据高等工业学校机械工程材料教学大纲和教学要求编定，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，可作为高等院校学生学习工程材料课程的教材，也可供报考机械类专业和材料科学与工程类专业研究生的考生和有关工程技术人员学习、参考。

清华大学出版社出版的郑明新教授主编的《工程材料》第1版(1983年)、第2版(1991年)、朱张校教授主编的《工程材料》第3版（2001年）、朱张校、姚可夫教授主编的《工程材料》第4版（2009年）共计出版发行约30万册。

我国许多高等院校采用了这本教材。

其中《工程材料》第2版获机械部优秀教材2等奖、教育部科技进步奖3等奖;《工程材料》第3版获北京市高等教育教学成果2等奖。

《工程材料》教材被教育部列为普通高等教育“十五”、“十一五”国家级规划教材。

清华大学的工程材料课程被评为国家级精品课程、北京市精品课程。

为了适应材料学科快速发展的需要，进一步提高工程材料课程的教学水平与教学质量，本次对工程材料教材进行了较大修订。

由于本书主要供机械类专业学生使用，因此重点在于阐明各种工程材料的组织结构、性能和应用，以及正确选材和用材的基本知识。

近年来，我国的研究生教育事业发展很快，一些院校和研究单位把“工程材料”作为机械类专业研究生招生考试科目，并把清华大学的《工程材料》教材作为重要参考书。

1.2 填空题工程材料习题1、材料的结构与性能特点(1) 同非金属相比，金属的主要特性是( ①热和电的良导体②正的电阻温度系数③不透明、有金属光泽④塑性高、强韧性好)。

(2) 晶体与非晶体结构上最根本的区别是( 晶体内原子排列是有规则、周期性的)。

(3) 在立方晶系中，{120}晶面族包括( (120) (102) (012) )等晶面。

(4) γ -Fe 的一个晶胞内的原子数为( 4 )。

1.3．选择正确答案(1) 晶体中的位错属于：a．体缺陷b．面缺陷 c.线缺陷 d.点缺陷(2) 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是a.<100>b. <110>c. <111>d. <120>(3) 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面；a.<100>b. <110>c. <111>d. <120>(4) 固溶体的晶体结构：a.与溶剂相同b．与溶质相同c．与其他晶型相同(5) 间隙相的性能特点是：a．熔点高、硬度低b．硬度高、熔点低．c 硬度高、熔点高1.4．综合分析题(1) 在立方晶胞中画出（110）、（120）晶面和【211】、【-1 20】晶向。

（2）α - Fe 、AI、Cu、Ni、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：①体心立方：α - Fe 、V②面心立方：Al、Cu、Ni ③密排六方：Mg、Zn(6) 实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?答：实际金属晶体中存在：点、线、面缺陷，引起晶格畸变。

a. 点缺陷：使电阻率和强度增加。

b. 面缺陷：使塑性、强度增加。

c. 线缺陷（位错）：在冷变形时，使强度增加、塑性降低。

（8）什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：固溶强化：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。

固溶强化原因：溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。

（9）间隙固溶体和间隙相有什么不同？答：间隙固溶体：晶格类型与溶剂相同。

工程材料第五版教学设计1. 引言工程材料是工程学科中最基础的课程之一，也是贯穿整个工程学科的核心内容。

本文将从哲学、教育学、教学实践和学科专业等方面出发，结合教学实践的经验，重点探讨工程材料第五版教学设计，以期对教学实践有所帮助。

2. 哲学基础工程材料课程的教学设计需要基于对教育哲学的理解，并与工程教育的特点相结合。

在教育哲学方面，工程材料课程要强调学生的能力和素质的培养，重视学生的自主学习和探索能力，让学生在课程学习过程中变得更有创造力，更有思维能力。

而在工程教育方面，工程材料课程要强调对工程实际问题的解决能力，培养学生的工程实践能力，让学生在课程学习中能够熟练掌握各种材料的性能、强度、耐用性等重要知识和技能。

3. 教育学基础在教育学方面，工程材料的教学设计要从教学方式和方法上进行考虑。

尤其是对于一些抽象、难以理解的知识点，可以运用多种互动式教学方法，比如互动式PPT、互动式互动式课堂教学、小组讨论等，让学生在学习中积极参与、多角度思考，增强学生的主动学习能力和积极性。

4. 教学实践在教学实践方面，工程材料的教学设计要强调对学生的启迪，增强学生的学习兴趣。

教师要加强课堂互动，鼓励学生提出问题并解决问题，帮助学生更好地理解课程内容。

要注重培养学生的实践能力，安排实验、实践等活动，让学生亲身体验并熟练掌握材料的性能、强度、耐久性等重要知识和技能。

5. 学科专业方面在学科专业方面，工程材料的教学设计要注重与其他学科的联系。

如：与力学、工程结构力学、机械原理等相关学科内容进行整合，使学生在知识掌握的同时，能将工程材料知识应用于实际问题的解决中。

6. 总结工程材料第五版教学设计要基于教育哲学、教育学、教学实践和学科专业等方面进行整体考虑和设计。

要在教学方式、方法、技能等多个方面进行突破，注重学生能力和素质的培养，建立多维度、全方位的教学与评价体系，并注重培养师生交互教学与学术交流的平台，为工程材料课程的教学提供更好的保障与支持。

