大連理工大學-材料科學導論-第二章-材料“四要素”是材料研究與應用的共性基礎答案

第二章材料科學與工程的四個基本要素作業(yè)一第一部分填空題（10個空共10分，每空一分）材料科學與工程有四個基本要素，它們分別是：使用性能、材料的性質、結構與成份和合成與加工。材料性質的表述包括力學性質、物理性質和化學性質。強度可以用彈性極限、屈服強度和比例極限等來表征。結構材料三類主要的失效形式分別是：斷裂、磨損和腐蝕。材料的結構包括鍵合結構、晶體結構和組織結構。晶體結構有三種形式，它們分別是：晶體、非晶體和準晶體?；瘜W分析、物理分析和譜學分析是材料成分分析的三種基本方法。材料的強韌化手段主要有固溶強化、加工強化、彌散強化、第二相強化和相變增韌。第二部分判斷題（10題共20分，每題2分）材料性質是功能特性和效用的描述符，是材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應。（√）疲勞強度是材料抵抗交變應力作用下斷裂破壞的能力。（√）硬度是指材料在表面上的大體積內抵抗變形或破裂的能力。（錯）性能是包括材料在內的整個系統(tǒng)特征的體現(xiàn)；性質則是材料本身特征的體現(xiàn)。（√）晶體是指原子排列短程有序，有周期。（錯）材料的熱處理是指通過一定的加熱、保溫、冷卻工藝過程，來改變材料的相組成情況，達到改變材料性能的方法。（√）材料表面工程包括表面改性和表面保護兩個方面。（錯）材料復合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。（√）材料合成與加工過程是在一個不限定的空間，在給定的條件下進行的。（錯）材料中裂紋的形成和擴展的研究是微觀斷裂力學的核心問題。（√）第三部分簡答題（4題共40分，每題10分）材料性能的定義是什么？答：在某種環(huán)境或條件作用下，為描述材料的行為或結果，按照特定的規(guī)范所獲得的表征參量。金屬材料的尺寸減小到一定值時，材料的工程強度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪兩點？答：1）按統(tǒng)計學原理計算單位面積上的位錯缺陷數(shù)目，由于截面減小而不能滿足大樣本空間時，這個數(shù)值不再恒定；2）晶體結構越來越接近無缺陷理想晶體，強度值也就越接近于理論強度值。流變成型包括哪幾個方面？答：金屬的半固態(tài)成型、高分子材料的熔融成型、陶瓷泥料、漿料成型和玻璃的熔融澆注。材料改性的目的和內容是什么？答：目的：通過改變材料的成分、組織與結構來改變材料的性能。內容:１.材料的“合金化”2.材料的熱處理第四部分論述題（2題共30分，每題15分）材料的成分和結構主要的測試手段有哪些？它們使用于哪些范圍？答：加工與合成的定義和主要內容是什么？以及它們的關系是什么？發(fā)展方向是什么？答：“合成”與“加工”是指建立原子、分子和分子團的新排列，在所有尺度上（從原子尺寸到宏觀尺度）對結構的控制，以及高效而有競爭力地制造材料與元件的演化過程。合成是指把各種原子或分子結合起來制成材料所采用的各種化學方法和物理方法。加工可以同樣的方式使用，還可以指較大尺度上的改變，包括材料制造。提高材料合成與加工的技術水平是我們的最重要的課題。作業(yè)二第一部分填空題（10題共10分，每題1分）材料的物理性質表述為電學性質、磁學性質、光學性質和熱學性質。材料的硬度表征為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。材料的化學性質主要表現(xiàn)為催化性質和防化性質。冶金過程、熔煉與凝固、粉末燒結和高分子聚合是四種主要的材料制備方法。如果按材料的流變特性來分析，則材料的成型方法可分為三種：液態(tài)成型、塑變成型和流變成型。金屬材料的改性包括材料的合金化以及材料的熱處理。典型熱處理工藝有淬火、退火、回火和正火。第二部分選擇題（5題共10分，每題2分）分析材料的相組成你會選取何種測試手段？（B）A掃描電鏡B透射電鏡C紅外吸收光譜2．分析各相之間的位相關系選取何種測試手段？（B）A紅外吸收光譜BX射線衍射C掃描電鏡3．進行斷口形貌觀察最好用何種儀器？（A）A掃描電鏡B透射電鏡CX射線衍射D紅外吸收光譜4．觀察原子結構采用何種儀器？（Ｂ）A光學顯微鏡B隧道掃描線微鏡C掃描電鏡D紅外吸收光譜５．