材料结构与性能-期末考试答案
①材料在应力作用下，特别是在溶剂环境中易发生银纹化，并最终导致开裂，使高分子材料失效，即常说的环境应力开裂（ESC）。
一种对于环境应力的开裂的机理描述为：所有高分子材料都是由大于最大的微观结构单元的微区组成的。
在拉伸作用力下，一些微区相接触的薄弱点区域发生破坏，形成微裂纹或银纹。
在环境介质中，银纹的存在将使材料与介质接触表面积大幅增加。
当裂纹扩展到一定程度即发生脆性开裂，材料完全失效。
摩尔质量增加，分子间作用力增大，链缠结数增加，可以有效提高分子内部耐环境应力开裂（RESC）的能力。
抗应力开裂能力也与摩尔质量分布有关，平均摩尔质量相同的两个样品，分布宽的，低分子级分较多，容易首先形成微观撕裂，造成应力集中，致使制品开裂，其抗应力开裂能力较分布窄的差。
经退火处理的聚合物制件在一定温度下可促成分子的热运动而达到某种自然的松弛分布，在一定程度上减少由于注射成型所引起的内部残留应力。
高聚物所受到的应力水平越低，因环境应力开裂而断裂所需的时间越长。
温度对一切化学侵蚀都有重要影响。
温度升高可大大提高化学反应的速度，也促使聚合物膨胀，使高聚物更易被溶剂穿过、渗透和溶解，从而降低聚合物的抗应力开裂能力。
因此，温度越高，聚合物RESC性能越差。
在预应变相同的条件下，不同介质对高分子材料应力开裂的作用取决于该种材料对环境介质的敏感性。
关于敏感性的问题，在很大程度上取决于高分子材料与环境介质的溶度参数之差Δδ，Δδ越大，高分子材料对环境介质越不敏感，RESC性能越佳。
综上，可通过提升高分子材料的平均摩尔质量，降低分布系数；生产时在一定温度下退火处理，并且在相对较低的温度下使用，和选用与材料溶度参数相差较大的环境介质来提升高分子材料的耐环境应力开裂性能。
②影响高分子链柔顺性的因素主要有主链结构、取代基（侧基）、支化交联结构、链的长短、分子间作用力、分子链的规整性和外界因素等条件。
其中，主链结构方面，当主链全部由单键组成……
③在PP的广角X射线衍射(WAXD)谱图上出现5个衍射峰，与α晶型相对应。
而β—PP 除出现α晶型的5个衍射峰外，还出现2个衍射峰，对应于β晶型的衍射峰。
这表明加入β晶型成核剂后，PP的晶型由α晶型向β晶型转变。
加入Β晶型成核剂后，PP出现2个熔点，分别代表α晶型熔点（Tmα）和β晶型熔点（Tmβ）。
与PP相比，β-PP的Tmα向高温方向发生了偏移，β晶型含量（Xβ）高于α晶型含量（Xα）。
β—PP的T oneset比PP有所提高。
这表明β晶型成核剂具有异相成核作用，可诱导PP在较高温度下结晶，有利于缩短PP的加工成型周期，提高生产效率。
随着降温速率（D）的增大，两种试样的T oneset。
和结晶峰温度(Tp)都向低温方向移动，半高宽(△W)增大。
总结晶时间(Ts)减小。
比较在相同的D下β—PP和PP的结晶参数，由于β晶型成核剂的异相成核作用，使β—PP的T oneset。
和Tp提高，Ts减少。
在对PP于β-PP非等温结晶动力学研究发现，PP的Avrami指数（n）在1．97—2．04，而8一PP的n值在1．69～1．89，两者的n值都不是整数，归因于初始成核作用、均相成核与异相成核同时并存及二次结晶作用等。
在相同的D下，B—PP的t½比PP小，表明B晶型成核剂的加入起到异相成核作用，从而提高PP的结晶速率。
对于非等温结晶过程，考虑到不同D的影响，聚合物的△E可由Kissinger方程圈求得：
式中。
R为气体摩尔常数。
发现β-PP的△E较之PP的低。
这表明β晶型成核剂具有异相成核作用，使得△E降低。
PP球晶粗大，晶束从中心向外辐射生长，球晶间有明显的边界。
加入了β晶型成核剂后，球晶尺寸减少，球晶间边界糊模。
故，β晶型成核剂易诱导PP由α晶型向β晶型转变，可提高T oneset。
、加快结晶速率、减少t和降低△E。
同时，β晶型成核剂的加入改变了体系的成核方式和生长机理．使PP的n值由1．97～2．04变为1．69～1．89。
④丁苯橡胶（SBR）是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物。
其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。
主链结构-[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n。