工程材料习题与辅导第五版答案工程材料习题与辅导第五版是一本非常重要的教材，它为学生提供了丰富的习题和辅导，帮助他们更好地理解和掌握工程材料的知识。

本文将对这本教材的答案进行一些讨论和解析，以帮助学生更好地应对学习中的困难。

首先，我们来看一些习题的答案。

在第一章中，有一个关于材料分类的习题。

答案应该是根据材料的组成、结构和性质进行分类。

例如，金属材料可以根据晶体结构的不同分为晶体和非晶体材料；非金属材料可以根据化学成分的不同分为无机非金属材料和有机非金属材料。

在第二章中，有一个关于晶体结构的习题。

答案应该是根据晶体的晶格结构和晶体的晶格点进行分析。

例如，简单立方晶格结构的晶格点只有一个，而体心立方晶格结构的晶格点有两个，一个在晶体的中心，一个在晶体的角上。

在第三章中，有一个关于晶体缺陷的习题。

答案应该是根据晶体的缺陷类型和缺陷的性质进行分类。

例如，点缺陷可以分为空位和杂质；线缺陷可以分为位错和螺旋位错。

在第四章中，有一个关于金属材料的力学性能的习题。

答案应该是根据金属材料的力学性能指标进行分析。

例如，强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力；韧性是指金属材料在受到外力作用下发生塑性变形的能力。

在第五章中，有一个关于非金属材料的力学性能的习题。

答案应该是根据非金属材料的力学性能指标进行分析。

例如，弹性模量是指非金属材料在受到外力作用下发生弹性变形的能力；硬度是指非金属材料抵抗外力破坏的能力。

以上只是一些例子，实际上这本教材还包含了很多其他的习题和辅导内容。

通过仔细研究和解析这些习题的答案，学生可以更好地理解和掌握工程材料的知识，提高自己的学习成绩。

除了习题的答案，这本教材还提供了一些辅导内容，帮助学生解决学习中的困难。

例如，在第六章中，有一个关于材料的加工和热处理的辅导内容。

这部分内容主要介绍了材料的加工方法和热处理方法，以及它们对材料性能的影响。

学生可以通过学习这部分内容，了解材料的加工和热处理过程，进一步理解材料的性能变化规律。

材料科学与工程基础第1章、导言学习重点：仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：1．列出材料应用所涉及到的6种不同性质。

2．描述材料在设计、生产和应用中涉及的四要素，叙述它们之间的关系。

3．描述材料选择过程的三条重要标准。

4．（a）列出固体材料的三种主要分类，描述这三种材料各自的化学特征。

（b）记住另外三种形式的材料，以及每种的特征。

1.1 历史的回顾与展望超乎一般人的认识，材料可能是对人类文明影响最根深蒂固的一类物质。

交通运输，住房，穿衣，通讯，娱乐和食品生产，实质上、我们日常生活中的每一部分都在一定程度会受到这种或那种材料的影响。

历史上，社会的进步和发展都与人类生产和掌握某种材料满足自己的需要密切相关。

事实上，早先的文明曾按照人类开发某种材料的能力来划分时代（例如石器时代，青铜器时代等等）。

最早的人类所遇到的材料极为有限，通常是天然的土生土长的一些东西，如石头，木材，粘土，兽皮等等。

随着时代的发展，人类发现了生产材料的技术，这些人造的材料性能上优于天然材料，这类新材料包括陶瓷和各种金属。

后来人们发现通过热处理和加入其它物质可以改变这些材料的性能。

从某种意义上说，材料的应用总是伴随着一种筛选过程，也就是说，从有限的材料中筛选出其特性最适用于特定场合使用的材料。

直到近代，科学家们开始知道材料的结构组成与其性质之间的关系。

在过去60年里，人们所获得的各种知识从很大程度上已经改变了对许多材料的认识。

迄今为止，已有成千上万种具有不同特性的材料被开发出来以满足我们这个现代和复杂社会的需要，这些材料包括金属、塑料、玻璃和纤维。

技术的进步使人类的生活变得越来越舒适，而这一切又与我们所使用的材料密切相关。

人类对某一类材料认识程度的进步往往是这个时代技术革命的前奏。

例如，如果没有廉价的钢铁和其他相应材料，就不会有当今的汽车工业。

复杂电子设备的基本单元是由半导体材料构成的。

因此，我们目前的电子信息时代，它的材料基础是半导体材料。