1、第二章 材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分 填空题（10 个空共 10 分，每空一分）1 材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。2 材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。3 强度可以用弹性极限、屈服强度和比例界限等来表征。4 三类主要的材料力学失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。5 材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。6 晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。7 化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。8 材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。第二部分
2、 判断题（10 题共 20 分，每题 2 分）1 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。 （ ）2 疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。 （ ） 3 硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。 （错）4 性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。 （）5 晶体是指原子排列短程有序，有周期。 （错）6 材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。 （）7 材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。 （错）8 材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
3、 （）9 材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。 （错）10 材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。 （）第三部分 简答题（4 题共 40 分，每题 10 分）1 材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。2 金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。3 流变成型包括哪几个方面？答
4、：金属的半固态成型、高分子材料的熔融成型、陶瓷泥料、浆料成型和玻璃的熔融浇注。4 材料改性的目的和内容是什么？答：目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性能。内容: . 材料的“合金化”2 .材料的热处理第四部分 论述题（2 题共 30 分，每题 15 分）1 材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？它们使用于哪些范围？答：2 加工与合成的定义和主要内容是什么？以及它们的关系是什么？发展方向是什么？答：“合成”与“加工”是指建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺寸到宏观尺度）对结构的控制，以及高效而有竞争力地制造材料与元件的演化过程。合成是指把各种原子或分子结合起来制成
5、材料所采用的各种化学方法和物理方向。加工可以同样的方式使用，还可以指较大尺度上的改变，包括材料制造。提高材料合成与加工的技术水平是我们的最重要的课题。检 测 仪 器 分 辨 率 体 视 显 微 镜 m(毫 米 )- m（ 微 米 ） 光 学 显 微 镜 m（ 微 米 ） 电 子 扫 描 显 微 微 米 -纳 米 （ nm） 达 0.7nm 透 射 电 镜 观 察 到 原 子 排 列 面 ， 达 0.2nm 场 离 子 显 微 镜 形 貌 观 察 0.2-0.3nm 隧 道 扫 描 显 微 镜 观 察 到 原 子 结 构 0.5-0.2nm 作业二第一部分 填空题（10 题共 10 分，每题 1
6、 分）1 材料的物理性质表述为电学性质、磁学性质、光学性质和热学性质。2 材料的硬度表征为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。3 材料的化学性质主要表现为催化性质和防化性质。4 冶金过程、熔炼与凝固、粉末烧结和高分子聚合是四种主要的材料制备方法。5 如果按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：液态成型、塑变成型和流变成型。6 金属材料的改性包括材料的合金化以及材料的热处理7 典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。第二部分 选择题（5 题共 10 分，每题 2 分）1 分析材料的相组成你会选取何种测试手段（B）A 扫描电镜 B 透射电镜 C 红外吸收光谱2 分析各相之间的位相关系选取何
7、种测试手段（B）A 红外吸收光谱 B X 射线衍射 C 扫描电镜3 进行断口形貌观察最好用何种仪器（A）A 扫描电镜 B 透射电镜 C X 射线衍射 D 红外吸收光谱4 观察原子结构采用何种仪器（）A 光学显微镜 B 隧道扫描线微镜 C 扫描电镜 D 红外吸收光谱下列仪器中分辨率最高的是（）A 体式显微镜 B 光学显微镜 C 隧道扫描线微镜 D 电子扫描显微镜第三部分 判断题（10 题共 10 分，每题 1 分）1 材料性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。 （）2 疲劳
8、强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。 （）3 韧性指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能量。 （错）4 在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。 （）5 准晶体的特点是原子排列长程有序，有周期。 （错）6 现代材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的。 （）7 热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的组织组成的情况，达到改变材料性能的方法。 （错）8 淬火通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。 （）9 正火是在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高
