《材料结构与性能》
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。
2]。3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130)), (121), (225), [112], [312], [11
画出六方晶系中的下列晶面：(0001), (1120), (1011)。
4．画出立方晶系(110)面上的[111]方向，(112)上的[111]方向。在其(111)面上有几个<110>方向？
5．计算面心立方、体心立方、密排六方点阵晶胞的晶胞内原子数、致密度。其中原子的配位数是多少？6．面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵？
7．画图计算面心立方和体心立方点阵的四面体、八面体间隙的半径r B与原子半径r A之比。
8．铜的面心立方点阵常数为3.608?，计算其（122）晶面间距。
9．立方晶系中晶面指数和晶向指数有什么关系？
10．写出立方晶系{112}晶面组的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。
11．已知点阵常数a=2 ?，b=6 ?, c=3 ?, 并已知晶面与三坐标轴的截距都是6 ?，求该晶面的指数。12．若γ-Fe晶胞中的八面体间隙都被C原子填满，试计算C原子的原子百分数和重量百分数。另外，这样的事情能否发生，为什么？
13．试画出面心立方点阵中(001), (011) 和（111）晶面的原子排列，并标出原子间距。
14．判断下列晶向是否属于相应的晶面或平行于该晶面：[112]与(111)；[110]与(121)；[210]与(101)。15．下列晶向是否是两个晶面的交线？(1)[112]与(111)及(110)；(2)[101]与(111)及(111)；(3)[101]与(111)及(111)。
16．银属面心立方点阵，若其原子半径为1.44 ?，求其晶格常数，并根据其原子量求其密度。
17．α-Fe→γ-Fe转变发生在910℃，该温度下其点阵常数分别为2.892 ?和3.633 ?，试求转变前后的体积变化。若转变前后原子半径未变化，体积变化又有多大？
18. Al和Ag均属面心立方点阵，已知r Ag= 1.441?, r Al=1.428?, 它们在固态下是否可能无限互溶，为什么？19．固溶体的溶解度主要取决于哪些因素？
20．碳原子在γ-Fe晶胞中存在于什么位置？碳原子溶入后其点阵常数如何变化？为什么？碳原子溶入α-Fe 中又如何？
21．计算含1-wt%C的γ-Fe中多少个晶胞中溶入一个碳原子？
22．中间相一般具有什么特点？
23．以黄铜为例说明什么是电子化合物及电子化合物的类型。
24．电子化合物为什么可以具有一定的成分范围？25．试述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同。26．试述短程有序和长程有序的关系。27．影响有序化的因素有哪些？
28．有序化对合金的性能有何影响？
第二章金属的晶体缺陷
1．重要名词晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷空位间隙原子弗兰克尔缺陷肖脱基空位点缺陷平衡浓度点缺陷的形成能热力学稳定缺陷和热力学不稳定缺陷过饱和点缺陷位错柏氏矢量位错结点刃型位错螺型位错混合型位错位错密度滑移攀移守恒运动和非守恒运动位错应变能作用在位错上的力位错线张力位错间的力位错增殖全位错不全位错单位位错堆垛层错抽出型层错插入型层错堆垛层错能肖克莱不全位错弗兰克不全位错位错反应扩展位错扩展位错宽度弗兰克-瑞德源交滑移位错的双交滑移增殖机制晶界相界小角度晶界大角度晶界对称倾侧晶界不对称倾侧晶界扭转晶界晶界能重合位置点阵孪晶孪晶界孪晶面共格孪晶界非共格孪晶界表面表面能
