工程材料第一阶段复习题含答案

《工程材料》第一阶段复习题

1．解释下列概念或名词：

晶格； 晶胞； 合金； 组元； 相； 组织； 固溶体； 固溶强化； 强度； 塑性； 韧性； 硬度； 结晶； 过冷度；枝晶偏析；晶粒度； 奥氏体； 铁素体； 珠光体； 马氏体； 贝氏体。

晶格：晶体原子或分子在空间规则排列构成的格架。

晶胞：单位晶格。晶格中代表晶体中原子排列特点和规律性的最小体积单元。

合金：由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属组成的具有金属性质的物质。

组元：组成合金的独立的、最基本的单元。组元可以是元素或稳定的化合物。

相：化学构成、物理状态、晶体结构与性质相同、均一，且与其他不同部分有明显界面分开的部分。

组织：显微镜下所观察到的材料内部各相的大小、形态、数量、分布等状况。(反映了原子聚集体的状态)

固溶体：在固态下，原子数量较少的组元原子以类似溶液的方式溶解在原子数量较多的组元内形成的。

固溶强化：溶质原子溶入晶格使固溶体强度提高（但降低塑性、韧性）。 强度：材料抵抗因外力作用变形和断裂的能力。

塑性：材料在受力断裂前产生不可逆永久变形（塑性变形）的能力。 韧性：（冲击韧性）材料受冲击载荷作用断裂时单位断口面积所消耗的冲击功。（断裂韧性）材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。

结晶：一次结晶——由液态转变为固态晶体的过程；二次结晶——由一种固态晶体转变为另一种或几种固态晶体的过程。

过冷度：理论结晶温度与实际开始结晶温度的差值。

枝晶偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象（固相中的原子来不及扩散，跟不上结晶速度，使得先结晶的枝轴与后结晶的枝间成分不同）。

晶粒度：单位体积或单位面积上的晶粒数目/晶粒尺寸。晶粒度越大，晶粒越细小，材料的强韧性越好。

奥氏体：碳溶解于γ—Fe中形成的间隙固溶体 铁素体：碳溶解于α—Fe中形成的间隙固溶体

珠光体：珠光体(P)由F和Fe3C两种相组成,呈层片状,层片厚度与转变温度有关。

马氏体：奥氏体化的钢迅速冷却至Ms点以下,发生晶格的畸变,形成马氏体

(M)。

贝氏体：介于珠光体与马氏体之间,有碳化物析出,但析出不充分.用B表示。由含碳过饱和的铁素体和渗碳体组成的两相混合物。

2．工程材料按照性质不同或用途不同，如何进行分类？

按性质：金属材料、非金属材料。金属材料分为黑色金属、有色金属；非金属材料分为无机非金属材料、高分子材料；两者复合可形成金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料。

按用途：功能材料与结构材料。

3．金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结构和性质上的主要差别是什么？ 金属材料：金属键为主。良好的导电导热性、较高熔点、较高强度和硬度、良好塑性。

陶瓷材料：共价键与离子键。不导电、导热差、塑性差、高熔点、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、脆性大。

高分子材料：共价键与分子键。轻且易成型、不导电、导热差、强度硬度低、耐腐蚀、易高温软化、易老化变脆。

4．金属中常见的三种晶格形式是什么？

体心立方、面心立方、密排六方

5．实际晶体与理想晶体的主要差别有哪些？晶体与非晶体在结构和性质上有什

么差别？

理想晶体的组成原子呈现完全规则排列，在三维空间中无限延伸，为单晶体。实际晶体多为多晶体，它尺寸有限，晶体中不同部分之间原子规则排列的空间取向明显不同。

结构上，晶体的构成原子、离子或分子在三维空间呈现周期性规则堆积，而非晶体是无规则堆积；性质上，晶体有固定的熔点，非晶体没有。

6．晶体缺陷有哪几类？对材料性质有什么影响？

点缺陷：造成局部晶格畸变，提高材料强度，降低塑性，降低金属导电性和耐腐蚀性。

线缺陷：随位错密度增加，材料强度增高，塑性降低。 面缺陷：阻碍位错滑移，提高材料室温强度。

7．合金中的相有哪两种类型？固溶体和化合物各自有什么性能特点？工业合金

通常具有什么样的组织？ 固溶体与金属间化合物。

？？？固溶体的特点：1、晶体结构保持为溶剂的晶体结构；2、结晶发生在一定的温度范围内，其成分可变；3、可进行固溶强化，使固溶体强度提高，但降低塑性、韧性。

金属间化合物的特点：1、成分可用分子式准确或大致表示；2、部分化合物成分能在一定范围内变兼有固溶体的特征；3、晶格结构不同于其组元；4、以共价键或离子键结合为主，兼有部分金属键，有一定的金属特性；5、熔点高、较硬、较脆；6、作为材料中的第二相，增强材料强度和硬度。