9、强度，降低韧性。 （错）10.材料表面工程有：表面改性、表面防护和薄膜技术。 （）第四部分 简答题（4 题共 40 分，每题 10 分）1从事材料工程的人们为什么必须注重材料性能数据库。答：材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选材（CAMS） 、计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM）的基础2什么是材料的组织组成。答：组成材料的不同物质表示出的某种形态特征3 “材料设计”构想始于 50 年代，80 年代后实现“材料设计”的条件渐趋成熟。表现在哪三个方面。答：1）基础理论的形成和发展 2）计算机科学技术的发展 3）合成与加工新技术的涌现4新型材料设计的内
10、容。 成分结构设计 性质性能预测 合成加工过程的控制与优化第五部分 论述题（2 题共 30 分，每题 15 分）1 材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？a) 使用性能b) 材料的性质c) 结构与成分d) 合成与加工合成与加工 结构与成分 材料性质 使用性能具备产生2 你认为材料工作者需要具备什么样的条件？你认为哪些方面是新技术新材料的代表？答：在材料科学研究及工程化应用中，材料人员应具备这样一种能力：能针对不同的使用环境，提取出关键的材料性质并选择优良性能的材料。准晶、纳米材料和界面科学等是新的研究课题，都主要是围绕成分与结构展开的，向上追溯到材料的合成与加工，向下则牵联到材料的
11、特征性质。可以说，这些研究是新材料新技术的代表。提供作业三一、 名词解释（6 题共 30 分，每题 5 分）(1). 晶体：原子在空间呈有规则的周期性的重复排列。(2). 硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。(3). 疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。(4). 材料组织： 材料的组织是对材料的类型、形状、数量、大小、分布等特征的描述，特征相同的部分归为一种组织组成物。(5). 韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。(6). 材料的“合金化”：通过改变材料的成分，达到改变材料性能的方法。这种方法在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应用。二、 填空题
12、 （10 个空共 10 分，每空 1 分）(1). 固体中的结合键可以分为（4）种，它们是（金属键） 、离子键、 （分子键） 、共价键。(2). 共晶反应式为：( L+)，共晶反应的特点为：( 一个液相生成两个固相)。(3). 材料力学性能的硬度表征：布氏硬度、( 洛氏硬度)、维氏硬度等。(4). 马氏体的显微组织形态主要有：（板条马氏体） 、 （片状马氏体）两种。其中（板条马氏体）的韧性较好(5). 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是：（液相和固相之间存在过冷度） 。三、 是非题 （5 题共 10 分，每题 2 分）(1). 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷
13、的 反应。 （ ）(2). 一个合金的室温组织为 + +（+） ，它由三相组成。 （）(3). 三束表面改性是指：激光束、电子束、离子束 （ ）(4). 材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。 （ ）(5). 不论含碳量的高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。 （）四、 选择题 （5 题共 10 分，每题 2 分）(1). 决定晶体结构和性能最本质的因素是：a. 原子间的结合能 b.原子间的距离 c.原子的大小。 （a）(2). 固溶体的晶体结构：（a）a.与溶剂相同 b.与溶质相同.c.为其它晶型 (3). 材料的刚度和（a）有关：a.弹性模量 b 屈服强度 c 抗拉强度 (
14、4). 间隙相的性能特点是：a.熔点高，硬度低；b 硬度高，熔点低 c 硬度高、熔点高 （c）(5). 珠光体是一种：a.单相固溶体 b 两相混合物 c. Fe 和 C 的化合物 （b）五、 简答题（4 题共 20 分，每题 5 分）(1). 何为粉末烧结？影响烧结的因素有哪些？烧结是陶瓷何粉末冶金工艺中最重要的工序。所谓烧结就是指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐密化，且机械强度大大提高的过程。影响烧结的因素有很多，如坯体的初始密度、物相组成、烧结气氛、压力以及添加剂等。(2). 简述纤维增强复合材料的机理。纤维复合材料强度高的原因是：纤维尺寸小强度高韧性改善，纤维表面
15、受基体保护，基体有止裂作用，断裂时纤维拔出要克服粘结力，以及纤维处于三向受力状态等。(3). 简述从事材料工程的人们必须注重材料性能数据库。材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选材（CAMS） 、计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM）的基础。(4). 简述材料设计的主要内容材料设计贯穿于材料“四要素”的各个方面，即：成分结构设计性质性能预测合成加工过程的控制与优化六、 综合分析题（2 题共 20 分，每题 10 分）(1). 材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。提示： 材料四要素：使用性能、材料的性质、结构与成分、合成与加工关系：略(2