2. 若铝的空位形成能为0.75eV，间隙原子的形成能为
3.0eV，假定二者的振动熵相等，试分别求出500℃和20℃时二者的平衡浓度之比，并解释其比值的变化。
3. 在铁中形成1mol空位的能量为25000卡，试计算将其从20℃加热到850℃时空位浓度增加了多少倍？若将其淬火至室温，这些空位会出现什么情况？
4. 刃型位错、螺型位错、混合型位错的特点是什么？试比较刃型位错和螺型位错的几何形态和运动特点。
5. 如何求位错的柏氏矢量？柏氏矢量有哪些特征？
6. 受力时刃型位错、螺型位错如何运动？试说明他们的滑移方向、位错运动方向、柏氏矢量、变形方向的关系。什么是守恒运动和非守恒运动？
7. 位错间为何有作用力？试分析刃型位错之间和螺型位错之间的作用力。
8. 面心立方、体心立方点阵中单位位错的点阵矢量是什么？
9. 扩展位错宽度与那些因素有关？
10. 位错反应的条件是什么？试举例说明。
11. 试说明面心立方点阵中不全位错的特点。
12. 试说明弗兰克-瑞德源使位错增殖的机理并求出该位错源启动的临界切应力。
13. 什么是双交滑移？为何刃型位错不能发生交滑移？
14. 说明亚晶界的结构，阐述“重合位置点阵模型”，说明晶界的特点。
15. 如图所示，晶体受一均匀切应力τ的作用，某滑移面上有一柏氏矢量为b的圆形位错环，(1)分析位错环各段位错线的结构类型，并说明有无可能各部分都是刃型位错或螺型位错？(2)求各段位错所受的力的大小
并确定其方向。(3)在τ的作用下该位错环将如何运动？运动结果如何？
(4)若在τ的作用下该位错环不动，其半径最小应多大？Array
16. 假设在镁晶体中由一个位错源放出的位错滑移到晶体表面，使晶体
表面产生高度为10-4cm的滑移台阶，问有多少个位错运动到了表面？
（已知b=0.32nm）
17. 一个正刃型位错和一个负刃型位错在水平和垂直方向都离开了两
个原子间距，画出其二维图形，(1)围绕此二位错作出柏氏回路，找出其
柏氏矢量。(2)围绕两个位错分别作柏氏回路，分别找出其柏氏矢量，二
者的柏氏矢量有何关系？
18. 如图，EFGH 为半原子面，则HI, IJ, JK, KE 各段位错是什么类型的位错？ 19. 从结构条件和能量条件判断下列位错反应能否进行： (1)]111[2
]111[2
a a +→a [110] (2) a [100] →]110[2]101[2a a + (3) a [100] →]111[2]111[2a a + (4) →+]111[2]112[3a a ]111[6
a (5) →]110[2a ]211[6]112[6a a + (6) ]111[2]111[2a a +→a [110] 20. 试讨论面心立方点阵和简单立方点阵中位错的异同点。
21. 晶体的滑移量与位错运动的位移量是否成正比？为什么？
22. 为什么刃型位错不能交滑移，螺型位错不能攀移？
23. 图中的平面为晶体的滑移面，虚线为位错线，箭头为位错线的运动方向，阴影部分为已滑移区，(1)试分析各图中的位错类型；(2)在外加切应力作用下，当位错线扫过该滑移面时，晶体在什么方向上产生多大的变形？
24. 如图，刃型位错AB, CD 长度和方向相同，柏氏矢量也相同，两端都
被钉住，(1)画出位错线的逐步扩展过程；(2)在两位错环相遇处，位错不能扩展，可以形成一个大位错源，图示此过程。
25. 如图，两同号平行的刃型位错处于平行的滑移面上，(1)当b 2位于①，
②，③不同位置时，两个位错的相互作用力如何？(2)在外加切应力τ作用下，b 1位于哪种位置时其运动速度快些？ 26. 面心立方晶体中有一位错，它的滑移造成晶体沿(111)面和[110]方向切变
2
2a ，(1)写出此位错的单位位错b ，并图示之；(2)若此位错为刃型和螺型时，绘出位错方向；(3)若此位错为螺型，它可在哪些晶面交滑移？
