江蘇大學材料科學導論

1、1、材料的使用性能、工藝性能分別包括哪些方面？答：（1）材料的使用性能是指材料制成零件或構(gòu)件后為保證其正常工作及具有一定的使用壽 命材料應具備的性能，包括：力學性能（包括硬度、強度、塑性、韌性等），摩擦學性 能（包括摩擦、磨損、潤滑）化學性能（即抗腐蝕性能），物理性能（導電性、導熱性 等）。（2）材料的工藝性能是指材料在加工成零件或構(gòu)件的過程中材料應具備的適應加工的性 能，包括：熱加工工藝性能（鑄、鍛、焊、熱處理、粉末冶金等），冷加工工藝性能（車、 銑、刨、磨性能等）。2、材料塑性變形的機制有哪些？答：塑性變形的機制主要有位錯運動和攣生兩種。晶粒內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)會存在各種缺 陷，原子排列的線性參差

2、稱為位錯，位錯運動是指在剪應力作用下，位錯在晶體內(nèi)沿 滑移面運動。攣生是指在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分以一定的晶面（攣晶界）及晶向（攣生晶向）產(chǎn)生的剪切變形。3、層錯能對塑性變形機制有何影響？答：一般層錯能越低，越易發(fā)生塑性變形。4、晶粒尺寸對塑性變形的機制有何影響？答：晶粒尺寸越小，單位體積中的晶粒數(shù)越多，塑性變形時同樣的變形量便可分布在更多晶 粒中發(fā)生，變形均勻，塑性變形量大，材料的塑性越好。5、什么是加工硬化？會對材料相關(guān)方面造成什么影響？答：（1）金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的 現(xiàn)象，又稱冷作硬化。（2）加工硬化給金屬件的進一步加工帶

3、來困難，但它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性。6、影響加工硬化的因素主要有哪些？加工硬化對材料變形均勻性有什么影響？答：影響加工硬化的因素主要有加工方法、材料特性、變形速率、溫度以及材料的微 觀組織形態(tài)等。加工硬化可以提高材料的變形均勻性。7、提高應變速率硬化敏感性對材料拉伸性能有何影響？答:應變速率硬化敏感性指數(shù)，提高m值，產(chǎn)生同樣應變速率下會提高材料變形的變形抗力， 提高材料的拉伸性能，提高材料的強度和塑性。8、高速切削工件表面為何溫度低？答：每一種被加工材料都有一個臨界切削速度，當切削速度超過這個臨界速度后，切削的形 態(tài)由帶狀、片狀向碎屑狀發(fā)展，被加工材料由彈性變形區(qū)直接達到斷裂區(qū)，越過塑

4、性變形區(qū)， 變形抗力急劇降低，由此產(chǎn)生的切削熱大大減少，而且產(chǎn)生的切削熱也被碎屑狀切削及時帶 走，從而被加工表面溫度比較低。何為材料失效的三大主要形式？答：材料失效的三大主要形式有：摩擦磨損、疲勞與斷裂、腐蝕。薄工件的切削采用高速切削有何優(yōu)越性？答：高速切削產(chǎn)生的切削熱少，而且橫向切削力比較小，從而在加工薄工件時使工件發(fā)生的 變形小。舉例說明如何提高疲勞壽命和應力腐蝕抗力并闡述其原理？答：提高疲勞壽命和應力腐蝕抗力的方法有在材料表面產(chǎn)生壓應力，如碾壓、噴丸、表面淬 火、滲碳、氮化等方法。材料在熱加工過程中，由于表層和心部冷卻速度不一致，會在材料 表面產(chǎn)生拉應力，以及材料在加工過程中，也會在表面

5、產(chǎn)生拉應力，進行表面處理使表面產(chǎn) 生殘余壓應力，從而與不好的拉應力平衡來提高疲勞壽命。如氮化，可以在材料表面形成一 層堅硬、穩(wěn)定、致密的氮化物，是表面產(chǎn)生一定的壓應力，提高了材料的疲勞壽命和抗腐蝕 能力。12.Sp2、Sp3雜化對碳基材料結(jié)構(gòu)和性能的影響？答：sp2雜化越多，碳基材料的結(jié)構(gòu)越接近石墨，導電性能越好，抗凝血性能越好、摩擦性 能越好。Sp3雜化越多，碳基材料的結(jié)構(gòu)越接近金剛石，材料硬度越高，導電性能越差。DLC薄膜有哪些特性？搭：DLC是類金剛石薄膜，具有特好的耐磨性能，抗凝血，抗腐蝕，且不會衰減光。如何制備DLC薄片？答：制備方法只要有氣相法，液相法。材料結(jié)構(gòu)表征的方法有哪些？分

6、別能表征哪些結(jié)構(gòu)？答：光學顯微鏡（OM）。掃描電子顯微鏡（SEM）：電子發(fā)射（EDS）主要測量元素（C 元素以下的元素不適用）的含量，精度一般小于0.1%；波譜儀：主要測量C等元素的百分 含量，精度為0.5%，分辨率10mm ；場發(fā)射：分辨率1 2mm。透射電子顯微鏡 （TEMHRTEMUHRTEM）：主要表征材料的精細結(jié)構(gòu)如位錯、攣晶，但看不到H。X射線 衍射相結(jié)構(gòu)分析（XRD）:能夠表征唯象、相組成，通過衍射峰可以進行定量計算、織構(gòu)等 （XRD可以分析材料中有幾種物相，但相應的材料要達到5%才能觀測出，如果材料的晶粒尺寸太小也不能觀測）。差示量熱掃描計（DSCDTA）。XPS：價態(tài)、含量（

