工程材料学习题(answer)

绪论、第一章

一． 填空题

1. 纳米材料是指尺寸在 0.1-100nm 之间的超细微粒，与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如 表面与界面效应 、 尺寸效应 和 量子尺寸效应 。（体积效应、宏观量子隧道效应）

2. 固体物质按其原子(离子、分子)聚集的组态来讲，可以分为 晶体 和 非晶体 两大类。

3. 工程材料上常用的硬度表示有 布氏硬度（HB） 、 洛氏硬度（HR） 、 维氏硬度（HV） 、 肖氏硬度（HS） 以及 显微硬度 等。 4. 在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为 金属材料 、 高分子材料 、 陶瓷材料 以及 复合材料等几大类。

5. 结合键是指 在晶体中使原子稳定结合在一起的力及其结合方式 .

6. 材料的性能主要包括 力学性能 、 物理化学性能 和工艺性能 三个方面。

7. 金属晶体比离子晶体具有较 强 的导电能力。

8. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、 弹塑性变形 和断裂 三个阶段。

9. 金属塑性的指标主要有 伸长率 和 断面收缩率 两种。

二． 选择题

1. 金属键的特点是 B ：

A．具有饱和性 B. 没有饱和性 C. 具有各向异性 D. 具有方向性

2. 共价晶体具有 A ：

A. 高强度 B. 低熔点 C. 不稳定结构 D. 高导电性

3. 决定晶体结构和性能最本质的因素是 A ：

A. 原子间的结合力 B. 原子间的距离 C. 原子的大小 D. 原子的电负性

4. 在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：B

A. 最高 B. 最低 C. 居中 D. 不确定

5. 稀土金属属于 B ：

A. 黑色金属 B. 有色金属 C. 易熔金属 D. 难熔金属

6. 洛氏硬度的符号是 B ： A．HB B. HR C. HV D.HS

7. 表示金属材料屈服强度的符号是 B 。 A. σe B. σs C. σ

8.下列不属于材料的物理性能的是 D ： A. 热膨胀性 B. 电性能 C. 磁性能 D. 抗氧化性

三． 判断题

1. 物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动。√ 2. 用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。√ 3. 用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。√ 4. 金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。√

四． 问答题

B.

D. σ-1

1. 工程材料是如何分类的？它们之间性能的主要差异表现在哪里？工程材料与功能材料的大致概念是什么？

2. 材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？ 3. 说明以下符号的意义和单位。 （1）σe； （2） σs（σ

-1

0.2

）； （3） σ

B.

； （4） δ； （5） ψ； （6） σ

； （7） ɑk ； （8）KI； （9） KIC. ；

4. 现有标准圆柱形的长、短式样各一根，原始直径D. 0=10mm,经拉伸实验测得其伸长率δ

5

、δ

10

均为25%，求两试样拉断时标距长度。

5. δ与ψ两个性能指标，那个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？

6. ɑk指标有什么实用意义？

7. 比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。 8. 在零件设计中必须考虑的力学性能指标有哪些？为什么？ 第二章

一．填空题

1. 在晶体学中，通常按晶胞中三个棱边的长度及夹角是否相等，还有夹角是否为直角的原则，将全部晶体分为 七 种晶系， 十四 种晶胞。

2. 纯金属常见的晶体结构主要有 体心立方 、面心立方 和 密排六方 。

3. 点缺陷的三种表现形式为 空位 、 间隙原子 和 置换原子 。

4. 在立方晶系中，{120}晶面族包括 12个晶面 (包括（120）、（021）等) 。 5. 位错分为两种，它们是 刃型位错 和 螺型位错 ，多余半面原子是 刃型 位错所特有的。

