材料工程复习思考题部分答案

材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：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。

6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。

材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。

材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。

相图也是材料设计不可或缺的组成部分。

7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。

8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。

答：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、拉拨）、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。

10、如何区分传统材料与先进材料？答：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，先进材料推到传统材料进一步发展。

18、什么是复合材料？如何设计和制备复合材料？答：由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体。

首先应明确设计条件，选材，之后进行设计选材和层合板设计，然后进行结构设计, 确定材料微观结构模型。

选材时须同时考虑材料的机械性能、使用环境和工艺性等因素, 在初步设计阶段就应对结构的可维护性、可修理性和维修的费用进行考虑与评估。

在整个设计过程中，应视不同阶段进行相应试验，包括某些工艺试验。

22、生物医用材料有哪些？应具备什么特性？答：生物医用材料有1，医用金属和合金2，医用高分子3，生物陶瓷4，生物衍生材料生物5，医用复合材料。

生物医用材料除满足一定的理化性质外还必须满足生物学性能即生物相容性。

23、什么是生态环境材料？如何对其生命周期进行评价？答：生物环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调或者能够改善环境的材料。

所谓环境协调性是指资源和能源消耗少，环境污染小和循环再利用率高。

通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗，物质消耗和废物排放，来评估一产品，过程和事件的环境载荷；定量评价由于这些能源物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；辨别和评价改善环境的机会。

评估过程应包括该产品、过程和事件的寿命全过程，包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。

LCA 应包括目的与范围的确定，清单分析，影响评估和生命周期解释。

第二章材料的液态成形技术3、影响液态金属充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？影响因素：1）金属的流动性：金属的流动性越好，充填铸型的能力越强。

2）铸型的性质 1 铸型的蓄热系数：铸型的导热系数、比热和密度越大，铸型的蓄热系数就越大，铸型的激冷能力就越强，金属液在其中保持液态的时间也就越短，使充型能力降低。

相反，铸型的蓄热系数小，则容易被金属液充满。

2 铸型的温度：预热铸型可以减小液态金属与铸型温差，减慢合金散热，提高充型能力。

3 铸型的表面状态和铸型中的气体：光滑的铸型壁表面，或其涂有导热系数小的涂料均可提高充型能力。

铸型具有一定发气能力，能在金属液与铸型之间形成一层气膜，减小合金充型流动时的摩擦阻力，提高充型能力。

3）浇注条件 1 浇注温度：浇注温度对液态金属的充型能力有决定性的影响。

在一定温度范围内，浇注温度越高，充型能力越好； 2 充型压头：液态金属在流动方向上所受压力越大，充型能力越好（压力在一定范围内）；4）铸件结构 1 铸件的折算厚度：如果铸件的体积相同，在相同的浇注条件下，折算厚度小的铸件，由于它与铸型的接触表面积相对较大，热量散失快，充型能力差。

在铸件壁厚相同时，直壁比水平壁容易充满。

2 铸件的复杂程度：铸件结构越复杂，厚薄部分过渡面越多，将会增加型腔结构的复杂程度，从而增大流动阻力，故充型困难。

3 浇注系统的结构：浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力越低。

提高充型能力的措施： 1 正确选择合金的成分和采用合理的熔炼工艺 2 提高充型能力调整铸型的性质 3 改善浇注条件4、铸件的凝固方式有哪些？其主要的影响因素？答：铸件的凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固主要影响因素：合金的凝固温度范围和铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度。

5、什么金属倾向于逐层凝固？如何改变铸件的凝固形式？纯金属和共晶合金倾向于逐层凝固。

合金凝固的主要影响因素是合金凝固温度范围和铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度。

合金凝固温度范围越小，铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度越大，则铸件凝固时越趋于逐层凝固；反之，则趋向糊状凝固。

6、什么是缩松和缩孔？其形成的基本条件和原因是什么？液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现大而集中的孔洞，称为缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松。

缩孔：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。

缩孔产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。

缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。

缩松：形成的基本原因也是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。

但形成缩松的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈体积凝固方式（糊状凝固）。

9、试述铸件产生热裂和冷裂的原因及其防止措施。

答：热裂纹是铸件在凝固默契或凝固后在尚处于强度和塑形很低的状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹，是铸钢件、可煅铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。

冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂，多发生在冷却过程中承受拉应力的部位，特别是拉应力集中的部位。

措施：合理选择合金成分；合理设计铸件结构；调整铸型性质；改善浇注条件；人工方法13、常见的特种铸造方法有哪些？各有何特点？答：金属型铸造特点：可重复使用，生产效率高，劳动条件好；铸件精度高，表面粗糙度较低；金属散热性能好，晶粒细化，力学性能好；不透气且无退让性，易造成浇不足或来咧；适合生产大批量有色金属铸件。

熔模铸造（失蜡铸造）铸件尺寸精度高，表面光洁；工艺过程复杂，生产周期长，成本高；适合铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。

压力铸造浇注时间短，易于机械化，自动化作业；铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；凝固尺寸精度高，表面光洁；凝固速度快，排气困难，易形成缩松和缩孔；模具成本高，铸件尺寸受限；适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。

14、陶瓷的液态成形方法有哪些？各有何特点？答：1. 完全陶瓷型铸造；小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型2. 砂套陶瓷型铸造；用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料，在生产中应用较多。

陶瓷型铸造特点：1. 陶瓷型铸造生产铸型的工作表面热稳定性高，在高温下变形小，故陶瓷型铸件尺寸精度高，2、陶瓷型耐火度高，高温性能稳定。

可用来浇注多种合金，如高温合金、合金钢、碳钢、铸铁、铜合金、铝合金等。

3、陶瓷型铸造模具的使用寿命常高于机械加工的模具。

4、用陶瓷型铸造时生产设备简单，不需复杂设备，故投资少，见效快。

但所用原材料价格还是较高，不适于批量大、结构复杂、重量轻铸件的生产。

15、聚合物的液态成形方法有哪些？各有何特点？第三章材料的塑性成形技术1、金属为什么容易塑性变形？生产塑性变形的本质？2、金属常见的塑性成形方法有哪些？答：一类是轧制、挤压和拉拔，它主要用于生产建筑结构、切削加工和塑性加工用的等截面型材、管材和板材等，在一些情况下也可用于生产毛坯、半成品和成品零件。

另一类是自由锻、模锻和冲压，它们主要用于生产各种毛坯、半成品或成品零件。

3、金属的冷变形和热变形是如何区分的？各有何特征？答：冷变形：塑性变形温度低于该金属的再结晶温度（室温）。

特征：金属变形后产生加工硬化。

热变形：塑性变形温度高于该金属的再结晶温度。

特征：金属变形后会再结晶，塑性好，消除内部缺陷，产生纤维组织。

4、什么是金属的可煅性？其影响因素有哪些？答：金属的可锻性是表示金属在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。

影响因素：（1）金属的成分：纯金属好于合金，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏（2）金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或有共晶莱氏体组织使可锻性变差（3）加工条件变形温度：一般随变形温度的升高，可提高金属的可锻性；当温度接近熔点时，会引起过烧，使可锻性急剧降低9、挤压成形方法的分类及其工艺特点？答：挤压成形方法的分类：根据温度,冷挤压，温挤压，热挤压。

根据金属的流动方向和凸模运动方向，挤压分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。

挤压的工艺特点：1、挤压时金属坯料在三向受压状态变形，因此可提高金属坯料的塑性变形能力；2、生产灵活性大，可挤各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件；3、零件精度高、表面粗糙度低；4、挤压件内部的纤维组织提高了力学性能；5、制品在断面上和长度上组织性能不够均一；6、工具消耗较大。

11、聚合物的塑性成形方法有哪些？各有何特点？答：热固性聚合物：压模、浇注、注射等；热塑性聚合物：挤压、真空成形、吹塑成形等挤压特点：挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一般使用热塑性聚合物作原料。

挤压与注射的比较注射：挤出的熔融聚合物被注入模具内硬化挤压：挤出的熔融聚合物通过模嘴后在空气中硬化两者都是将聚合物的颗粒（或小球）提供到挤压机的低温一侧，必须保持这一侧的冷却，以避免颗粒熔化、桥接以及由于重力而引起的流动。

真空成形：将热塑性聚合物板（片）材置于模具上，四周夹紧并加热；待坯料进入高弹态后，对模腔抽真空，使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁，冷却后硬化成形。

主要用来制造盘、罩、盖、壳体等敞口制品。