工程材料习题3

第一章概论习题（一）解释名词晶体、金属键、离子键、分子键、共价键。

（二）填空题1．材料科学的任务是揭示材料的成分、组织和性能之间的相互关系及其变化规律。

2．材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两个方面。

3．晶体物质的基本特征是4．固体中的结合键可分为四种，他们是金属键、离子键、分子键、共价键。

5．结合键是指在固体状态下，当原子聚集为晶体时，原子之间产生较强的相互作用力。

6．共价键比分子键具有更大的结合力。

7．简单金属的结合键是金属键，过渡金属的结合键是金属键和共价键。

8．金属晶体比离子晶体具有较好的导电能力。

（三）是非题1．晶体是较复杂的聚合体。

2．结构材料是指工程上要求机械性能的材料。

3．物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和它们的热运动。

4．比重较大的金属是黑色金属，比重较小的金属为有色金属。

（四）选择正确答案1．在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：a．最高；b．最底；c．居中。

2．决定晶体结构和性能最基本的因素是：a．原子间的结合能；b．原子间的距离；c．原子的大小。

3．金属键的特征是：a．具有饱和性；b．没有饱和性；c．具有各向同性。

4．共价晶体具有：a．高强度；b．低熔点；c．不稳定结构。

5．稀有金属属于：a．黑色金属；b．有色金属；c．易熔金属。

（五）综合分析题1．试比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。

2．试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。

3．石墨（大部分为金属键）和金刚石（全为共价键）都是纯碳，但前者是电的良导体而后者是电的不良导体。

试根据金属键和共价键的特点解释这一现象。

第二章金属结构习题（一）解释名词致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。

（二）填空题1．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。

土木工程材料水泥一、判断题1. 水泥的硬化过程是从加水拌合至形成水泥石。

( )2. 生产水泥的最后阶段还要加入石膏，主要是为了调整水泥的凝结时间。

( )3. 随水化程度的提高，水泥石中凝胶孔减少，毛细孔增加。

( )4. 因为水泥是水硬性胶凝材料，故运输和储存时不怕受潮和雨淋。

( )5. 含重碳酸盐多的湖水中，不能使用硅酸盐水泥。

( )6. 抗硫酸盐水泥的矿物组成中，C3A含量一定比硅酸盐水泥的高。

( )7. 硅酸盐水泥细度越细越好。

( )8. 水泥石中的某些成分能与含碱量高的骨料发生反应，称为碱骨料反应。

( )9. 硅酸盐水泥不能与石灰混用，因多余的CaO会使水泥体积安定性不良。

( )10. 六种常用水泥中粉煤灰硅酸盐水泥的抗渗性能最好。

( )11. 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中硬化。

( )12. 水泥强度试验标准中，水泥胶砂水灰比为0.45。

( )13. 硅酸盐水泥的体积安定性不良，说明水泥的质量差，可用于强度要求不高的工程。

( )14. 硅酸盐水泥的强度高，适用于大坝工程。

( )15. 测定水泥强度等级时，试件要自然养护。

( )16. 当水泥安定性测定结果发生争议时，以试饼法为准。

( )17. 水泥细度试验中，如果用负压筛析法与水筛法测定结果发生争议时，以负压筛法为准。

( )18. 由于硅酸盐水泥的水化热大、抗冻性好，因此特别适用于冬季施工。

( )19. 因硅酸盐水泥的耐磨性好，且干缩小，表面不易起粉，可用于地面或道路工程。

( )20. 高铝水泥在使用时应避免与硅酸盐类水泥混杂使用。

( )二、单选题1. 提高水泥熟料中( )含量，可制得早期强度高的水泥。

A．C3S B．C2S C．C3A D．C4AF2. 水泥熟料矿物组成中耐化学腐蚀能力最差的是( )。

A．C3S B．C2S C．C3A D．C4AF3. 若要求水泥的水化热较低，可适当提高( )的含量。

A．C3A B．C3S C．C2S D．C4AF4. 改变水泥各熟料矿物的含量，可使水泥性质发生相应的变化，要使水泥具有较低的水化热应降低( )含量。

试卷3一、单项选择题（每小题1分，共20分）1、在一般情况下，认为该材料是耐水的，其软化系数应为（）。

A、>0.85B、<0.85C、>0.91D、>0.752、材料吸水后，将使（）降低。

A、体积密度B、体积密度和导热系数C、强度和保温性D、强度和热容量3、同种材料，孔隙率较大者其抗冻性（）。

A、较差B、较好C、不一定好，也不一定差D、无关4、水泥的凝结硬化程度与下列因素有关的是（）。

Ⅰ、水泥的体积与重量；Ⅱ、细度；Ⅲ、拌合水量（占水泥重量的百分数）；Ⅳ、硬化时间A、I、Ⅱ、ⅢB、Ⅰ、Ⅱ、ⅣC、Ⅱ、Ⅲ、ⅣD、Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ5、高铝水泥是一种（）的水泥。