SBS是一类热塑性弹性体，它的主链结构是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段结构，同时也是产量最大、成本最低、应用较广的一个品种。
在SBS主链中，两端的苯乙烯段结构规整，
低温可结晶，作为硬段；高温可熔融，提供热塑性；而中间的丁二烯段较为柔软，作为软段，提供弹性。
独特的结构赋予其兼有塑料和橡胶的特性。
SBS可以和水、弱酸、碱等接触，具有优良的拉伸强度，表面摩擦系数大，低温性能好，电性能优良，加工性能好等特性。
K树脂是以苯乙烯、丁二烯为单体，以烷基锂为引发剂，采用阴离子溶液聚合技术合成的一种嵌段共聚物。
其主要特性是兼有高透明性和良好的抗冲击性、密度小、着色力强，加工性能优异、无毒性。
典型的K树脂是由75%的苯乙烯和25 %的丁二烯组成, 根据不同的物性需要可以轻微改变两种组分的比例。
原材料单体可以受控聚合成为渐细排列或无规排列的嵌段, 然后还可以再进一步受控连结成为星状结构:
分段聚合S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-B-B-B-B-B-B-B
无规聚合S-S-S-B-S-S-B-B-S-S-S-B-S-S-B-S-S-S-B-S-S-SB-S-S
渐细聚合S-S-S-S-S-B-S-S-B-S-B-S-B-B-S-B-B-B-B
K 树脂被广泛的应用于各种包装, 如泡罩包装、仪器容器等, 也适用于玩具、医疗设备、办公用品等。
工程材料学学期期末考试试题B及详解答案
二、填空题：(每空0.5分，共20分)
1．金属材料，无机非金属材料（或陶瓷材料），有机非金属材料（或高分子材料），复合材料。
2．体心立方，面心立方
3．点缺陷、线缺陷、面缺陷，线缺陷
4．间隙固溶体，置换固溶体
5．共析反应，铁素体，渗碳体
2．为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？
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3．现有低碳钢和中碳钢齿轮各一批，为了使表面具有高硬度和好的耐磨性，应各怎样热处理？
4．用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。
10、钢的常见表面热处理方法有＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿。
11．在Fe-C合金中，γ→α＋Fe3C是＿＿＿转变，而L→γ＋Fe3C是＿＿＿转变。
12．钢的回火分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿三种类型，其主要产物分别是＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿＿。
13．单晶体塑性变形的基本方式为＿＿＿和孪晶。
三、判断题：(在题后括号内将正确的划√，错误的划×。每小题1分,共10分)
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7．塑性变形后的金属加热时，随温度的升高将依次发生＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿现象。
8.α-Fe是＿＿＿晶体结构，其晶胞原子数为＿＿＿；Cu是＿＿＿晶体结构，其晶胞原子数为＿＿＿；
9、除Co以外，合金元素的加入，均使钢的C曲线＿＿＿，临界冷却速度＿＿＿，钢的淬透性＿＿＿，所以35CrMo钢比35钢的淬透性＿＿＿。
6．0．45％，1．0％
再结晶，晶粒长大．回复，7．
材料结构与性能试题及详细答案