工业合金通常通过第二相强化得到理想组织。将高硬、高脆的化合物（第二相）分布于固溶体基体上阻碍位错运动使材料强度提高（但降低塑性、韧性）。

8．大分子链有哪几种形态？它们与高聚物的性质有什么关系？

？？？高分子链有近程结构和远程结构。

具有不同结构单元的高分子有不同的性能，而具有相同结构单元的高分子也可能有不同的性能。

9．陶瓷中通常有哪些相？

晶体相、玻璃相、气相。

10．工程材料的常用性能指标有哪些？

力学性能有：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性等等。

物理性能有：导电性、介电性、磁性能、热性能等。 化学性能有：抗氧化性、抗腐蚀性。

工艺性能有：铸造性能、塑性加工性能、焊接性能、切削加工性能等等。 11．金属或合金在实际结晶过程中为什么要过冷？结晶由哪两个基本过程组成？

晶粒大小对材料的力学性能有怎样的影响？影响结晶后晶粒大小的因素有哪些？

凝固结晶时，只有过冷，才能使固相金属与液相金属自由能差小于0，获得结晶所需的驱动力。

两个过程：晶核形成与晶核长大。 晶粒越细小，材料的强韧性越好。

两个因素：过冷度与难溶杂质。想要控制晶粒大小，可以：1、增大冷却速度，提高过冷度；2、加入难熔杂质，进行变质处理，诱发非均匀形核；3、机械搅拌

12．以纯铁（Fe）为例，说明什么是同素异构现象？

低于912摄氏度为体心立方 912-1394摄氏度为面心立方

1394-1538摄氏度为体心立方

13．什么是相图？相图有哪些用途？二元合金相图的基本形式有哪几种？复杂相

图如何分析？

相图：表明合金系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形。

相图可以用来分析合金性能。

基本形式：匀晶相图、共晶相图与包晶相图。 复杂相图应以化合物或相为界，分段研究。 14．Fe-Fe3C相图上的三条水平线各代表什么反应？P、S、E、C各点有什么意义？

由上到下分别代表包晶反应、共晶反应、共析反应。

P：碳钢与工业纯铁的分界点。 S：共析点。

E：碳钢与铸铁的分界点。 C：共晶点。

15．亚共析钢、共析钢、过共析钢各具有什么样的室温平衡组织？

亚共析钢：珠光体与铁素体。 共析钢：珠光体。

过共析钢：珠光体与二次渗碳体。 16．钢在实际加热或冷却过程中相变点与相图上的转变点有什么区别？过冷奥氏

体的转变有哪几种形式？各得到什么样的转变产物？

加热时相变点高于相图转变点，冷却时相变点低于相图转变点。 扩散型转变——珠光体型转变。

过渡型转变、半扩散型转变——贝氏体型转变。 无扩散型转变——马氏体型转变。

17．马氏体为什么具有高的硬度？它的性质和形态与碳含量有什么关系？ 晶体畸变造成了强烈的固溶强化效果。

碳含量不同马氏体的硬度与脆性也有变化。低碳马氏体呈板条状；高碳马氏体呈针（片）状。

18．什么是C曲线？它有什么用？

表示不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时间关系的曲线。可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程：转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系等。

19．含碳量对铁碳合金的室温平衡组织和性能有什么影响？

按含碳量从低到高，室温平衡组织依次为：纯铁F → 亚共析钢F+P → 共析钢P → 过共析钢P+Fe3CⅡ → 亚共晶白口铸铁Ld′+Fe3CⅡ+P ? 共晶白口铸铁Ld′ ? 过共晶白口铸铁Ld′+Fe3CⅠ

C％↑ —— 硬度增高，脆性增大，塑、韧性降低

强度：先升后降（当C％＞1.0％时，Fe3CⅡ呈连续网状）

20．以亚共晶合金为例，说明其由高温液相冷却到室温的结晶过程。

L ? L+ ? ? (?M+?N )+ ? 21.试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。

结构与组织变化：1、空位等点缺陷密度增加；2、金属中位错密度增大；3、晶粒内部会出现位错缠结并随变形的进一步进行形成位错胞；4、等轴晶粒沿最大变形方向伸长，形成纤维组织；5、产生织构。

性能变化：产生加工硬化、产生残余应力、出现各向异性、物理化学性能变化。

22．试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。

随着金属冷变形程度增加，引起金属中位错及点缺陷密度增加，位错进一步滑移更加困难，若要使塑性变形进一步进行，必须增加外力，就形成了加工硬化，金属强度、硬度逐渐增大，塑性降低。

意义：加工硬化可以使金属材料在使用状态下获得高的承载能力，如对纯金属制件就可通过塑性变形提高强度；但加工硬化也会给金属加工带来一定的困难。

23．当把铅锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，需不需要进行中间退火？为什

么？（铅的再结晶温度低于室温）

不需要，因为室温下对于铅锭轧制属于热轧，通常在再结晶温度以上的轧制不需要进行热处理

24．试阐述为什么金属的实际强度比理论强度低得多？

因为实际金属晶体中有一定的位错密度，在外力作用下可借助位错滑移产生塑性变形，强度较低。理想金属强度没考虑位错，在外力作用下难借助位错滑移产生明显的塑性变形，故变现为高强度。

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