材料概论

一、名词解释

1、能源材料：能源开发、转换、运输、储存所需的材料。

2、信息材料：信息的接收、处理、储存和传播所需的材料。

3、结构材料：以力学性能为基础，用以制造各种以受力为主的构件材料。

4、功能材料：主要利用物质独特的物理性质、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。

5、碳素钢：含碳量小于2%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其

他合金元素的钢。

6、合金钢：为了改善钢的某些性能而加入一定量的某种或几种合金元素的钢。

7、调质钢：经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。 8、工具钢：用以制造各种工具用的高~中碳优质钢。

9、铸铁：铸造用生铁经重新熔炼~浇注后铸造机器零件的金属材料。

10、粉末冶金：将金属粉末经过成型和烧结制成金属材料或机械零件的一种工艺方法。 11、灰口铸铁：因其断口的外貌呈暗灰色。

12、蠕墨铸铁：将低碳低硅的铁水经过硅铁或硅钙孕育处理而得。 13、球墨铸铁：用灰口成分的铁水经过球化处理和孕育处理而得。二、填空

1、从材料的使用性能考虑，将材料分为结构材料和功能材料两类。

2、我国河南安阳殷墟出土的商代晚期的司母戊鼎，是使用锡青铜材料铸造的，主要是Cu 和Sn的合金。

3、元素周期表中，有84种元素是金属元素。

4、金属材料通常分为黑色金属和有色金属，其中黑色金属主要指铁及其合金。

5、按化学成分分类，钢分为碳素钢和合金钢。

6、按冶炼设备和方法的不同，工业用钢可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。

7、根据冶炼时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。

8、按退火后的金相组织，钢可以分为亚共析钢、共析钢、和过共析钢。

9、按正火后的金相组织，钢可以分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

10、低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为0.04%~0.25%C、0.25%~0.60%C和0.60%~1.35%C。

11、强碳化物形成元素有钒、锆、铌、钛、钽等。（举三例即可，中文名称或元素符合均得分。）

12、为了形成易切钢，常在钢中添加硫、铅、钙、磷等元素。

13、渗碳钢一般的热处理工艺都是在渗碳之后进行淬火，然后进行低温回火，以达到“表硬里韧”的性能。为了改善渗碳钢的淬透性，可加入铬、镍、锰、硼等元素。

14、大多数调质钢从碳含量上讲一般属于中碳钢。调质处理后，钢的组织为回火索氏体。

15、碳素弹簧钢的碳含量一般在0.60%~0.75%C之间，合金弹簧钢的含碳量一般在0.46%~0.70%C之间。弹簧钢中加入Si、Mn、Cr、V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性。

16、铬轴承钢中的含铬量以0.40%~1.65%为宜，加入铬的主要目的是增加钢的淬透性。

17、不锈钢中主要包含铬（Cr）、镍（Ni）和钛等合金元素。按组织特征，不锈钢主要分为奥氏体型、奥氏体-铁素体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型。

18、硬质合金是用作工具材料的粉末合金，它具有高的硬度、耐磨性和红硬性。一般以 WC、TiC、TiN等熔点高、硬度高的难熔化合物为主体，加入一定量的钴做粘接剂，分为钨铬合金、钨钛合金、钨钛钽（铌）钴合金和碳化钛镍鉬四类。

19、超硬铝是Al~Cu~Mg~Zn系合金，是强度最高的一种合金。

20、工业纯铜具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，称为紫铜。在工业纯铜中加入合金元素可

提高其强度。如，黄铜即是在工业纯铜中主要加入锌元素，锡青铜即是主要加入锡元素。三、问答

1、金属具有哪些特征？

1）具有金属光泽的颜色、良好的反射能力和不透明性； 2）具有很高的强度和良好的延展性；

3）具有比一般非金属材料大得多的导电能力； 4）具有磁、热、光等许多物理特性； 5）表面工艺性能优良。

2、根据冶炼时脱氧程度不同，钢可分为哪几类？分别有什么优缺点？

（1)钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。

(2)沸腾钢中含硅量很低，钢材表面质量和深冲性能好；但钢中的杂质较多，偏析大，质量不够均匀。

镇静钢的组织致密，偏析小，质量均匀。

半镇静钢介于镇静钢和沸腾钢之间，偏析比沸腾钢大有改善，使用比镇静钢经济。

3、碳素钢中除碳和铁外，还主要包含硅、锰、硫、磷等杂质元素。试简述这些元素在钢中的作用。

（1）锰使钢的强度提高；与硫合成MnS能减轻硫的有害作用。（2)硅使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。