一、名词解释（分）原子半径，电负性，相变增韧、气团原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分）答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分）答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分）答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间地界面具有较大地位向差.块是由惯习面相同且与母相取向关系相同地板条组成地，块与块地界面也具有较大地位向差.资料个人收集整理，勿做商业用途板条马氏体束地尺寸对强度和断裂地作用可视为“有效晶粒”地作用.马氏体束尺寸越小，马氏体地强度越高，从变形角度来讲，由于束界为了保持界面在变形过程中地连续性，在束界上将增殖位错.马氏体束尺寸越小，位错增殖就越困难，相应提高了材料屈服强度.块地尺寸大小对强度有显著影响，尺寸越小，马氏体强度越高.但是板条尺寸细化对钢地强度地影响作用不大，但可以显著提高韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途板条马氏体地冲及韧性取决于板条束地大小.马氏体束尺寸与断裂小刻面尺寸相近，它与断裂小刻面尺寸相近，与强度和冷脆转变温度均具有地关系.马氏体束地尺寸是控制韧性地重要组织因素.一个奥氏体晶粒内存在不同位向地板条束，板条束之间是大角度界面，裂纹扩展到束界时，为满足裂纹扩展地晶体学位向，必须改变扩展方向，结果增大了扩展阻力，提高断裂韧性.因此减小板条束尺寸，相当于减小断裂单元，对提高韧性有利.资料个人收集整理，勿做商业用途五、简述主要地贝氏体组织类型、结构特点以及强韧性.（分）答：钢中主要地贝氏体组织有：上贝氏体、下贝氏体、无碳化物贝氏体、粒状贝氏体.上贝氏体组织由大致平行排列地板条状铁素体和呈粒状或条状地渗碳体组成，光学显微镜下呈羽毛状，电子显微镜下，上贝氏体中碳化物分布在贝氏体铁素体条片间，大致平行于铁素体板条地方向.大致平行排列地上贝氏体铁素体构成束，不同束间位向差较大，板条间地位向差较小.资料个人收集整理，勿做商业用途下贝氏体组织也由贝氏体铁素体和碳化物组成，下贝氏体铁素体呈条片状，片与片之间相互交叉成一定角度.碳化物在铁素体内部析出，呈片状、短杆状或粒状，并与铁素体片条主轴呈°夹角.资料个人收集整理，勿做商业用途无碳化物贝氏体钢中含有一定量地硅或铝，贝氏体组织就由贝氏体铁素体和富碳地残余奥氏体组成，这种组织为无碳化物贝氏体.电镜下可发现，其残余奥氏体以薄膜状地形态存在于贝氏体铁素体条片间，还可能存在于贝氏体铁素体内.资料个人收集整理，勿做商业用途粒状贝氏体为贝氏体铁素体和岛状组织组成，岛状组织呈半连续长条形，近似平行地、有规则地排列在贝氏体铁素体基体上.岛状组织内部碳含量很高，可达贝氏体铁素体中碳含量地倍以上.资料个人收集整理，勿做商业用途贝氏体铁素体内存在较高密度地位错缠结，不出现孪晶，且碳含量很低.强度：贝氏体组织地强度主要与个因素有关：（）贝氏体铁素体板条束或板条尺寸，这与位错地可滑移长度有关；（）贝氏体铁素体板条内地位错亚结构；（）合金元素地固溶强化；（）碳化物颗粒地弥散强化.资料个人收集整理，勿做商业用途上贝氏体铁素体板条间地粗大碳化物可以通过阻碍板条内位错地滑移而提高强度，但碳化物弥散强化作用较低.下贝氏体中碳化物较弥散地分布在铁素体板条内，对强度地贡献较大.贝氏体铁素体板条宽度决定了对位错滑移地阻碍作用，宽度越小，贝氏体强度越高，板条束与强度地关系不大.资料个人收集整理，勿做商业用途粒状贝氏体中，除了贝氏体组织地一般强化机理外，岛地存在也起到强化作用，岛状组织总量增加、岛地尺寸及岛间距减小，均可增加强度.而岛地总量减少，尺寸减小和岛间距增加，韧性提高.资料个人收集整理，勿做商业用途无碳化物贝氏体地板条间或板条内存在稳定地残余奥氏体膜，它地存在使屈服强度有所降低，塑性增大.韧性：上贝氏体地韧性低于下贝氏体，原因：由于上贝氏体地形成温度较高，贝氏体铁素体板条以及贝氏体铁素体板条束地尺寸较大，而且有较粗大地碳化物分布在贝氏体铁素体板条间，导致裂纹容易形成与扩展，而下贝氏体地形成温度较低，贝氏体铁素体板条尺寸及板条束尺寸较小，碳化物也细小均匀地分布在铁素体板条内，使下贝氏体地强度和韧性均有提高.资料个人收集整理，勿做商业用途六、简述可热处理铝合金地组织结构与强化地关系（分）答：（）固溶强化溶质原子以置换或间隙形式固溶在基体中，由于溶质原子与基体原子地尺寸差别、模量差别或原子价态不同等因素，造成基体材料地强度提高.资料个人收集整理，勿做商业用途（）析出强化铝合金经过固溶处理后获得过饱和固溶体，然后在一定温度和时间会发生分解，从基体中析出第二相，由于第二相析出造成地合金强化称为析出强化.第二相析出过程大致为：过饱和固溶体→区→θ’’→θ’→θ.