下列儀器中分辨率最高的是（Ｃ）。A體式顯微鏡B光學顯微鏡C隧道掃描線微鏡D電子掃描顯微鏡第三部分判斷題（10題共10分，每題1分）材料性能是隨著外因的變化而不斷變化，是個漸變過程，在這個過程中發(fā)生量變的積累，而性質保持質的相對穩(wěn)定性；當量變達到一個“度”時，將發(fā)生質變，材料的性質發(fā)生根本的變化。（√）疲勞強度是材料抵抗交變應力作用下斷裂破壞的能力。（√）韌性指材料從塑性變形到斷裂全過程中吸收的能量。（錯）在材料使用性能（產(chǎn)品）設計的同時，力求改變傳統(tǒng)的研究及設計路線，將材料性質同時考慮進去，采取并行設計的方法。（√）準晶體的特點是原子排列長程有序，有周期。（錯）現(xiàn)代材料科學家對材料成分、結構的認識是由分析、檢測獲得的。（√）熱處理是指通過一定的加熱、保溫、冷卻工藝過程，來改變材料的組織組成的情況，達到改變材料性能的方法。（錯）淬火通過快速冷卻，獲得遠離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，達到強化材料的目的。（√）正火是在奧氏體狀態(tài)下，空氣或保護氣體冷卻獲得珠光體均勻組織，提高強度，降低韌性。（錯）材料表面工程有：表面改性、表面防護和薄膜技術。（√）第四部分簡答題（4題共40分，每題10分）1．從事材料工程的人們?yōu)槭裁幢仨氉⒅夭牧闲阅軘?shù)據(jù)庫。答：材料性能數(shù)據(jù)庫是材料選擇的先決條件；材料性能數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)計算機輔助選材（CAMS）、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）的基礎2．什么是材料的組織組成。答：組成材料的不同物質表示出的某種形態(tài)特征。3．“材料設計”構想始于50年代，80年代后實現(xiàn)“材料設計”的條件漸趨成熟。表現(xiàn)在哪三個方面。答：1）基礎理論的形成和發(fā)展2）計算機科學技術的發(fā)展3）合成與加工新技術的涌現(xiàn)。4．新型材料設計的內容。成分結構設計性質性能預測合成加工過程的控制與優(yōu)化。第五部分論述題（2題共30分，每題15分）材料科學與工程的四要素是什么，它們之間的關系如何？使用性能材料的性質結構與成分合成與加工提供合成與加工提供合成與加工結構與成分材料性質使用性能具備產(chǎn)生你認為材料工作者需要具備什么樣的條件？你認為哪些方面是新技術新材料的代表？答：在材料科學研究及工程化應用中，材料人員應具備這樣一種能力：能針對不同的使用環(huán)境，提取出關鍵的材料性質并選擇優(yōu)良性能的材料。準晶、納米材料和界面科學等是新的研究課題，都主要是圍繞成分與結構展開的，向上追溯到材料的合成與加工，向下則牽聯(lián)到材料的特征性質?？梢哉f，這些研究是新材料新技術的代表。作業(yè)三名詞解釋（6題共30分，每題5分）晶體：原子在空間呈有規(guī)則的周期性的重復排列。硬度：材料在表面上的小體積內抵抗變形或破裂的能力。疲勞強度：材料抵抗交變應力作用下斷裂破壞的能力。材料組織：材料的組織是對材料的類型、形狀、數(shù)量、大小、分布等特征的描述，特征相同的部分歸為一種組織組成物。韌性：材料從塑性變形到斷裂全過程中吸收能量的能力。材料的“合金化”：通過改變材料的成分，達到改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代高分子材料的改性方面有廣泛的應用。填空題（10個空共10分，每空1分）固體中的結合鍵可以分為（4）種，它們是（金屬鍵）、離子鍵、（分子鍵）、共價鍵。共晶反應式為：(L→α+β)，共晶反應的特點為：(一個液相生成兩個固相)。材料力學性能的硬度表征：布氏硬度、(洛氏硬度)、維氏硬度等。馬氏體的顯微組織形態(tài)主要有：（板條馬氏體）、（片狀馬氏體）兩種。其中（板條馬氏體）的韌性較好液態(tài)金屬結晶時，結晶過程的推動力是：（液相和固相之間存在過冷度）。是非題（5題共10分，每題2分）材料性質是功能特性和效用的描述符，是材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應。