6. γ-Fe、α-Fe的晶胞内的原子数分别是 4 和 2 。

7. 每个体心立方晶胞在晶核中实际含有 2 原子，致密度为 68% 。

8. 每个面心立方晶胞在晶核中实际含有 4 原子，致密度为 74% 。

二．选择题

1.晶体中的位错属于 C ：

A. 体缺陷 B. 面缺陷 C. 线缺陷 D. 点缺陷

2.α-Fe和γ-Fe分别属于 B 晶格类型。 A.面心立方和体心立方 B.体心立方和面心立方 C.均为面心立方 D.面心立方和密排六方

3. 当铁发生以下同素异构转变时：γ-Fe到α-Fe ，其体积将 A ： A. 膨胀 B. 不变 C. 缩小 D. 有些方向膨胀，有些方向收缩

4. 常见金属金、银、铜、铝室温下的晶格类型 B 。

A．与α-Fe相同 B. 与γ-Fe相同 C. 与δ-Fe相同 D. 与Zn相同

5. 在面心立方中，原子密度最大的晶向是 A ： A. <110> B. <100> C. <111> D. <112>

6. 在体心立方中，原子密度最大的晶面是 B ： A. {100} B. {110} C. {111} D. {112}

7． 每个体心立方晶胞中包含有 B 个原子。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

8． 每个面心立方晶胞中包含有 4 个原子。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

9. 晶体中的位错属于 B ：

A. 体缺陷 B. 线缺陷 C. 面缺陷 D. 点缺陷

10. 晶界是由 C ：

A. 点缺陷堆积而成 B. 位错垂直排列成的位错墙而构成 C. 晶粒间的相互作用构成 D. 原子的边界构成

三． 判断题

1. 单晶系是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上性能也是不相同的。X 2. 密排六方晶格在晶格中实际仅包含的原子数量7个。√ 3. 在立方晶系中，（123）晶面与[123]晶向垂直。X

4. 把在实际晶体中出现的刃型位错和螺型位错的缺陷叫做面缺陷。X 5. 把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。X 6. 面心立方晶胞在晶格中实际仅包含的原子数量是5个。X 7. 晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。√

四. 问答题

1． 分别说明以下概念：

（1）晶格；（2）晶胞；（3）晶格常数；（4）致密度；（5）配位数；（6）晶面；（7）晶向；（8）单晶体； （9）多晶体；（10）晶粒；（11）晶界；（12）各向异性；（13）同素异构。

2． 金属常见的晶格类型有哪几种? 如何计算每种晶胞中的原子数？

3． 已知α-Fe的晶格常数为0.289nm。试求出晶体中（110），（111）的晶面间距。 4． 在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？ 5． 写出体心立方晶格中的｛110｝晶面族所包含的晶面，并绘图表示。 6． 金属实际晶体结构中存在哪些缺陷？每种缺陷的具体形式何？ 7． 已知银的原子半径为0.144nm，求其晶格常数。

8． 单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？

9． 画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，并写出其相应的指数。 10． 画出一个B. C. C. 、fC. C. 、hC. p晶胞，计算B. C. C. 、fC. C. 的致密度。

11． 将下列各组晶向、晶面分别画在一个立方晶胞内： ①（1 2 3）、（4 2 1）， ②（2 1 0）、[2 1 0]， ③（1 1 1）、[1 1 2]， ④（1 1 0）、[1 1 1]

12． 写出 {2 2 3} 晶面族中包括的全部晶面。

13. 写出附图1.1所示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指数；在右图单胞中画出晶面(111)和该面上属于<112>三个晶向，并标出具体指数。(12分)

第三章

一． 填空题

1. 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程实现的，这两个过程是 形核 和 长大 。

2. 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 固液相的体积自由能差 ，阻力是 界面能 。

3. 过冷度是指 理论结晶温度与实际结晶温度的差值 ，其表示符号为 ΔT 。

4. 根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，固溶体可以分为 置换固溶体 和 间隙固溶体 两类。

5. 随着过冷度的增大，晶核形核率N 增大 ,长大率G 增大 。 6. 细化晶粒的主要方法有 增大过冷度 、加变质剂 和 搅拌 。 7. 共晶反应的反应式为 L→α+β ，共晶反应的特点是 恒定温度下，液相同时生成两种新的固相 。

8. 共析反应的反应式为 γ→α+β ，共析反应的特点是恒定温度下，一种固相同时生成两种新的固相 。

9. 包晶反应的反应式为L+α→β ，包晶反应的特点是 恒定温度下，液相与一种固相同时生成一种新的固相 。

二． 选择题

1. 铸造性能最佳的合金应该是 C 成分的合金。 A. 固溶体 B. 亚共晶 C. 共晶 D. 过共晶

2. 固溶体的结构与 A 相同。

A．溶剂 B. 溶质 C. 其他晶型 D. 自身原有状态

3. 组成合金的最基本的 B ，称为组元。 A. 化学元素 B. 能够独立存在的物质 C. 稳定的化合物 D. 单一成分的物质

4. 一种金属元素与另外一种或几种金属或非金属元素相互 B 形成的具有金属特性的物质称为合金。

A．机械混合 B. 熔合 C. 各自保持原来特性 D. 化合

5. 在实际冷却速度 B 的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中，先后结晶的树

枝状晶体内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。 A. 较慢 B. 较快 C. 适中 D. 极为缓慢

6. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 B ：

A. 越高 B. 越低 C. 越接近临界理论结晶温度 D. 与冷却速度无关

7. 实际金属结晶时，通过控制生长速率N和长大速率G比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得的晶粒较为粗大的是 B ：

A. N/G很大时 B. N/G很小时 C. N/G居中时 D. 与N/G无关

8. 在二元合金相图中，三相平衡共存时，必定是一条水平线，每条水平线必定和 C 相遇，也一定与 F 以一点接触。

A. 一个两相区 B. 两个两相区 C. 三个两相区 D. 一个单相区 E. 共存三相之中的二个单相区 F. 共存三相的三个单相区

?????共晶反应时，三相的成分：B 9. 在发生L?A. 相同 B. 确定 C. 不确定 D. 不相同

三． 判断题

1. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。X 2. 金属结晶后晶体结构不再发生变化。X

3. 液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。X

4. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为凝固。 √ 5. 当过冷度较小时，纯金属晶体主要以平面状的方式长大。X

6. 液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。X 7. 过冷度的大小取决于过冷速度和金属的本性。√

8. 当晶核长大时，随过冷度的增加，晶核的长大速率增大。但是过冷度很大时，晶核长大

速率很快减小。√

9. 在实际金属和合金中，自发形核常常起着优先主导的作用。√

四． 问答题

1. 何谓凝固？何谓结晶？

2. 什么是过冷度？液态金属结晶时为什么必须过冷？ 3. 何谓自发形核与非自发形核？它们在结晶条件上有何差别？ 4. 过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？ 5. 在实际生产中，常采用哪些措施控制晶粒大小？

6. 什么是合金？什么是相？固态合金中的相是如何分类的?相与显微组织有何区别和联系？

7. 说明固溶体与金属化合物的晶体结构特点并指出二者在性能上的差异。 8. 何谓间隙固溶体？何谓间隙化合物？试比较二者在形成条件上的的异同点。

9. 何谓组元、成分、合金系、相图？二元合金相图表达了合金的哪些关系？有哪些实际意义？

10. 何谓合金的组织组成物？指出wSn=30%的PB. -Sn合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物和相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数。

11. 什么是共晶反应？什么是共析反应？它们各有何特点？试写出相应的反应通式。 12. 已知在500℃时，A-B二元系共晶反应式为 L （wB=75%）???α （wB=15%） + β （wB=95%）,A组元的熔点为700℃，B组元的熔点为600℃，并假定α及β固溶体的溶解度不随温度而改变。试画出A-B二元合金相图。

13. 为什么铸件常选用靠近共晶成份的合金生产，压力加工件则选用单相固溶体成份的合金生产？ 第四章 一．

填空题

1. 珠光体是 F 和 Fe3C 混合在一起形成的机械混合物。 2. 碳溶解在 α-Fe 中所形成的 间隙固熔体 称为铁素体。

3. 在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为 4.3% ，共析点的含碳量为 0.77% 。

4. 低温莱氏体是 P 和 Fe3C 组成的机械混合物。

5. 高温莱氏体是 A 和 Fe3C 组成的机械混合物。

6. 铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即 细晶区 ，柱状晶区 和心部等轴晶粒区。

7. 在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是 1148℃ ，共析转变温度是 727℃ 。

8. 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢而碳含量为 0.62 .。

9. 在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3C?最多的合金成分点为 2.11 ,含Le最多的碳含量为 4.3 。

10. 钢与铸铁的区别是 铸铁中有共晶组织 。 二．

1. 碳溶入α-Fe中使晶格 B 畸变： A. 不产生 B. 正 C. 负 D. 不定型

2. 铁素体是碳溶解在 A 中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe

3. 奥氏体是碳溶解在 B 中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe

4. 渗碳体是一种 A 。 A．稳定化合物 B．不稳定化合物

选择题

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