资料个人收集整理，勿做商业用途在时效温度较低地情况下，区首先析出，随时效时间增加，强度增加，θ’’相较充分地析出时，硬度达到最大值，以后随时效过程地进行，硬度下降，主要为θ’相和平衡相θ析出，平衡相析出充分时，硬度最低.不同时效阶段，合金强化机理不同，但都和位错与第二相地交互作用有关.时效初期，第二相粒子尺寸较小，与基体保持共格关系，位错运动过程中能切过粒子.如果粒子长大超过一临界值尺寸，位错就不能切割粒子，强化作用按照奥罗万机制进行.资料个人收集整理，勿做商业用途（）位错强化指经过塑性变形地合金，由于基体内位错密度增加和位错亚结构地变化，增强了位错间地交互作用，提高了位错运动地阻力，结果使合金地强度提高.资料个人收集整理，勿做商业用途（）晶界强化也可视为细晶强化，强化效果可用关系表示.随晶粒尺寸地减小，屈服强度提高，而且呈现明显地加工硬化现象.资料个人收集整理，勿做商业用途。
工程材料期末考试试题及答案.doc
工程材料试题及答案一、判断题1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。
（X）2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。
（X）3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。
（X）4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。
（X）5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。
（V）6、一个合金的室温组织为a+0u+（a+B）,则它山二相组成。
（X）7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。
（V）8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。
（V）9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。
（X）10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。
（V）二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58,其余地方为HRC20—25,其加工路线为：下----- ►锻造一►正火一机加工一►调质---------------- 机加工（精）----- ►轴颈表面淬火 ----- ►低温回火------ 磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3+ 50°C保温一段时间空冷（a ） 60钢渗碳淬火后低3、 调质目的和大致热处理工艺 强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火+高温回火4、 表面淬火目的提高轴颈表面硬度5、 低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M + A'心部S 回四、选择填空（20分）1、 合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d ）（a ）均强烈阻止奥氏体晶粒长大 （b ）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c ）无影响（d ）上述说法都不全面2、 适合制造渗碳零件的钢有（c ）o（a ） 16Mn 、15、20Cr 、lCrl3、12Cr2Ni4A （b ） 45、40Cr 、65Mn 、T12 （c ） 15、20Cr 、18Cr2Ni4WA 、20CrMnTi3、 要制造直径16nmi 的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a ） 45钢经正火处理 （b ） 60Si2Mn 经淬火和中温回火（c ） 40Cr 钢经调质处理 4、 制造手用锯条应当选用（a ）（a ） T12钢经淬火和低温回火 （b ） Crl2Mo 钢经淬火和低温回火（c ） 65钢淬火后中温回火5、 高速钢的红硬性取决于（b ）（a ）马氏体的多少（b ）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c ）钢中的碳含量 6、 汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（b ） 40Cr 淬火后高温回火 （c ） 20CrMnTi 渗碳淬火后低温回火7、 65、65Mn 、50CrV 等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a ）工具钢，淬火+低温回火 （b ）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c ）弹簧钢，淬火+中温回火 8、 二次硬化属于（d ）（a ）固溶强化 （b ）细晶强化 （c ）位错强化 （d ）第二相强化9、 lCrl8Ni9Ti 奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b ）（a ） 获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b ）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c ）降低硬度，便于切削加工10、 推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a ） 20Cr 渗碳淬火后低温回火 （b ） ZGMnl3—3经水韧处理（c ） W18Cr4V 淬 火后低温回火11、 位错是一种 ____ 。
材料结构与性能解答(全).doc
材料结构与性能解答(全)1、离子键及其形成的离子晶体陶瓷材料的特征。
答当一个原子放出最外层的一个或几个电子成为正离子，而另一个原子接受这些电子而成为负离子，结果正负离子由于库仑力的作用而相互靠近。
靠近到一定程度时两闭合壳层的电子云因发生重叠而产生斥力。
这种斥力与吸引力达到平衡的时候就形成了离子键。
此时原子的电中性得到维持，每一个原子都达到稳定的满壳层的电子结构，其总能量达到最低，系统处于最稳定状态。
因此，离子键是由正负离子间的库仑引力构成。
由离子键构成的晶体称为离子晶体。
离子晶体一般由电离能较小的金属原子和电子亲和力较大的非金属原子构成。
离子晶体的结构与特性由离子尺寸、离子间堆积方式、配位数及离子的极化等因素有关。
离子键、离子晶体及由具有离子键结构的陶瓷的特性有A、离子晶体具有较高的配位数，在离子尺寸因素合适的条件下可形成最密排的结构；B、离子键没有方向性C、离子键结合强度随电荷的增加而增大，且熔点升高，离子键型陶瓷高强度、高硬度、高熔点；D、离子晶体中很难产生自由运动的电子，低温下的电导率低，绝缘性能优良；E、在熔融状态或液态，阳离子、阴离子在电场的作用下可以运动，故高温下具有良好的离子导电性。
F、吸收红外波、透过可见波长的光，即可制得透明陶瓷。
2、共价键及其形成的陶瓷材料具有的特征。
答当两个或多个原子共享其公有电子，各自达到稳定的、满壳层的状态时就形成共价键。
由于共价电子的共享，原子形成共价键的数目就受到了电子结构的限制，因此共价键具有饱和性。
由于共价键的方向性，使共价晶体不密堆排列。
这对陶瓷的性能有很大影响，特别是密度和热膨胀性，典型的共价键陶瓷的热膨胀系数相当低，由于个别原子的热膨胀量被结构中的自由空间消化掉了。
共价键及共价晶体具有以下特点A、共价键具有高的方向性和饱和性；B、共价键为非密排结构；C、典型的共价键晶体具有高强度、高硬度、高熔点的特性。
D、具有较低的热膨胀系数；E、共价键由具有相似电负性的原子所形成。
材料科学与工程基础期末考试复习解答题汇总 (2)
Be、Mg、Zn、Cd、 α-Ti 、 α -Co．
6 归纳总结3种典型金属结构（bcc、fcc 和hcp）的晶体学特点 （配位数、每个晶胞中的原子数、点阵常数、致密度和最近的 原子间距）。
体心立方（bcc）：8；2；a；0.68；
面心立方（fcc）: 12；4；a； 0.74；
密排六方（hcp）: 12；6；a，c，c/a =1.633；0.74；a
4 氧化镁与氯化钠具有相同的结构。已知Mg离子半径r1为 0.066nm，氧离子半径r2为0.140 nm。 镁的相对原子质量为 24.31；氧的相对原子质量为16.00。(1)求氧化镁的晶格常数? (2)求氧化镁的密度? (3) 求氧化镁的致密度?