27. 将一位错弯成半径为r 的圆环，已知b =0.3nm ，G =4×104MPa ，r =0.6μm ，试计算沿b 方向需加多大的切应力τ？
第三章 金属的凝固
1．重要名词 结晶 熔化潜热 熔化熵 结构起伏（相起伏） 准晶体模型 随机密堆模型热分析 过冷现象 过冷度 形核 长大 均匀形核 非均匀形核 晶胚 晶核 临界晶核 临界晶核半径 临界形核功 能量起伏 形核率 有效形核温度 动态过冷度 正温度梯度 负温度梯度 光滑界面（小平面界面）
粗糙界面（非小平面界面） 树枝晶 非晶态金属 玻璃化转变温度
2. 解释液态金属与固态金属有相似的结构。
3. 解释G-T （自由能-温度）曲线的变化趋势和曲线形状。
4. 说明纯金属凝固的热力学条件
5. 当球状晶核在液态形成时，总自由能变化?G =4πr 2σ+3
4πr 3?G v , 其中r 为球状晶核的半径，σ为单位晶核面积的表面能，?G v 为单位体积晶核形成时放出的体积自由能。求?G 达到最大时的r *和?G v *，分析他们的物理意义。
6. 分析纯金属均匀形核和非均匀形核的条件，并比较他们的过冷度，说明他们形核的难易。
7. 在生产条件下，金属结晶形核以那种方式为主？为什么？
8. 试说明形核率与过冷度的关系。
9. 金属熔化为什么不需要过热度？
10. 说明动态过冷与晶体生长的关系。
11. 分析界面形貌与温度梯度的关系。
12. 试说明树枝晶的形成原理，形成条件和形成过程。
13. 晶粒度对金属的性质有什么影响？为什么用金属型比砂型铸铝件的组织细密？从中分析控制铸件结晶后晶粒大小的因素。
第四章 二元相图和合金的凝固
1．重要名词 相 自由度 化学位 液相线 固相线 杠杆法则 公切线法则 相区接触法则 匀晶转变 成分起伏 枝晶偏析 平衡分配系数 宏观偏析 有效分配系数 初始过渡区 区域熔炼 成分过冷 共晶转变 共晶体 固溶线（溶解度曲线） 初生相 次生相（二次相） 亚共晶合金 过共晶合金 相组成物 组织组成物 伪共晶 非平衡共晶组织 离异共晶 包晶转变 包晶转变的不完全性 非平衡包晶组织 铁素体 高温铁素体 奥氏体渗碳体 莱氏体 珠光体 共析转变 工业纯铁 碳钢 白口铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 一次渗碳体 二次渗碳体 三次渗碳体 先共析铁素体 变态莱氏体 共晶渗碳体 共析渗碳体 缩孔 疏松 气孔（气泡） 织构（择优取向）
2. 什么是相率？其表达式是什么？
3. 试说明区域熔炼提纯金属的原因，是不是所有的金属都可以用这种方法提纯？为什么？
4. 用示意图说明什么叫成分过冷。影响成分过冷的因素有哪些？
5. 已知某合金在温度T 1的自由能-温度曲线如图，试推测该温度下不同成分合金的相组成。
6. 指出下列相图中的错误，并说明原因。 相区接触原则： 1、除点接触外，二元相图的相邻相区，相数差一。 2、两个单相区之间必为这两个相构成的两相区。 3、两个两相区必然以单相区或者三相水平线隔开。 4、三相平衡线为水平线，每条水平线必然和三个两相区相邻。
A B
B%
7. Pb-Sb 相图已给出，（1）试画图表示含2%, 8%, 11.2%, 50%Sb 的合金的冷却过程中的组织变化，给出其冷却曲线；（2）共晶组织中α和β各占多少？若在显微组织中初生的α和β各占一半，合金的成分如何？
8. A-B 二元共晶系，A 的熔点为900℃，B 的熔点为700℃，共晶成分为60%B ，共晶温度为500℃，以A 为溶剂的α固溶体最大溶解度为30%B ，以B 为溶剂的β固溶体最大溶解度为15%A ，（1）若α和β的溶解度在温度下降时保持不变，试画出二元相图；（2）含40%B 的合金在液相完全混合的情况下凝固时其k 0、k e 各为若干？ 9. 不在共晶线和包晶线上的合金什么时候能够发生共晶和包晶反应？ 10. 根据Fe-Fe 3C 相图，画图表示含碳0.01%，0.2%，0.77%，1.2%，