7、定量）。晶體與非晶體的區(qū)別是什么？如何制備非晶體？晶體缺陷分為哪些類型？對材料的性能 分別有哪些影響？答：（1）主要區(qū)別：晶體中原子（或分子）呈周期性排列，非晶體呈無定形態(tài)且不呈周期性 排列；晶體有明顯的熔點（凝固點），非晶體則沒有；晶體有固定的晶格結(jié)構(gòu)，排列有規(guī)律， 而非晶體則沒有。（2）通過調(diào)整成分和快的冷卻速度可以制備非晶體材料。晶體的缺陷及對材料性能的影響有：點缺陷：對電子有散射，導致電阻率的升高；對 聲子的散射，導致導熱率的降低。線缺陷：主要是位錯，真是由于位錯的存在時材料的理 想強度和實際強度相差4個數(shù)量級。面缺陷：晶界、亞晶界、攣晶界、層錯、相界等；晶 界越多晶粒越細，材料綜合性

8、能越好，晶界是很多相變發(fā)生的地方，同時也是抗腐蝕性最低 的地方，常規(guī)下，晶粒尺寸越大，加工硬化能力越大，有利于材料的均勻變形。17晶體缺陷有哪些類型？對材料的性能區(qū)別有哪些影響？答：晶體缺陷主要有點缺陷，線缺陷和面缺陷。點缺陷主要有空位、置換原子、間隙原子 等，它會造成局部晶格畸形，對金屬材料具有一定的強化作用，使材料硬度、強度升高，塑 性、韌性下降，電導率、屈服強度升高。線缺陷主要有位錯，少量位錯的存在會使材料的 屈服強度很強，但當位錯達到一定量時，強度降低，隨著形變加工位錯密度增加，屈服強度 會再次升高。面缺陷的主要形式是晶界，它會使材料的塑性變形抗力增加，晶界上熔點較 低，晶界出抗腐蝕性

9、能下降。18如何制備粉體納米材料？如何制備薄膜材料？如何制備？答：（1）粉體納米材料的制備方法主要有化學法、機械法、物理法、激光法。（2）薄膜材料的制備方法主要有：CVD、PVD（真空蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射、脈沖激光、離子注 入+沉積、ECD-CVD）、分子束外延等；塊體納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法主要有：合金熔煉、粉 末冶金（混粉+壓制+燒結(jié)）、強烈塑性變形如ECAP、HPT等。19、如何制備塊體納米結(jié)構(gòu)材料？答：主要有合金熔煉、粉末冶金（混粉+壓制+燒結(jié)）、強烈塑性變形如ECAP、HPT等。惰 性氣體凝聚原位加壓成形法。機械合金研磨（MA）結(jié)合加壓成塊法。非晶晶化法高壓、高 溫固相淬火法。大塑性變形

10、與其它方法復合的細化晶粒法。強烈塑性變形對合金材料的固溶度有何影響？答、固溶度，是金屬在固體狀態(tài)下的溶解度。合金材料經(jīng)過強烈塑性變形后，晶格間隙體積 百分比提高了，從而合金材料的固溶度也提高了。何為摩擦學？摩擦系數(shù)與什么有關(guān)系？何為超滑摩擦副？如何獲得超滑摩擦副？摩擦學 包括哪幾個部分？不同載荷下材料的抗磨性能主要取決于那些因素？答：（1）摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關(guān)系的 理論與應用的一門邊緣學科。（2）摩擦系數(shù)是指兩表面間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它主要取決于摩 擦化學，和表面的粗糙度有關(guān)，和接觸面積的大小無關(guān)。超滑摩擦是指摩擦系數(shù)小于

11、10-2的摩擦副，可以通過氮氣潤滑獲得超滑摩擦副。（4）摩擦學包括工程摩擦學和納米摩擦學。耐磨性在高載情況下由塑性、韌性決定；在中載情況下由硬度與彈性的比值決定；在低 載情況下由硬度決定。何為TBC？如何制備？如何提高其致密性？如何提高其與基材的界面結(jié)合性能？如何測 量其與基材的界面韌性，如何韌化TBC？答：（1）TBC指的是熱障涂層，它是一種陶瓷涂層，通過一定的方法沉積在耐高溫金屬或合金 的表面，對基體材料起到隔熱作業(yè)，提高材料的使用溫度。（2）制備方法主要有等離子噴涂、火焰噴涂、超音速噴涂等。（3）采用高能重熔（如激光重熔、電子束重熔等）的方法可以提高其致密性。（4）采用中間過渡層可以提高

12、其與基材料的界面結(jié)合性能（如NiCrALY、CoCrALY）壓果法可以 測量其與基材的界面韌性，該方法可以在普通華氏硬度計上進行，是一種方便而實用的方法23、位錯（阻礙位錯運動即提高材料的強度）答：晶體在結(jié)晶時受到雜質(zhì)、溫度變化或振動產(chǎn)生的應力作用，或由于晶體受到打擊、切削、 研磨等機械應力的作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點排列變形，原子行間互相滑移，而不再符合理想晶 體的有秩序的排列，由此形成的缺陷成為位錯。位錯是原子的一種特殊的組態(tài)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的晶格缺陷，因為它在一個方向上 尺寸較長，所以被稱為線狀缺陷。位錯的假說是在30年代為了解釋金屬的塑形變形而提出 來的，50年代得到證實，位錯的存在對晶體的生長、相變、擴散、形變、斷裂，以及其他 許多物理化學性質(zhì)都有重要影響，了解位錯的結(jié)