（3)硫与Mn形成MnS使钢在高温时具有可塑性，可避免热脆现象。

（4)磷虽可使钢的强度、硬度有所提高，但钢的塑性、韧性急剧降低；还使钢的焊接性能变坏。

4、写出下列牌号的金属材料除铁以外的主要成分及其平均含量（含量写上限即

可）。 45钢：0.45%C 20Cr：0.20%C；1%Cr GCr15：1%C；15%Cr 60Si2Mn：0.60%C；2%Si；1% Mn W18Cr4V：1%C；18%W；4%Cr；1%V 5、为什么很多场合需要提高金属材料的淬透性？哪些元素添加到钢中能提高钢

的淬透性？举5个例子说明。

（1）因为提高金属材料的淬透性，经渗碳、淬火和低温回火后，心部强度提高，强度与

韧度配合能力提高，这样可以达到“表硬里韧”的性能

（2）【锰、硅、铬、钒、硼】 {20Cr；20CrMnTi；65Mn；38CrNiMo；20MnTiB}

6、根据合金元素在钢中形成碳化物的倾向的不同，可以分为几类？分别至少举

3例。

（1）不形成碳化物元素，如 Si,Ni,Cu,Al（2）强碳化物形成元素{钒、锆、钛、铌、钽} （3）弱碳化物形成元素，如 Nn,Cr,Mo

7、与钢相比，铸铁在成分、组织、性能上有何不同。

成分：

钢是含碳小于2.11%的铁-碳合金；（实际中小于0.7%）铸铁是含碳大于2.11%小于6.69%的铁-碳合金。组织：

钢在常温下由不同比例的铁素体、渗碳体组成。铸铁在常温下由不同比例的莱氏体及石墨组成。性能：

钢具有良好的机械性能（如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等）和工艺性能（可进行铸造、锻造、焊接、切削加工等），还可以经过热处理进一步改善其机械性能和工艺性能。铸铁件具有优良的铸造性性能，良好的耐磨性及低的缺口敏感性；若合金化后，还具有良好的耐热性和耐蚀性。

（二）

1.无机非金属材料包括哪些材料？它们有哪些主要特征?

分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料。

特征：具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性以及宽广的导电性、导热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

2.天然矿物材料的主要性质和用途有哪些异同点？

（1）天然石材（大理石、花岗石、板石）性质：具有很高的抗压强度和良好的物理特征；用途：用于加工成饰面板材，做建筑的墙面、地面、柱面、台面等饰面用，有的可作生活用具。

（2）天然粉体功能材料（硅藻土、膨润土、沸石、海泡石、凹凸棒石）性质：良好的吸附性、化学性能稳定。用途：应用广泛

（3）其他天然矿物材料（石棉、云母、滑石、叶腊石、石榴子石）性质：具有良好的耐热、绝缘性能。用途：尖端技术领域。

3.简述玻璃的定义和特征。按组成分类，玻璃是如何命名的？按应用分类，玻璃的主要种类及用途有哪些？

（1）定义：是由熔融体经冷却、固化而成的非晶态固体。特征：透明、坚硬、良好的耐蚀、耐热性及电学、光学性质。

（2）先列出一价元素氧化物，再列出二价主族元素氧化物和副族元素氧化物，然后列出三价以上氧化物质（按mol浓度由小到大排列），最后为主要的玻璃生成氧化物。当玻璃中同时包含两种以上M2O或MO氧化物时，一般按分子量从小到大排列。（3）（建筑玻璃、日用玻璃、仪器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃）用途：应用广泛。

4.简述陶瓷的定义。按吸水率及烧结程度的不同，陶瓷器皿分成哪三类？

（1）以无机非金属天然矿物或化工产品为原料、经原料处理、成型、干燥、烧结等工序制成的产品。（2）分为{陶器、炻器、瓷器}

5.按化学，矿物组成，耐火材料分成哪几类？它们各自的组成特点如何?