A、快硬、早强B、耐酸、耐水、耐盐类腐蚀C、耐热D、A+B+C6、硅酸盐水泥硬化后，由于环境中含有较高的硫酸盐而引起水泥膨胀开裂，这是由于产生了（）。

A、CaSO4B、Ca(OH)2C、MgSO4D、钙矾石7、寒冷地区室外混凝土工程，常采用的混凝土外加剂是（）。

A、减水剂B、早强剂C、引气剂D、防冻剂8、配制混凝土时，限制最大水灰比和最小水泥用量是为了满足（）的要求。

A、流动性B、强度C、耐久性D、和易性9、进行配合比设计时，水灰比是根据（）确定的。

A、强度B、工作性C、耐久性D、A+C10、加气混凝土具有轻质、绝热、不燃等优点，但不能用于下列（）工程。

A、非承重内外填充墙B、屋面保温层C、高温炉的保温层D、三层或三层以下的结构墙11、当采用特细砂配制混凝土时，以下措施中，哪种是不可取的（）。

A、采用较小砂率B、增加水泥用量C、采用较小坍落度D、加入减水剂12、在下列混凝土的技术性能中，哪些是正确的（）。

A、抗剪强度大于抗压强度B、轴心抗压强度小于立方体抗压强度C、混凝土不受力时内部无裂纹D、徐变对混凝土有害无利13、在一般工程的混凝土梁板设计时，宜选用的混凝土强度等级是（）。

A、C10B、C15~C30C、C35~C50D、C60以上14、有关混凝土的知识中，下列哪种说法是错误的（）。

土木工程材料练习题C答案一、解释下列名词与符号【每小题5分，共30分】１、材料的空隙率：空隙率是指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例。

2、5 ：是指钢材的试件标距长度为5倍直径时的伸长率。

3、硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

４、水泥的水化：是指水泥熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水泥的水化。

5、砂子的颗粒级配：颗粒级配，砂的颗粒级配表示了砂的大小颗粒之间的搭配情况。

在混凝土中应尽量减小砂粒之间的空隙。

6、沥青的针入度：粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示。

粘稠沥青针入度的测定方法：是在规定的温度25℃条件下，以规定重量100g的标准针，经历规定时间5s贯入试样中的深度，以1/10mm为单位表示。

二、何为钢材疲劳强度？建筑钢材疲劳强度是如何确定的？【5分】1、钢材的疲劳强度：是指在疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期数内不发生断裂所能承受的最大应力。

2、测定钢筋疲劳极限时，通常采用拉应力循环，对于非预应力钢筋的应力比为0.1～0.8；预应力钢筋则采用0.7～0.85。

普通结构用钢材周期基数取200万次或，对于比较重要结构用钢筋周期基数取400万次。

三、试说明硅酸盐水泥的凝结硬化过程。

其水化与凝结硬化分几个阶段？【15分】1、硅酸盐水泥的凝结硬化过程：水泥颗粒的水化从其表面开始。

水和水泥一接触，水泥颗粒表面的水泥熟料先溶解于水，然后与水反应，或水泥熟料在固态直接与水反应，形成相应的水化物，水化物溶解于水。

由于各种水化物的溶解度很小，水化物的生成速度大于水化物向溶液中扩散的速度。

水泥水化反应发生后的几分钟内，水泥颗粒周围的溶液成为水化物的过饱和溶液，先后析出水化硅酸钙凝胶、水化硫铝酸钙、氢氧化钙和水化铝酸钙晶体等水化物，包在水泥颗粒表面。

在水化初期，水化物不多，包有水化物膜层的水泥颗粒之间还是分离着的，水泥浆具有可塑性。

1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。

热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。

温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。

2、简述金属的可锻性及其影响因素。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。

可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。

(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。

温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。

温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。

3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。

2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。

3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。

模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

模锻具有如下特点：(1)生产效率高。

劳动强度低。

(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。

(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。

(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。

工程材料习题与辅导（第四版）朱张校姚可夫3.2 习题参考答案1. 解释名词热硬性、石墨化、孕育（变质）处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效答: 热硬性: 热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。

