111《特种材料力学行为》复习题.doc

《特种材料的力学行为》考试复习题

1.轻质耐热结构材料主要有哪几类？每一类中典型材料举例。

答：耐热钢：广泛用于制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）、

石油及化工机械与设备等高温条件工作的零件。

高温合金：航空发动机：占40〜60%的重量，用于热端部件导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。

金属间化合物：作为一种大块材料，没有任何实用价值加入少量硼，可使室温延展性提高到50%A有金属的塑性和陶瓷的高温强度。是最有希望的新一代高温结构材料。

高强钢的分类：如第一代高强钢BS600MC和BS700MC已大量应用于工程机械、集装箱制造等行业。

2.给出材料的主要分类方法，说明材料性能主要包括哪些方面。

答：

3.金属的高温变形主耍受哪些因素影响？

答：①蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力；

以表示700°C卜经1000h产生0.2%残余变形量的最大应力。

②持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力；以表示在500°C下经

lOOOOh发生断裂的应力值。

③持久寿命：表示材料在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。

4.在耐热材料的成形过程及使用过程屮，对材料的要求有哪些不同（主要关心哪

些性能）？

答：只有较高的高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能。

5.简单说明铝合金、镁合金及钦合金的主要特点，举例说明其塑性成形工艺佥属

间化合物为何是理想的高温结构材料？举出几种典型的金属间化合物。

答:Ni-Al, Fe-Al，Ti-Al三体系的A3B和AB型化合物

Ni3Al, Fe3Al, Ti3Al

NiAl, FeAl, TiAl

因为具有以下优点优点：

1、 异常的屈服强度-温度效应

2、 长程有序排列，有较高的应变硬化速率

3、 有极高的高温组织稳定性

6. 高强钢为何也可看成轻质材料？举出几种典型的高强钢。

高强钢，与低强度钢相对而言，抗拉强度一般高于270Mpa 。对于抗拉强度达700-800MPa 的高强钢，某比强度与屮等强度铝合金相当。从比强度角度，高强钢也是“轻质材料”。

第一代高强钢BS600MC 和BS700MC;第二代高强钢BS700MCK2、BS600MCJ4、BS550MCK4 等等；微合金钢、碳锰钢、烘烤硬化钢、各向同性钢、高强度IF 钢和低合金高强度钢等；双 相钢DP 、复相钢CP 、相变诱发塑性钢TRIP 、马氏体钢MS 和热成形钢HF 等

7. 通常所说高强钢热成形用的是哪种高强钢，说明其成形过程及原理。

热成形钢HF 。

8. 说明陶瓷材料的发展过程，先进陶瓷和传统陶瓷的主要IX 别是什么？

第一阶段：陶器：8K 年前，利用黏土的可塑性，在火堆中烧制

瓷器：2K 年前，鼓风提高温度+含铝高的瓷土+发明釉=瓷器

第二阶段：传统陶瓷：H 用陶瓷，建筑陶瓷，卫生陶瓷，冶金中耐火材料，化工屮耐蚀陶瓷: 以硅酸

盐或其他天然矿物为主

先进陶瓷：结构陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基复合材料

第三阶段：从微米向纳米陶瓷发展

从结构向结构功能-•体化和多功能特种陶瓷方向发展 从单向陶瓷向复向陶瓷和陶瓷基

复合材料发展

区别：传统陶瓷以天然硅酸盐矿物为主要原料，而先进陶瓷以高纯、超细的人工合成材料为

原料，精确控制化学组成。

9. 先进陶瓷按使用性能可分为儿类？举出儿种典型的先进陶瓷。

11. 对生物医用材料的要求主要包括哪几个方面？

(1) 与人体的生物相容性要求：1、化学稳定性、无毒性和变态反应2、良好的

牛.物组织适应性3、无致癌性和抗原性4、不引起血栓和溶血5、不引起新 10.画图说明陶瓷材料的制备工艺。

答: 分为结构陶瓷和功能陶瓷。如氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼、氧化 锆增韧陶瓷(ZTC)等。

成品

陈代谢异常6、无降解和分解7、无析出物8、不产生吸附和沉淀物

(2)在人体屮的耐腐蚀性要求：：1具有良好的钝化性能、合适的成分与结构2 改

善材料的表面质量，避免局部腐蚀

(3)力学性能要求：：1足够的强度和韧性；2弹性疲劳、变形；3磨损及摩擦性

能与组织相容；4硬度与植入区相近或相容；5弹性与组织相容；6表面光洁度-人工关节高，埋入组织需要附着或固定的则要求低。

12.典型的用于生物领域的塑性加工技术。

答：工业纯钛的强度为342-539MPa，适川于制造人造股骨头以外的任何接骨材料。弹性模量与骨非常接近，其弹性变形与骨相适应，可减小应力集中。

生物相容性优异，(1)钛表面与组织具有良好的生物反应；(2)钛不产生炎症反应。

骨能够很快在钛表面附着，骨缝合术、牙外科和修复手术可观察到“骨结合”现象。

典型应用：人工种植牙、钦支架义齿、钦合金烤瓷冠，颌骨骨折的内固定

13.纳米材料分类及特点？

分类:纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米诀体

特点:小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应

14.金属纳米材料的力学行为特点？

1.强度：随晶粒尺寸的减小，强度急剧升高

2.初性：随晶粒尺寸的减小，初性降低

3.应变5更化性.能：纳米材料晶粒细小、位错行为对变形过程的贡献减小，故表现出较小

的应变强化效应在特定的应力条件下或对于理想纳米材料，应变强化效应可能消失

4.弹性模量：并且随晶粒减小，弹性模量降低。比多晶体的弹性模量低15%。

5.超塑性：具有很好的超塑性。

15.纳米材料的力学性能测试方法？

主要测试的力学性能：硬度、弹性模量、残余应力、屈服强度、断裂强度及疲劳强度等。主要测试实验方法：纳米压痕、弯曲、拉伸及扭转等。

16.什么是“尺寸效应(size effect) "?尺寸效应的两个主要因素是什么？