5.628Ǻ
2.8148Ǻ
a
b
c
NaCl晶体的微观结构（a、b）及等 同点分布（c）
高分子材料，大分子内的原子之间结合为共价键，而大分子 与大分子之间的结合为物理键。
复合材料是由二种或二种以上的材料组合而成的物质，因而 其结合键非常复杂，不能一概而论。
3 比较键能大小和各种结合键的主要特点。
化学键能 >物理键能， 共价键能 ≥离子键能 > 金属键能 > 氢键能> 范氏键能 共价键中：叁键键能 > 双键键能 > 单键键能 金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电 子的共有化，无饱和性，无方向性； 离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性； 共价键共用电子对，有饱和性，有方向性； 范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性； 氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。
(1-0.3)/ (1-0.18) =0.8537=erf(0.60*10-3/2 (1.28χ10-11 t)1/2 ( 3分 )
材料性能学答案-最新整理版(1)
共 4 页 第 页1. 通过静载拉伸实验可以测定材料的 弹性极限、屈服极限、 抗拉强度、断裂强度、比例极限等（答对3个即可）强度指标，及 延伸率 、 断面收缩率 等塑性指标。
2.按照断裂中材料的宏观塑性变形程度，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径（断裂方式），可分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，可分为解理断裂和剪切断裂3. 单向拉伸条件下的应力状态系数为 0.5 ；而扭转和单向压缩下的应力状态系数分别为 0.8 和 2.0 。
应力状态系数越大，材料越容易产生 (塑性) 断裂。
为测量脆性材料的塑性，长采用压缩的试验方法4.在扭转试验中，塑性材料的断裂面与试样轴线 垂直 ；脆性材料的断裂面与试样轴线 成450角。
5. 低温脆性常发生在具有 体心立方或密排六方 结构的金属及合金中，而在 面心立方 结构的金属及合金中很少发现。
6. 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生 应力集中 和 双（三）向应力或应力状态改变 ，试样的屈服强度 不变，塑性 降低 。
7.根据磨损面损伤和破坏形式（磨损机理），磨损可分为4类：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损和麻点疲劳磨损（接触疲劳）8.典型的疲劳断口有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。
疲劳裂纹扩展区最典型的特征是贝纹线9. 在典型金属与陶瓷材料的蠕变曲线上，蠕变过程常由 减速蠕变 ，恒速蠕变 和 加速蠕变 三个阶段组成。
10.根据材料磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料11.一般情况下，温度升高，金属材料的屈服强度下降；应变速率越大，金属材料的屈服应力越高。
12.温度对金属材料的力学性能影响很大，在高温下材料易发生沿晶断裂。
13. 拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断后伸长率会越小14.宏观断口一般呈杯锥装，由纤维区、放射区和剪切唇3个区域组成。
材料强度越高，塑性降低，则放射区比例增大。
材料结构与性能答案
材料结构与性能答案一、名词解释：1.大分子(macromolecule)：由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量聚合物分子：也叫高聚物分子，通常简称为高分子。
就字面上它是一个由许多(poly)部分(mer)组成的分子，然而它的确包含多重重复之意。
它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现。
2.共聚物：共聚物一词在历史上指由能自身均聚的单体聚合而生成的聚合物3.结晶度(degree of crystallinity)：结晶高聚物结晶部分量地多少。
分为质量结晶度和体积结晶度4.等同周期（identity spacing)：高分子晶体中分子链方向相同结构重复出现的最短距离，又称高分子晶体的晶胞结构重复单元。
构成高分子晶体的晶胞结构重复单元有时与其化学重复单元不相同。
5.结晶过程：物质从液态（溶液或熔融状态）或气态形成晶体的过程。
二、概念区分：1、微构象(microconformation)与宏构象(macroconformation)微构象：即高分子的主链键构象，即是高分子主链中一个键所涉及的原子或原子团的构象宏构象：沿高分子链的微构象序列导致高分子的宏构象，它决定高分子的形状微构象指高分子主链键构象。
宏构象指整个高分子链的形态。
由于微构象的变化所导致的高分子的宏观形态(morphology)2、应力(stress)与应变(strain)应力（σ）是受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的作用力应变（ε）：在外力作用下，材料的几何形状和尺寸发生的变化σ=Eε，E是弹性模量。
3、侧基(side group)与端基(end group)侧基：侧基是一个主链上的分支，既不是低聚物的也不是高聚物的。
端基：端基是大分子或低聚物分子末端的结构单元4、初期结晶(primary crystallization)与二次结晶(secondary crystallization)初期结晶：物质从液态（溶液或熔融状态）或气体形成晶体。
材料化学期末考试考卷
2013年材料化学期末考试试卷及答案1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料四大类;2、材料化学是材料的结构、性能、制备和应用的化学;3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究;4、元素的原子之间通过化学键相结合,不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同;其中离子键、共价键和金属键较强；范德华键为较弱的物理键；氢键归于次价键;5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力;6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体;7、硅酸盐的基本结构单元为 SiO4 四面体,其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等;8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷 ;其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷;9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；而力学性能表征为强度、韧性和硬度等;10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为 ;主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等;11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法;12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；化学沉积法按反应的能源可分为热能化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积与光化学沉积 ;13、金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金;14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等;15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成;16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃;17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；按价电子数可分为 n-型和 p-型 ;18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成;合成聚合物的化合物称为单体 ,一种这样化合物聚合形成的成为均聚物 ,两种以上称共聚物 ;19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合;20、具有导电性的聚合物主要有：共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质;21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料;22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应;二、名词解释共 10小题,每题 1分,共计10分23、置换型固溶体：由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组成的固溶体;24、填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体;25、介电性：在电场作用下,材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质;26、居里温度：高于此温度铁电性消失;27、相图：用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图;28、合金：由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质;29、阳离子聚合反应：以碳阳离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应;30、阴离子聚合反应：以阴离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应;31、复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料;32、纳米材料：微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料,或由它们作为基本单元构成的材料三、判断题共10 小题,每题1 分,共计10分33、材料化学的特点是跨学科性和多样性;×34、在周期表中同周期从左到右电正性逐渐减小,同族由下到上逐渐减小;√35、在周期表中同周期从左到右原子半径逐渐减小,同族由下到上逐渐增大;×36、氢键的作用力强弱介于化学键与范德华力之间;√37、范德华键不具有方向性和饱和性,而离子键即有方向性又有饱和性;×38、一般晶体都有规则的几何外形和固定的熔点;√39、对于具有缺陷的晶体是不完美的,一般在制备材料上要避免;×40、以二氧化硅为主体的材料在酸性条件下是稳定存在的;√41、热性能与材料中原子的震动相关,一般表现为热传导、热膨胀和热辐射;×42、衡量材料介电性能的指标为介电损耗,其值越小绝缘性能越好;×43、含有П共轭基团的材料一般为无色透明材料;×44、金属由于对所有光波吸收后又释放,所以呈现金属光泽;√45、埃灵罕姆图中位于ΔG-T上方的氧化物可以使下方的元素氧化;√46、固态反应中颗粒尺寸越小、比表面积越大、反应速度越快;√47、在热力学上,非晶态是一种稳定的状态;×48、在铁碳合金中马氏体塑性最好而奥氏体硬度最高;×49、淬火处理可以减低合金的脆性提高韧性和切削性能;×50、水泥的标号越高硬化后的强度也越高;√51、目前产量最高用途最广泛的玻璃是有机玻璃;×52、玻璃钢和钢化玻璃是同一种物质;×53、陶瓷材料与玻璃材料的区别是：玻璃透明而陶瓷不透明;×54、塑料材料的玻璃化转变温度一般要比橡胶材料要高;√55、PVC一般有悬浮聚合与乳液聚合两种产品,其中悬浮聚合分子量分布窄×56、应用最广泛的复合材料是聚合物基复合材料;√57、金属的纳米颗粒对可见光具有较好的反光性,所有都有金属光泽;×58、纳米颗粒一般需要采用一定保护措施来防止团聚;√四、简答题共2小题,每题 3 分,共计 6分59、晶体与非晶体的区别有哪些答：晶体：原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈周期性地排列构成长程有序非晶体：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成长程无序短程有序;非晶态所属的状态属于热力学亚稳态,所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势,即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶,转化到稳定性更高的晶体状态;60、形成腐蚀电池必备的条件是什么答：第一、要有电位差存在；第二、两极处于电解质溶液中；第三、不同电位的两部分金属之间要有导线连接或接触;61、简述热力学第一、二、三定律答：热力学第一定律就是能量守恒定律,在一个封闭系统里,所有种类的能量,形式可以转化,但既不能凭空产生,也不会凭空消失;热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律,它有不同的表述方法：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化;热力学第三定律指出绝对零度是不可能达到的;62、化学气相沉积法的优缺点有那些答：优点：1不存在沉积视线阴影,可以对复杂的三维工件进行沉积镀膜;2 