按矿物质组成可分硅质制品、硅酸铝质品、镁质制品、碳质制品、白云石制品、锆石制品以及特殊耐火材料制品

硅酸铝质耐火材料：以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料

硅质耐火材料：以二氧化硅为主体，主要由磷石英、方石英和残存石英及玻璃相组成的耐火材料。他的典型代表是硅砖，另外，还有白泡石砖和熔融石英砖等

镁质耐火材料：以镁石作原料，以方镁石为主要矿物组成，氧化镁含量在80%-85%以上的耐火材料

碳质制品：以碳或碳化物为主要成分的耐火材料

白云石制品：CaO（40％～60％）MgO（30％～42％）为主要成分

锆石制品：含ZrO为主要成分的耐火材料

特殊耐火材料制品：由较纯难熔的氧化物、碳化物、硅化物和硼化物及金属陶瓷构成的耐火材料

6.无机胶凝材料有几大类？它们的主要性质和用途有哪些？

可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料两大类

气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如水泥。

7.混凝土有哪些主要特点？各种混凝土分别适用于哪些工程？

特点：1）混凝土具有良好的耐久性。

2）新拌混凝土具有良好的塑性和稠度。 3）原材料来源丰富

4）生产混凝土要求输入的能量要小得多。

5）混凝土不足之处：自重大、抗拉强度低、抗冲击强度和韧性比金属低，导热系数大，

保温隔热性较粘土砖差。

混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。

对基础分部有混凝土分项，混凝土标号一般为C10,C20,C25等；对主体分部有混凝土分项，混凝土标号一般为C20,C25,C30等。二次结构中混凝土板带，构造柱等混凝土标号一般为C20; 女儿墙压顶、散水混凝土标号一般为C10

8.简述纤维材料的特征，各种纤维材料的主要组成及应用范围。

纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。

（1）天然纤维{植物纤维、动物纤维、矿物纤维}

（2）化学纤维{人造纤维、合成纤维、无机纤维}

应用范围：纺织业、军事、环保、医药、建筑领域、生物科技、塑料

9.人工晶体材料的功能是什么？主要有哪些人工晶体材料？

功能：能实现电、磁、光、声和力等能量交互和转换。

包括半导体晶体、电介质晶体、绝缘晶体、光学晶体、超硬晶体及各种敏感晶体材料等。

10.建筑砂浆有哪些基本性质？其主要用途有哪些?

性质：在土木过程中起粘接、衬垫和传递应力的作用。用途：（1）在结构工程中，把单块的砖、石、砌块等胶结起来构成砌体；（2）在装配式结构中，砌墙的勾缝，大型墙板和各种构件的接缝；（3）在装饰工程中，墙面、地面及梁柱结构等表面的抹面；（4）天然石材、人造石材、瓷砖、锦砖等的镶贴。 (三）

高分子材料是由高分子化合物或以高分子化合物为主、辅以各种添加剂和填充料等物质经加工而形成的一种材料。

1、均聚物：指由一种结构单元通过共价键连接起来构成的聚合物。

2、共聚物：指由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物。

3、共混物：两种或两种以上聚合物通过机械或溶液混合在一起的物质。

4、聚合物的分类：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂和密封材料五大类；

5、塑料大致可分：通用塑料、工程塑料、特种塑料。

按受热性能来分：热塑性塑料（包括线型和支链聚合物，受热时可熔融、流动，可以多

次重复加工成型）、热固性塑料（体型聚合物，不熔不溶只能在加工中固化成型）。

按聚合物的主链结构可将高分子化合物分：碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合

物。

6、PP：聚丙烯 PE：聚乙烯 PS：聚苯乙烯 PVC：聚氯乙烯 PF：酚醛树脂 ABS：丙烯脂 -丁二烯-苯乙烯的共聚物

7、结晶对聚合物的性能影响：

1)结晶是高分子链规整排列，堆砌紧密，因而增强分子键间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐燃性、耐溶剂性、耐化学腐蚀等性能得以提高，从而改善塑料的使用性能。 2）但结晶使高弹性、撕裂伸长率、抗冲击强度等性能下降；对以弹性、韧性为主要使用性能的材料是不利的。

8、取向：在外力作用下，聚合物分子链沿外力方向平行排列。

聚合物取向现象：包括分子链、链段的取向以及寂静聚合物的晶片晶带等沿特定的方向择优排列。

未取向的聚合物材料是各向同性的，而取向后的聚合物材料是各向异性的。

9、

1）应力：在所考察的截面某一点单位面积上的内力。

2）应变：机械零件和构件等物体内任一点因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变。 3）

冲击强度：试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面积之比。

老化：指高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值的现象。

10、塑料基本性能的优缺点：

优点：1）质轻、比强度高。2）优异的电绝缘性能。3）减摩、耐摩性能好。4）透光及防护性能。5）减震、消音性能优良。

不足：1）耐热性比金属等材料差。2）塑料的膨胀系数要比金属大3~10倍，容易受温度变化而影响尺寸的稳定性。3）塑料会发生“蠕变现象”。4）塑料会“老化”。

11、助剂（提高性能、降低成本）

A、热稳定剂：金属盐、电类、有机锡。

B、改性剂：ACR、MBS。

C、填充剂：碳酸钙、滑石粉。

D、润滑剂：硬脂酸、石蜡。

E、墙塑剂：邻苯二甲之酯

F、固化剂：胺类。

12、挤出成型：挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物

料以流动状态连续通过口模成型的方法。

注射成型：注射成型(注塑)是使热塑性或热固性模塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法