热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。

石墨化: 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。

孕育（变质）处理: 在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理工艺。

球化处理: 在铁水中加入球化剂，以获得球状石墨的处理工艺称为球化处理。

石墨化退火: 使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨的退火过程。

固溶处理: 把合金加热到单相固溶体区，进行保温使第二相充分溶解，然后快冷（通常用水冷却），得到单一的过饱和固溶体组织的热处理工艺。

固溶处理可以使奥氏体不锈钢获得单相奥氏体组织，提高奥氏体不锈钢的耐蚀性。

固溶处理也在有色金属合金中得到应用。

有色金属合金（如铝合金）先进行固溶处理获得过饱和固溶体，然后再进行时效处理，析出细小、均匀、弥散分布的第二相，提高合金的强度和硬度。

时效: 固溶处理后得到的过饱和固溶体在室温下或低温加热时析出细小、均匀、弥散分布的第二相，合金硬度和强度明显升高的现象称为时效或时效硬化。

2. 填空题(1) 20是（优质碳素结构）钢，可制造（冲压件、焊接件、渗碳零件，如齿轮、销) .(2) T12是（优质碳素工具）钢，可制造（锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具) .(3) 按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金钢) 、(中合金钢）和（高合金钢）几类。

(4) Q345(16Mn)是（低合金结构）钢，可制造（桥梁、船舶、车辆、锅炉等工程结构) .(5) 20CrMnTi是（合金渗碳）钢，Cr、Mn的主要作用是（提高淬透性、提高经热处理后心部的强度和韧性) , Ti的主要作用是（阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度、提高耐磨性) ，热处理工艺是（渗碳后直接淬火、再低温回火) .(6) 40Cr是（合金调质）钢，可制造（重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮等) .(7) 60Si2Mn是（合金弹簧）钢，可制造（汽车板簧) .(8) GCr15是（滚珠轴承）钢，1Cr17是（铁素体型不锈）钢，可制造（硝酸工厂设备以及食品工厂设备) .(9) 9SiCr是（低合金刃具）钢，可制造（板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铰刀、冷冲模、冷轧辊等) .(10) CrWMn是（冷作模具）钢，可制造（冷冲模、塑料模) .(11) Cr12MoV是（冷模具）钢，可制造（冷冲模、压印模、冷镦模等) .(12) 5CrMnMo是（热模具）钢，可制造（中型锻模) .(13) W18Cr4V是（高速）钢，碳质量分数是（0.70%以上) , W的主要作用是（保证高的热硬性) , Cr的主要作用是（提高淬透性) , V的主要作用是（形成颗粒细小、分布均匀的碳化物，提高钢的硬度和耐磨性，同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒) 。

习题集部分参考答案2纯金属的结晶思考题1.何谓结晶？结晶与凝固有何区别？答：结晶是指在凝固过程中金属内形成许多小晶体及其长大的过程，从广义上讲，就是液态物质内部的原子，在短距离小范围内，呈现出近似于固态结构的规则排列，即短程有序的原子集团，它是不稳定的，瞬间出现又瞬间消失，结晶实质上是原子由近程有序转变为长程有序的过程。

而凝固是指金属由液态变成固态的过程，它属物理变化，若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那只能称为凝固，而不能称为结晶。

2.何谓晶体，它与非晶体有什么区别？答：晶体是指具有一定几何形状的微粒（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。

晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式，晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。

因为排列方式的不同，性能上也有所差异。

晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。

3.影响形核率和长大率的因素是什么？答：影响形核率和长大率最主要的因素是△G和D，当然它们是受过冷度△T控制的。

在均质形核中，过冷度△T不太大的时候，结晶的驱动力△G也不大，形核率不高，但是原子的扩散系数D比较大，已经形成的晶核长大速率却是较大的，这时候由液态金属转变为固态金属中的晶粒尺寸较大。

反之，晶粒较细小。

在非均质形核中，形核率和长大速率除了与过冷度有关之外，还受到所谓的未溶杂质以振动或搅拌等因素的影响。

4.金属的结晶有什么规律？答：结晶是由两个基本的过程——形核和长大相互更迭进行，直至液态金属消耗完毕的过程。

形核规律：形核方式有均匀形核和非均匀形核两种。

均匀形核（均质形核）是指在母相中自发形成新相结晶核心的过程。

均匀形核必需具备的条件为：必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；必须具备与一定过冷度相适应的能量起伏和结构起伏。

实际结晶时，大多以非均匀形核方式进行。

1.用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

2.冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？3.铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。

1.用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

2.冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？3.铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。

1. 共析钢加热到相变点以上，用图1 的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？（工程材料习题与辅导，P14，第26题）2. T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。

（旧版工程材料习题与辅导，P 23 ，第22题）3. 残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？[思考题]1. 淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？2. 淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？1. 共析钢加热到相变点以上，用图1 的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？（工程材料习题与辅导，P14，第26题）2. T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。

（旧版工程材料习题与辅导，P 23 ，第22题）3. 残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？[思考题]1. 淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？2. 淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？1. 出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止或改善？a. 灰铸铁磨床床身铸造以后就进行切削, 在切削加工后出现不允许的变形。