材料结构与性能课后题答案

1.材料的结构层次有哪些，分别在什么尺度，用什么仪器进行分析？

现在,人们通过大量的科学研究和工程实践,已经充分认识到物质结构的尺度和层次是有决定性意义的。

在不同的尺度下,主要的,或者说起决定性的问题现象和机理都有很大的差异,因此需要我们用不同的思路和方法去研究解决这些问题。更值得注意的是空间尺度与时间尺度还紧密相关,不同空间尺度下事件发生及进行的时间尺度也很不相同。一般地讲,空间尺度越大的,则描述事件的时间尺度也应越长。不同的学科关注不同尺度的时空中发生的事件。现代科学则按人眼能否直接观察到,且是否涉及分子、原子、电子等的内部结构或机制,而将世界粗略地划分为宏观(Macro-scopic)世界和微观(Microscopic)世界。之后,又有人将可以用光学显微镜观察到的尺度范围单独分出,特别地称作/显微结构(世界)。随着近年来材料科学的迅速发展,材料科学家中有人将微观世界作了更细致地划分。而研究基本粒子的物理学家可能还会把尺度向更小的方向收缩,并给出另外的命名。对于宏观世界,根据尺度的不同,或许还可以细分为/宇宙尺度/太阳系尺度/地球尺度和/工程及人体尺度等。人类的研究尺度已小至基本粒子,大至全宇宙。但到目前为止,关于/世界的认识还在不断深

《材料结构与性能》习题

第一章

1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问：

1) 设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2) 在此拉力下的真应力和真应变； 3) 在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。

3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O（和5%的玻璃相（E=84GPa），3E=380GPa）计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。

5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。

6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。

第二章

1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。

2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73G

《材料结构与性能》习题

第一章

1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问：

1) 设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2) 在此拉力下的真应力和真应变； 3) 在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。

3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。

5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。

6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。

第二章

1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子

间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。

2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GP

《材料结构与性能》思考题

第一章 金属及合金的晶体结构

1．重要名词 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 晶粒 晶界 各向异性 假等向性（伪各向同性） 空间点阵 阵点（结点） 晶胞 简单晶胞（初级晶胞） 布拉菲点阵 晶系 晶面 晶面指数 晶向 晶向指数 密勒指数 晶面族 晶向族 晶带 晶带轴 面间距 配位数 致密度 点阵常数 面心立方（A1） 体心立方(A2) 密排六方(A3) 同素异构现象 四面体间隙 八面体间隙 多晶型性(同素异构转变) 原子半径 合金 相 固溶体 间隙固溶体 置换固溶体 有限固溶体 无限固溶体 电子浓度 无序分布 偏聚 短程有序 短程有序参数 维伽定律 中间相 金属间化合物 正常价化合物 电子化合物(Hume-Rothery相) 间隙相 间隙化合物 拓扑密堆相(TCP相) PHACOMP方法 超结构（有序固溶体，超点阵） 长程有序度参数 反相畴（有序畴） 2．试述晶体的主要特征。

3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110),

1. 概念

1、构型(configuration)：是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列。

2、大分子(macromolecule): 是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量。

聚合物分子(polymer molecule)：由许多重复结构单元组成的，具有相对高的分子质量或分子重量。

3、共聚物(copolymer)：由两种或两种以上单体合成的聚合物。

4、侧基(side/pendant group)：一个分子链的分支。

5、端基(end group)：大分子或低聚物分子的末端构造单元。

6、统计共聚物(statistical copolymer)：通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列。

7、无规共聚物(random copolymer)：具有Bernoullian序列统计的统计聚合物。在Bernoullian模型中，各键接的构型是相互独立的，不受前面键接构型的影响，故单体单元在分子链中无规则排列。

8、交替共聚物(alternating copolymer)：单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布。

9、嵌段共聚物(block copolymer)：由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的。

10、星型高分子(star po

2007年材料结构与力学性能试题加答案

注意：答案仅供参考，不一定完全正确
五、材料结构部分
1、 名词解释(10分,每个2分)
对称中心：若晶体中所有的点在经过某一点反演后能复原，则该点就称为对称中心 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体
重合位置点阵：两个相邻晶粒的点陈彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵
堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序遭到破坏和错排，称为堆垛层错 割阶： 在位错的滑移运动过程中，其位错线往往很难同时实现全长的运动，可能通过其中一部分线段(n个原子间距)首先进行滑移，在原位错线上形成一段折线，若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为割阶
2、 已知某二元合金的共晶反应为：L（75%B）≒α（15%B）+β（95%B）。试求含60%B的合金完全结晶后，初晶α与共晶（α+β）的重量%，合金中α相与β相的重量%，共晶体中α相与β相的重量比。（10分）
答：初晶α的重量%=（75-60）/（75-15）=15/60=0。25=25%（2分）
共晶（α+β）的重量%=（60-15）/（75-15）=45/60

第七章

1、磨损：机件表面相接处并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失、造成表面损伤的现象。

2、粘着：摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。（实际上就是原子间的键合作用）

3、磨屑：松散的尺寸与形状均不相同的碎屑？？？？

4、跑合：摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积增大，磨损速率迅速减小。

5、咬死：当接触压应力超过材料硬度H的1/3时，粘着磨损量急剧增加，增加到一定程度就出现咬死现象。

6、犁皱：指表面材料沿硬粒子运动方向被横推而形成沟槽。 7、耐磨性：材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力

8、冲蚀：流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表面进行冲击。 9、接触疲劳：机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而是材料流失的现象。 10、是比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响？

⑴凿削式磨粒磨损：从表面上凿削下大颗粒金属，摩擦面有较深沟槽。韧性材

第一章 材料单向静拉伸载荷下的力学性能 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。（1）应力状态软性系数—材料最大切

第一章

6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？

答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。

线缺陷：位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。

面缺陷：晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。

在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。

8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？

答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。

9、间隙固溶体和间隙相有什么不同？ 答：合金

第一章

6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？

答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。

线缺陷：位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。

面缺陷：晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。

在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。

8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？

答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。

9、间隙固溶体和间隙相有什么不同？ 答：合金