材料科学与工程导论重点

《材料科学与工程》期末复习题

一、填空题（每空 1 分，共 24 分）

1.根据材料的化学组成，材料可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。

2.生态环境材料的三要素为先进性、环境协调性、舒适性。

3.生态环境材料可分为原料无害化材料、绿色环境过程材料、可循环利用材料、高资源生产率材料。

4.按照断口颜色分，铸铁可以分为灰铸铁、白口铸铁和马口铸铁。

5.按照化学类型，贮氢合金可以分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型。

6.减震合金的分类：孪晶型、铁磁性型、位错型、复相型、复合型。

7.常用的硬度测试方法：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法、显微维氏硬度、肖氏硬度

法。

8.按研究的尺度，材料的结构可以分为四个层次：宏观组织结构、显微组织结构、原子(分子)排列结构和原子中的电子结构。

9.塑性变形方式：位错运动、孪晶、蠕变、粘滞性流动。

10.选矿的主要方法有：手工选矿法、重力选矿法、磁选法、浮选法、联合选矿法。

11.从工艺角度看，冶炼可以分为火法冶炼、湿法冶炼、电冶炼。

二、判断题：（所给的是正确表述）（每题1 分，共6 分）

1.用洛氏硬度的三种表示方法 HRC、HRB、HRA 表示出来的硬度无法比较。

2.σmax/гmax 越大，脆性越大。

3.刃型位错的位错线与滑移方向垂直，螺旋位错的位错线与滑移方向平行。

4.位错属于线缺陷。

5.防锈铝合金，不可以采用热处理强化，而是采用冷加工变形硬化。

6.冷变形温度比淬火温度高。

7.工业高纯铝，数字越大,纯度越高。

8.固溶体的晶质类型跟溶剂保持一致。

三、简答题：（每题4 分，共16 分，8 选4）

1.什么是生命周期评价方法？

答：是用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资料、能源消耗、废物排放、环境吸收和消耗能力等环境负担性进行评价、定量该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。

2.传统陶瓷与现代陶瓷的区别？

答：

3.聚集态原子间相互作用的一般规律。

答：不同类型的固体有不同的结合键，可以用双原子模型来说明。当两原子相距无限远时，

相互作用力为零。两原子靠近时，原子间产生引力F

A 和斥力F

R

，但引力大于斥力，并均随原

子间距离r减小而增大。当r=r

0时，F

A

+F

R

=0。此时达到平衡态，一旦处于这个位置，它们之

间的引力对抗任何企图分离它们的作用，同时欲使它们更靠近，而它们之间的排斥作用与之相对抗。

4.弹性形变与塑性形变的定义和特点。

答：弹性形变：材料在外力作用下会发生变形，如果外力卸载后变形也随之消失，这种可恢复的形变就称为弹性形变。

特点：变形可逆，去除外力后变形消失；服从虎克定律，应力和应变成线性关系。

塑性形变：材料在外力作用下发生变形，如果外力卸载后变形不能完全消失，这种不可恢复的形变就称为塑性形变。

特点：卸载后材料会留下一定的残余变形或永久变形；应力和应变不再成线性关系。

5.提高陶瓷材料强度及改善脆性（增韧）的途径。

答：（1）制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷；（2）消除表面缺陷，可有效提高材料的实际强度和韧性；（3）在陶瓷表面引入压应力，可提高材料的强韧性；（4）细化晶粒；（5）复合增韧；（6）相变增韧。

6.粉末冶金的特点。

答：（1）粉末冶金可以生产普通方法无法生产的特殊性能的材料；（2）粉末冶金容易控制材料的组成，从而生产出组织均匀、晶粒细小、性能稳定的优质材料，特别适合于生产高合金粉末冶金材料；（3）粉末冶金可直接将金属粉末制成成品或接近成品的最终形状和尺寸的零件，因此是一种少、无切削的成型加工方法；（4）生产率较高。

7.单晶体制备的基本原理是什么？不同单晶体的生长方法是什么？

答：基本原理：设法使液体在结晶时只有一个晶核形成并长大。

生长方法：（1）从熔体中制备单晶；（2）从溶液中制备单晶；（3）气相生长法制备单晶；（4）固相生长法制备单晶。

8.什么是金属材料表面强化及表面改性处理技术？

答：就是利用各种物理、化学或机械等手段，改变材料表面的形貌、化学成分、相组织、微观

结构、缺陷状态或应力状态，或者给材料表面施加各种覆盖层，从而使机件表面获得希望的成分、组织结构和性能。

四、论述题：（每题10 分，共30 分,6 选3）

1.金属的蠕变变形机理和蠕变断裂机理?

答：蠕变变形机理：（1）位错滑移蠕变。常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积

现象，滑移便不能进行；高温位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散克服某些短程障碍，从而产生变形。（2）扩散蠕变。无外力作用下，原子和空位的移动无方向性，材料无塑性变形。有外力作用时，拉应力下的晶界产生空位，而压应力作用下的晶界空位浓度小，因此空位

由拉应力晶界向压应力晶界迁移，致使晶体产生伸长的蠕变。（3）晶界滑移蠕变。高温下

T/Tm>0.5，晶界上的原子容易扩散，受力后发生滑动，促进蠕变。

蠕变断裂机理：金属在高温持久载荷下的断裂多为沿晶断裂，不同温度及应力条件下，晶界裂纹的形成方式有两种：（1）在三晶粒交会处形成楔形裂纹；（2）在晶界上由空洞形

成晶界裂纹。

2.固体热膨胀的微观机理。

答：（1）大多数固体材料都会随着温度的升高而发生膨胀。（2）膨胀的原因是原子受热

后其能量增大，发生偏离平衡位置的振动，导致原子间距离的增加，从而使材料在宏观上表现出

体积或线尺寸增大。（3）以双原子模型的势能——原子间距的关系曲线作以解释。设0K时

，随温度的升高，一是原子振动

两个原子中的一个固定在原点，另一个原子的平衡位置为r

的振幅加大；二是原子围绕平衡位置作非对称的振动，即原子振动的平均位置不在原来的平衡位处，而是右移了。正是由于势能曲线的不对称性，才导致了两原子间的距离增大，因

置r

而显示出热膨胀。

3.材料弹性模量的影响因素

答:(1)键合方式和原子结构：共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模量，分子键结合力

较弱，弹性模量较低；金属元素弹性模量的大小还与元素在周期表中的位置有关，原子半径越大

E 值越小，过渡族金属的 E 值较高。

(2)晶体结构：单晶体－弹性各向异性；多晶体－弹性伪各向同性；非晶态－各向同性。(3)化学成分：化学成分变化引起原子间距和键合方式的变化，从而影响材料的弹性模量。固

溶体合金在溶解度较小的情况下一般影响不大。

(4)微观组织：合金成分不变的情况下，微观组织对弹性模量的影响较小，晶粒大小对 E 值

无影响。因此热处理对材料的弹性模量的影响不大。

(5)温度：温度升高，E 值降低；室温附近 E 值变化不大。

(6)冷塑性变形：使 E 值稍有降低。

(7)加载条件和负荷持续时间：对 E 值影响不大。

4.举例说明形成固溶体后对晶体性质的影响

答：（1）稳定晶格,阻止某些晶型转变的发生。ZrO

是一种高温耐火材料,熔点2680℃，

2

单斜←−1200−︒C →四方