（

√）一個合金的室溫組織為α+βⅡ+（α+β），它由三相組成。（×）三束表面改性是指：激光束、電子束、離子束。（

√）材料中裂紋的形成和擴展的研究是微觀斷裂力學的核心問題。（

√）不論含碳量的高低，馬氏體的硬度都很高，脆性都很大。（×）選擇題（5題共10分，每題2分）決定晶體結構和性能最本質的因素是：a.原子間的結合能b.原子間的距離c.原子的大小。（a）固溶體的晶體結構：（a）a.與溶劑相同b.與溶質相同.c.為其它晶型材料的剛度和（a）有關：a.彈性模量b屈服強度c抗拉強度間隙相的性能特點是：a.熔點高，硬度低；b硬度高，熔點低c硬度高、熔點高（c）珠光體是一種：a.單相固溶體b兩相混合物c.Fe和C的化合物（b）簡答題（4題共20分，每題5分）何為粉末燒結？影響燒結的因素有哪些？燒結是陶瓷何粉末冶金工藝中最重要的工序。所謂燒結就是指在高溫作用下，坯體發(fā)生一系列物理化學變化，由松散狀態(tài)逐漸密化，且機械強度大大提高的過程。影響燒結的因素有很多，如坯體的初始密度、物相組成、燒結氣氛、壓力以及添加劑等。簡述纖維增強復合材料的機理。纖維復合材料強度高的原因是：纖維尺寸小強度高韌性改善，纖維表面受基體保護，基體有止裂作用，斷裂時纖維拔出要克服粘結力，以及纖維處于三向受力狀態(tài)等。簡述從事材料工程的人們必須注重材料性能數(shù)據(jù)庫。材料性能數(shù)據(jù)庫是材料選擇的先決條件；材料性能數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)計算機輔助選材（CAMS）、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）的基礎。簡述材料設計的主要內容材料設計貫穿于材料“四要素”的各個方面，即：成分結構設計性質性能預測合成加工過程的控制與優(yōu)化綜合分析題（2題共20分，每題10分）材料的四大要素是什么？敘述材料四大要素之間的關系。提示：材料四要素：使用性能、材料的性質、結構與成分、合成與加工關系：略試述材料的強韌化的主要方法及其各自原理。提示：固溶強化、加工硬化、彌散強化、第二相強化、相變增韌原理：略作業(yè)四名詞解釋（6題共30分，每題5分）塑性：外力作用下，材料發(fā)生不可逆的永久性變形而不破壞的能力。剛度：外應力作用下材料抵抗彈性變形能力?？谷渥冃裕翰牧显诤愣☉Γɑ蚝愣ㄝd荷）作用下抵抗變形的能力。馬氏體：碳在α-Fe的過飽和固溶體。斷裂韌性：工程上使用的各種材料，本身不可避免地存在著微裂紋，在應力的作用下，這些裂紋進行擴展，一旦達到失穩(wěn)擴展狀態(tài)，便會發(fā)生低應力脆斷。材料的熱處理：通過一定的加熱、保溫、冷卻工藝過程，來改變材料的相組成情況，達到改變材料性能的方法。填空題（10個空共10分，每空1分）材料的物理性質主要包括：(電學性質)、磁學性質、(光學性質)、熱學性質等。結構材料三類主要的失效形式：(斷裂)、(磨損)、腐蝕。材料物理性能的電學性能表征有：（導電率）、（電阻率）、介電常數(shù)等。三大類材料的成型技術在材料工程中是內容最為豐富的一部分。如果按材料的流變特性來分析，則材料的成型方法可分為三種：（液態(tài)成型）、（塑變成型）、流變成型。三束表面改性是指：（激光束）、（電子束）、離子束等。是非題（5題共10分，每題2分）結構材料是指工程上要求機械性能的材料。（×）表面淬火既能改變鋼的表面化學成分，也能改善心部的組織和性能。（×）材料的加工與合成主要內容包括材料制備、材料加工、表面工程、材料復合。（√）有許多種薄膜技術能夠在基材表面覆蓋薄膜材料層，其中最重要的兩種方法是：物理氣相沉積PVD和化學氣相沉積CVD。（√）合金元素對鋼的強化效果主要是固溶強化。（×）選擇題（5題共10分，每題2分）晶體中的位錯屬于：a.體缺陷.b面缺陷.c.線缺陷（c）奧氏體是：a.碳在γ-Fe中的間隙固溶體；b.碳在α-Fe中的間隙固溶體c.碳在β-Fe中的間隙固溶體（a）在發(fā)生L→α+β共晶反應時，三相的成分：a.確定b.相同c.不定（a）設計纖維復合材料時，對于韌性較低的基體，纖維的膨脹系數(shù)可（a）；對于塑性較好的基體，纖維的膨脹系數(shù)可（c）略低b相差很大c略高d相同簡答題（4題共20分，每題5分）何為復合材料？簡述材料復合的目的。復合材料為由兩種以上不同性質的材料組成的多相固體材料，具有其組成材料所沒有的優(yōu)越性能，材料復合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能的優(yōu)勢互補、協(xié)調作用的原則，進行材料的設計與制備。因此材料復合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。簡述性質與性能的關系和區(qū)別。材料性質：是功能特性和效用的描述符，是材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應。使用性能：是指材料在最終使用狀態(tài)（產(chǎn)品、元件）下表現(xiàn)出的行為。性能是包括材料在內的整個系統(tǒng)特征的體現(xiàn)；性質則是材料本身特征的體現(xiàn)。簡述材料的加工的主要范疇傳統(tǒng)意義上，材料的加工范疇包括四個方面：材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆材料的成型