16、). 试述材料的强韧化的主要方法及其各自原理。提示：固溶强化、加工硬化、弥散强化、第二相强化、相变增韧原理：略作业四一、 名词解释（6 题共 30 分，每题 5 分）(1). 塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。(2). 刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。(3). 抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。(4). 马氏体：碳在 -Fe 的过饱和固溶体。(5). 断裂韧性：工程上使用的各种材料，本身不可避免地存在着微裂纹，在应力的作用下，这些裂纹进行扩展，一旦达到失稳扩展状态，便会发生低应力脆断。(6). 材料的热处理：通过一定的加热、保温、冷却
17、工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。二、 填空题 （10 个空共 10 分，每空 1 分）(1). 材料的物理性质主要包括：( 电学性质)、磁学性质、 (光学性质)、热学性质等(2). 三类主要的材料力学失效形式：( 断裂)、( 磨损)、腐蚀。(3). 材料物理性能的电学性能表征有：（导电率） 、 （电阻率） 、介电常数等。(4). 三大类材料的成型技术在材料工程中是内容最为丰富的一部分。如果按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：（液态成型） 、 （塑变成型） 、流变成型。(5). 三束表面改性是指：（激光束） 、 （电子束） 、离子束等。三、 是非题 （5
18、 题共 10 分，每题 2 分）(1). 结构材料是指工程上要求机械性能的材料。 （）(2). 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。 （）(3). 材料的加工与合成主要内容包括材料制备、材料加工、表面工程、材料复合。（）(4). 有许多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层，其中最重要的两种方法是：物理气相沉积 PVD 和化学气相沉积 CVD。 （）(5). 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 （）四、 选择题 （5 题共 10 分，每题 2 分）(1). 晶体中的位错属于：a.体缺陷.b 面缺陷.c.线缺陷 （c）(2). 奥氏体是：a.碳在 -Fe 中的间隙固溶
19、体；b. 碳在 -Fe 中的间隙固溶体 c. 碳在-Fe 中的间隙固溶体 （a）(3). 在发生 L+ 共晶反应时，三相的成分：a. 确定 b.相同 c.不定 （ b）(4). 设计纤维复合材料时，对于韧性较低的基体，纤维的膨胀系数可（a ） ；对于塑性较好的基体，纤维的膨胀系数可（ c ）a. 略低 b 相差很大 c 略高 d 相同五、 简答题（4 题共 20 分，每题 5 分）(1). 何为复合材料？简述材料复合的目的。复合材料为由两种以上不同性质的材料组成的多相固体材料，具有其组成材料所，没有的优越性能，材料复合的主要目的就是依据不同材料性能的优势互补、协调作用的原则，进行材料的设计与制
20、备。因此材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。(2). 简述性质与性能的关系和区别。 材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。使用性能：是指材料在最终使用状态（产品、元件）下表现出的行为。性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现(3). 简述材料的加工的主要范畴传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻材料的成型：铸造、拉、拔、挤、压、锻材料的改性：合金化、热处理材料的联接：焊接、粘接(4). 简述材料改性的目的以及其主要内容目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性能。内容: .
21、 材料的“ 合金化”2 . 材料的热处理六、 综合分析题（2 题共 20 分，每题 10 分）(1). 材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？提示：成 分 分 析化学分析：化验物理分析：物理量间接测定谱学分析：红外光谱、光电子能谱，等结构分析光学显微镜、SEM、TEM、场离子显微镜、隧道扫描显微镜等(2). 试述材料热处理的常见工艺及其目的。提示：典型热处理工艺淬火、退火、回火、正火目的：略第三章 结构材料一、填空题：1、 碳的质量分数 大于 2.11% 的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的 Si 、Mn、 S 、 P 等元素。2、 优质碳素结构钢的钢号是以 碳的平均万分数 来表示的。3、
22、碳钢常规热处理有 退火 、 正火 、 淬火 、 回火 四种4、 碳在铁碳合金中的存在形式有 与铁间隙固溶 、 化合态的渗碳体 、 游离态的石墨 5、 高分子材料分子量很大，是由 许多相同的结构单元 组成，并以 共价键 的形式重复连接而成。6、 塑料 、 橡胶 、 纤维 被称为三大合成高分子材料。7、 高分子按结构单元的化学组成可分为 碳链高分子 、 杂链高分子 、 元素有机高分子 、 无机高分子 。 8、 聚合物分子运动具有 多重性 和 明显的松弛特性 。9、 聚乙烯可分为 低密度聚乙烯 、 高密度聚乙烯 、 线性低密度聚乙烯 、 超高分子质量聚乙烯 、 改性聚乙烯 。10、 陶瓷材料的晶体缺
23、陷有 点缺陷 、 线缺陷 、 面缺陷 ，其中导电性与 点缺陷 有直接关系。11、 陶瓷材料的 塑性 和 韧性 较低，这是陶瓷材料的最大弱点。12、 陶瓷材料热膨胀系数小，这是由 晶体结构 和 化学键 决定的。13、 由两种或两种以上 物理 、 化学 、 力学性能 不同的物质，经人工组合而成的 多相固体材料 叫做复合材料。14、 复合材料可分为 结构复合材料 和 功能复合材料 两大类。15、 颗粒增韧的增韧机理主要包括 相变增韧 、 裂纹转向增韧 、和 分叉增韧 。16、 界面是复合材料中 基体 与 增强材料 之间发生 相互作用 和 相互扩散 而形成的结合面。17、 复合材料界面结合的类型有 机械结合 、 溶解与侵润结合 、 反应结合 、 混合结合 。二、判断题：1、不锈钢中含碳量越低，则耐腐蚀性就越好。 （ ）2、纯铝中含有 Fe、Si 等元素时会使其性能下降。 （ ）3、正火是在保温一段时间后随炉冷却至室温。 （ ）4、受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。 （ ）5、聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。 （ ）