具有高的沉积速度,并可获得厚的涂层有时厚度可达厘米级；3大于%之高密度镀层,有良好的真空密封性；4沉积的涂层对底材具有良好的附着性；5可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层；6可控制晶粒大小与微结构7CVD设备通常比PVD简单、经济;缺点：1反应需要挥发性化合物,不适用于一般可电镀的金属,因其缺少适合的反应物,如：锡、锌、金；2需可形成稳定固体化合物的化学反应,如：硼化物、氮化物及硅化物等；3因有剧毒物质的释放,腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制,需要封闭系统；4某些反应物价格昂贵；5反应物的使用率低,反应常受到沉积反应平衡常数的限制;63、溶胶-凝胶法的优缺点有哪些答：优点：1由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合;2由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂；3与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反应容易进行,温度较低;4选择合适的条件可以制备各种新型材料;缺点：1原料价格比较昂贵；2通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长,常需要几天或儿几周;3凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩;64、简述陶与瓷的区别答：陶器的吸水性一般大于3％而瓷器一般不大于3％；陶器不透光而瓷器透光；陶器胎体未玻化或玻化程度差、断面粗糙而瓷器玻化程度高、结构致密、细腻,断面呈石状或贝壳状；陶器敲击声沉浊而瓷器清脆;65、聚合物分子量有何特点,其四种平均分子量有何关系答：聚合物的分子量有两个特点,一是分子量大；二是分子量的多分散性；数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量;66、简述自蔓延高温合成法的原理答：它是许多金属和非金属难熔化合物在燃烧合成时依靠自身放热,来合成材料的技术;某些物质在合成时自身可以放热并利用此热量可以使合成反应继续下去的现象;67、复合材料按基体材料可分几类按增强纤维种类又可分为几类答：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料;玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等复合材料；金属纤维如钨丝、不锈钢丝等复合材料；陶瓷纤维如氧化铝纤维、碳化硅纤维等复合材料;68、为什么要对纳米颗粒材料表面进行改性有哪些改性方法答：纳米体易于团聚的原因：表面效应、布朗运动、范德华力和氢键；因此克服团聚的途径：对纳米粒子进行表面改性;改性方法有：物理改性；化学改性;五、论述题;共2小题,共计 8分69、分别简述材料与化学的研究范畴及材料化学的主要研究内容答：材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质;这种物质具有一定的性能Performance或功能function;一般可以重复使用;可用的物质即材料;化学：物质的组成、结构和性质以及物质相互转换的研究;材料注重宏观方面,化学注重原子分子水平的相互作用;主要研究内容包括：1结构材料的结构是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布,包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构,相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次;所有这些层次都影响产品的最终行为;2性能性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述;3制备材料的合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程;合成与制备是提高材料质量、降低生产成本和提高经济效益的关键,也是开发新材料、新器件的中心环节;70、聚乙烯与聚四氟乙烯的结构有什么区别为什么聚四氟乙烯的耐老化性能优异,被称为塑料王答：C-H与C-F性质不同,结构不同;71、列举三种你所知道的复合材料简述其制造方法答：省略。
材料结构与性能复习题答案
1?钢分类的方法有哪几种？钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素?钢的分类方法有5种：1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。
强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V中强碳化合物形成元素：W,Mo2?合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些？提高回火稳定性的元素有哪些？合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够韧性和塑性。
提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W3 解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。
1) 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。
2) 由于合金钢中含有较多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo、Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。
因此，合金钢具有较高的回火稳定性。
3) 按照金相组织来看，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为%、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。
4）由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。
材料性能期末考试题及答案
材料性能期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，其单位是：A. MPaB. GPaC. N/m²D. Pa2. 材料的硬度通常用来描述材料的：A. 韧性B. 强度C. 耐久性D. 抗划伤能力3. 材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时，体积或长度的相对变化率，其单位是：A. °C⁻¹B. K⁻¹C. °F⁻¹D. 1/°C4. 材料的屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生永久变形的应力值，通常用下列哪个单位表示：A. MPaB. GPaC. N/m²D. Pa5. 材料的疲劳强度是指材料在循环载荷作用下，发生疲劳破坏的应力值，通常与下列哪个因素无关：A. 材料的微观结构B. 载荷的频率C. 材料的密度D. 环境温度二、填空题（每空2分，共20分）6. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生断裂。
7. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最小应力值而不发生永久变形。
8. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最小应力值而不发生塑性变形。
9. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生永久变形。
10. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生塑性变形。
三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述材料的疲劳破坏机理。
12. 解释什么是材料的蠕变现象，并简述其影响因素。
13. 描述材料的断裂韧性及其在工程应用中的重要性。
四、计算题（每题15分，共30分）14. 某材料的弹性模量为200 GPa，当其受到100 MPa的应力作用时，计算其应变值。
15. 假设有一块材料的屈服强度为300 MPa，若在循环载荷作用下，该材料的疲劳强度降低到200 MPa，计算其疲劳强度降低的百分比。