清华大学工程材料第五版第一章

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。

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。

工程材料期末复习一、知识点1）第一章（1）力学性能：材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。

（2）弹性：材料不产生永久变形的能力。

（3）弹性极限（e σ）：产生永久变形的最大应力。

（4）比例极限（p σ）：保持应力与应变这种比例关系的最大应力。

（5）弹性模量（E ）：工程材料在弹性状态下的应力与应变的比值，是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，工程上把它称为材料的刚度。

（6）强度：在静载荷的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。

（7）屈服强度（s σ）：应力不再增加，试样仍继续塑性伸长，这种现象称为屈服，此时的应力值称为屈服强度。

（8）条件屈服强度（0.2r σ）：在卸除载荷后，试样标距部分残留的伸长率为0.2%时所对应的拉伸时的应力值。

（9）抗拉强度（强度极限、b σ）：材料在破断前所承受的最大应力值。

（10）塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

塑性指标如下两个表示。

（11）伸长率（δ）：试样拉断后标距的增长量与原始标距长度之比。

510δδ>，缩颈处局部的相对伸长量比均匀塑性伸长部分大。

5%δ<的材料为脆性材料。

（12）断面收缩率（ψ）：试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比。

（13）冷弯性：在常温下能承受弯曲而不破裂的性能。

（14）硬度：材料抵抗另一硬物压入其表面的能力。

（15）韧性（冲击韧性）：在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。

用破坏材料时所消耗的功来衡量。

（16）疲劳强度：材料在无数次的交变载荷的作用下不发生疲劳断裂的最大应力。

光滑试样的对称弯曲应力的疲劳强度用1σ-表示。

（17）断裂韧性：材料抵抗裂纹失稳扩展的性能。

2）第二章（1）晶体：原子（或分子、或离子）按一定的几何规律周期性地重复排列的固态物质。

（2）各向异性：在晶体中，由于各晶面和各晶向上的原子排列的密度不同，因而同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能不同的现象。

例如体心立方晶格的Fe α-，由于它在不同晶向上的原子密度不同，所以在不同晶向上原子之间的结合力便不同，因而它们的弹性模量不同。

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。

清华⼤学-—⼯程材料综合题答案第⼀章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。

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。

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。

建筑材料第五版教学设计一、教学背景建筑材料课程旨在通过理论知识和实践技能的学习，让学生掌握建筑材料与工艺的基本知识和常用的材料特性，为日后从事建筑行业的全面素质培养奠定基础。

因此，本教学设计将会把握好教材内容，重点突出学生动手实践的机会，使学生在掌握理论的同时，具备实际操作的技能。

二、教学目标1.让学生掌握建筑材料的种类、特性和应用；2.培养学生对建筑材料进行分析和选择的能力；3.培养学生实践技能，提高其实际操作能力；4.促进学生综合素质的提升，增强其实际应用能力。

三、教学内容第一章：建筑材料基础1.建筑材料的概念和作用2.建筑材料的分类和特性3.建筑材料的材质与性能第二章：混凝土1.混凝土的材料、组成和性质2.混凝土配合比设计3.混凝土现场施工技术第三章：砖石1.砖石的物理特性和种类2.砖石的使用及施工工艺3.砖石结构和装饰性能第四章：金属1.金属的物理特性和种类2.金属在建筑中的应用3.金属结构的设计方法和施工技术第五章：木材1.木材的物理特性和种类2.木材在建筑中的应用3.木材结构的设计方法和施工技术四、教学方法1.以理论为基础，结合实践；2.以案例为中心，重点解决实际问题；3.以讲授为主，配合研讨、实验等形式；4.以考试为评价手段，反馈学生学习效果。

五、教学手段1.教材：《建筑材料第五版》；2.实验室：提供建筑材料的实验设备和材料样本；3.计算机：进行各种应用软件的教学和演示。

六、教学组织1.分为三个部分：建筑材料基础、混凝土、砖石、金属、木材；2.设计课堂时间：理论讲解2-3个课时，实验和实践操作至少2个课时；3.课程总时间：共计16个课时。

七、教学评估1.阶段性测验：第4、8、12周进行一次考试，占总评成绩30%；2.期末考试：占总评成绩70%，考试方式开卷，包括简答、论述、应用题等多种形式；3.平时成绩：参与讨论、实验操作、作业等，占总评成绩的10%。

八、教学建议1.加强理论教学内容，突出重点、难点；2.给予学生充分的实践机会，提高学生的实践操作能力；3.利用现代化教育技术手段，增强教学效果；4.强化考试、测评环节，督导学生学习效果。