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材料工程基础1.材料科学与材料工程研究的对象有何异同？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。
2.材料的制备技术或方法主要有哪些？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、拉拔），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3.如何区分传统材料与先进材料？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，大幅度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，先进材料推动传统材料进一步发展。
4.纳米材料与纳米技术的异同？它们对科技发展的作用？纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。
纳米技术：能操作细小到1-100nm物件的一类新发展的高技术。
作用：对于高端的技术，如在超导的应用方面，集成电路的发展方面纳米技术有重要作用。
5.简述芯片的主要制备工艺步骤？步骤如下：1、氧化；2、光刻；3、浸蚀；4、扩散；5、离子注入；6、互连；7、封装；8、装配。
6.简述熔体法生长单晶的特点以及主要方法？答：特点：液相是均匀的单相熔体，熔点以下不发生相变。
方法：提拉法，坩埚下降法，水平区熔法，浮区法，尖端形核法。
7.为什么纤维通常具备高强度、高模量且韧性好的特点？当纤维材料制成时，拉伸强度变大是因为物体愈小，表面和内部包含一个能导致其脆性断裂的危险裂纹的可能性越小。
工程材料第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷：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。
材料工程基础答案(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、金属材料的制备1.简要说明高炉的结构及高炉内主要区域分布。
高炉本体是冶炼生铁的主体设备。
由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护；高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。
高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。
根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、风口前回旋区、渣体聚集区。
2高炉炼铁的主要原料和产品分别是什么原料：铁矿石：含铁矿物+脉石=机械混合物天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种产品：（1）生铁-----不是纯铁！！含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素组成的合金。
w(C)在2%左右，实际上可达%%铸造生铁：即灰口生铁，碳以游离石墨形式存在，断面呈灰色炼钢生铁：即白口生铁，碳以Fe3C形式存在，断面呈银白色特种生铁：高锰、高硅生铁（2）高炉煤气：含CO、CO2、CH4、H2等（3）炉渣3高炉炼铁的主要理化过程有哪些主要的反应有哪些1）燃烧过程:C＋O2——CO2↑CO2在上升过程中：CO2＋C——CO↑2）溶剂分解:CaCO3——CaO＋CO2↑3）铁的还原:FeO＋CO——CO2＋Fe(间接还原)FeO＋C——Fe＋CO （直接还原）4）增碳：铁水在与焦碳的接触中会增碳－扩散过程，使铁水被C所饱和。
5）其他元素的还原:Mn，Si 部分被还原，被还原后进入铁水中Al不被还原，只能和熔剂形成渣6）去S: FeS＋CaO——CaS＋FeO7）P还原： Ca3(PO4)2＋5C － 3CaO＋2P＋5CO8）造渣：SiO2、Al2O3、CaO等铁水中： C饱和，溶有部分Mn，Si，S以及全部的P。
4炼钢有哪些主要方法炼钢过程的主要反应是什么主要方法：转炉炼钢：氧气转炉炼钢法电炉炼钢：电弧炉炼钢法平炉炼钢炼钢过程的主要反应：脱CSi、Mn的氧化脱P脱S脱O5说明连铸机的组成及作用。
工程材料习题一、晶向、晶面指数习题在立方晶系的单位晶胞上作图表示(1 1 1)、(1 1 0)、(1 0 0) 晶面和[1 1 1]、[1 1 0]、[0 0 1]、[1 0 0]、[0 1 0] 晶向。
二、Fe-C 相图类提示 Fe-C 相图是确定钢热处理、铸造、锻造、焊接加热工艺的依据，应熟练掌握相图的绘制、不同成分钢的冷却相变过程及室温组织。
习题 画出 Fe-Fe 3C 合金相图 （要求标明B 、E 、C 、F 、P 、S 点的成分及共晶线和共析线的温度），分析含碳量0.4% （0.7%、0.77%、1.0% ）的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程（要利用文字和冷却曲线加以说明），画出室温组织的示意图并利用杠杆定律计算其组织组成物的相对质量分数。
分析 Fe-Fe 3C 相图看似复杂，但若掌握规律就容易了。
相图由包晶相变、共晶相变、共析相变三部分组成。
绘制时应先绘制三条水平线、确定水平线的温度及每条线上的三个成分点，然后再连接其余曲线即可。
Fe-C 相图含碳量分为亚共析钢（0.0218% ≤ C ＜0.77% ）、共析钢（0.77% C ）和过共析钢（0.77 % ＜C ≤ 2.11%）三大类型，其区别在于有先共析铁素体析出、无先共析铁素体和无二次渗碳体析出、有二次渗碳体析出。
解1、铁碳相图Fe-C 相图见图1.0，要求各相区、线、字母、温度要准确。
2、共析钢（0.77%C ） （1）结晶过程分析冷却曲线见图2.1。
在Fe-C 相图中要画出表示合金成分的垂线（图中虚线）；冷却曲线中要标明交点及点的顺序；冷却曲线点的顺序要和相图中垂线一致，恒温转变为水平线。
1点以上：液态；1-2点：匀晶转变析出奥氏体，L → γ ； 2-3点：γ降温阶段，无组织变化；3-3 /点：奥氏体发生共析转变，转变为珠光体，C Fe 72730218.077.0+α−−−→−γ℃（P ）；图1.0 Fe-Fe 3C 合金相图Fe 3CFeC%温度/℃3 / 点到室温，从铁素体中析出少量三次渗碳体Fe 3C Ⅲ。
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。
工程材料学习题与辅导答案工程材料学习题与辅导答案工程材料是工程领域中至关重要的一部分，它涉及到各种各样的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等。
学习工程材料需要掌握一定的理论知识，并且能够运用这些知识解决实际问题。
下面将提供一些工程材料学习题及其辅导答案，希望对学习者有所帮助。
1. 什么是晶体结构？请简要描述晶体结构的几种常见类型。
答：晶体结构是指由原子、离子或分子组成的结晶体中，这些原子、离子或分子的排列方式。
晶体结构的常见类型包括：立方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱面晶系、三斜晶系和六方晶系。
立方晶系具有等长的边和直角，如立方体；正交晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等；单斜晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等，并且有一个斜角；菱面晶系具有等长的边和等角，但不是直角；三斜晶系具有不等长的边和不等角；六方晶系具有等长的边和等角。
2. 什么是晶格常数？如何计算晶格常数？答：晶格常数是指晶体中晶胞的尺寸，通常用a、b、c表示。
晶格常数的计算方法取决于晶体的结构类型。
对于立方晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶体的晶胞边长得到。
对于其他晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶胞的边长和角度来计算。
3. 什么是晶体缺陷？请列举几种常见的晶体缺陷。
答：晶体缺陷是指晶体中的结构缺陷或组成缺陷。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
常见的晶体缺陷包括：点缺陷有空位、间隙原子、替代原子和杂质原子；线缺陷有位错和螺旋位错；面缺陷有晶界和孪晶。
4. 什么是材料的力学性能？请简要描述材料的强度、硬度和韧性。
答：材料的力学性能是指材料在外力作用下的表现。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度来表示；硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示；韧性是指材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
5. 什么是金属的晶体结构？请简要描述几种常见的金属晶体结构。
答：金属的晶体结构是指金属中原子的排列方式。
⼯程材料课后习题答案参考答案第1章机械⼯程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在⼯作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产⽣什么作⽤？p4⼯程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在⼯作条件下可能受到⼒学负荷、热负荷或环境介质的作⽤。
有时只受到⼀种负荷作⽤，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作⽤。
在⼒学负荷作⽤条件下，零件将产⽣变形，甚⾄出现断裂；在热负荷作⽤下，将产⽣尺⼨和体积的改变，并产⽣热应⼒，同时随温度的升⾼，零件的承载能⼒下降；环境介质的作⽤主要表现为环境对零件表⾯造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作⽤。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所⽤材料的⼒学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加⼯与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理⽽优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加⼯⼯艺因素、材料因素和使⽤因素等确定的。
在结构因素和加⼯⼯艺因素正确合理的条件下，⼤多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它⼒学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的⽅式正确选择的材料的强度等⼒学性能判据指标来进⾏定量计算，以确定产品的结构和零件的尺⼨。
1.5常⽤机械⼯程材料按化学组成分为⼏个⼤类？各⾃的主要特征是什么？p17机械⼯程中使⽤的材料常按化学组成分为四⼤类：⾦属材料、⾼分⼦材料、陶瓷材料和复合材料。
提⽰：强度、塑性、化学稳定性、⾼温性能、电学、热学⽅⾯考虑回答。
1.7、常⽤哪⼏种硬度试验？如何选⽤P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速⽅便；●试验时⼀般不破坏成品零件，因⽽⽆需加⼯专门的试样，试验对象可以是各类⼯程材料和各种尺⼨的零件；●硬度作为⼀种综合的性能参量，与其它⼒学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度⽽免做复杂的拉伸实验（强韧性要求⾼时则例外）；●材料的硬度还与⼯艺性能之间有联系，如塑性加⼯性能、切削加⼯性能和焊接性能等，因⽽可作为评定材料⼯艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可⽤来检验原材料和控制冷、热加⼯质量。