3.0%，
4.3%，
5.0%的铁碳合金的凝固过程，并计算室温下这些合金的组织组成物和相组成物的含量。 11. 计算室温下含碳5.0%的铁碳合金中共晶渗碳体、共析渗碳体和Fe 3C I 、Fe 3C II 、Fe 3C III 的含量（室温下碳在α-Fe 中的最大溶解度为
0.008%）。
12. 一含碳2.0%的铁碳合金的室温组织中发现了少量变态莱氏体，试分析其原因。
13. 一含碳2.2%的铁碳合金的室温组织为珠光体和厚网状渗碳体，未发现变态莱氏体，试分析其原因。
14. Fe-Fe 3C 相图的三条水平线上发生了何种反应？试分析其异同。
15. 试比较：(1)ES 与PQ ；(2)GS 与BC ；(3)GP 与JE 三组线在含义上的异同。
16. 在727℃上下的莱氏体有何区别？
17．碳钢和白口铸铁的根本区别是什么？
18. 随含碳量的增加，碳钢和白口铸铁的组织有何规律性变化？
19. 碳钢中的含碳量对其机械性能有何影响？这种影响与组织有何关系？
20. 在Fe-Fe 3C 相图上标明各区域的组织组成。
第五章 固体金属中的扩散
1．重要名词 扩散第一定律 扩散第二定律 扩散通量 扩散系数 浓度梯度 化学位梯度跳动几率 跳动频率 间隙扩散 置换扩散 稳态扩散 短路扩散 上坡扩散 空位扩散 位错扩散 晶界扩散 柯肯达尔效应
2. 扩散系数主要受哪些因素影响？如何影响？
3. 什么是扩散激活能？间隙扩散和置换扩散的激活能有何不同？为什么？
4. 钢中的合金元素如何影响碳的扩散速度？为什么合金元素的扩散速度比碳小？
5. 相同温度下，碳在γ-Fe 中的扩散系数比在α-Fe 中小，但渗碳却在γ-Fe 中进行，为什么？
6. 一零件用10号钢（含碳0.1%）制成，工作表面需较高硬度，决定采用表面渗碳。已知碳在γ-Fe 中的D 0=2.0×10-5m 2s -1, 扩散激活能Q =140×103J ·mol -1, (1) 在1050℃渗碳2.4小时，若渗碳气氛可保证表面层 T
(℃
B% T (℃ B% T (℃ B%
T (℃ (
Sb%
碳浓度为1.0%，求渗层中碳浓度与位置的函数关系；(2)绘制从表面到1mm深度处的碳浓度变化曲线，若定义含碳量0.4%以上的区域为渗碳层，求该渗碳条件下的渗碳层深度(误差函数值可查阅胡赓祥等或刘国勋主编的《金属学》)；（3）若渗碳温度在900～727℃之间，则渗碳时间难于确定，为什么？在727℃以下渗碳能否达到渗碳目的？为什么？
7. 钢加热时，若表面含碳量下降到0，则脱碳后表层碳含量分布符合下式：C=C1erf(x/2Dt),其中C为距表层Z处的含碳量，C1为钢的原始含碳量，求T12钢（含碳1.2%）在1000℃保温10小时后的含碳量与距离曲线。
第六章金属及合金的塑性变形
1．重要名词弹性变形塑性变形工程应力工程应变屈服极限工程屈服强度σ0.2比例极限弹性极限抗拉强度颈缩真应力真应变滑移线滑移带滑移面滑移方向滑移系取向因子滑移的临界分切应力单滑移多滑移交滑移派-纳力位错扭折割阶固定位错位错塞积孪生孪晶孪晶面孪生方向孪生参数细晶强化吕德斯带柯垂尔气团纤维状组织胞状亚结构加工硬化形变织构内应力储存能固溶强化弥散强化奥罗万机制
2. 试说明工程应力-应变曲线和真应力-应变曲线的异同。
3. 以直径为10.0mm的退火铜棒作拉伸试验，在试棒出现颈缩前测得的载荷(kg)和工程应变(%)为：643-0.10, 832-0.20, 942-0.30, 997-0.40, 1028-0.50；(1)根据上述数据分别求出真应变，工程应力，真应力。(2) 对比工程应变和真应变，工程应力和真应力，说明其数值间的变化规律。
4. 三种典型晶体的滑移面、滑移方向各是什么？他们各有多少独立的滑移系？这对他们的塑性有何影响？
5. 铝（面心立方）的临界分切应力为0.2MPa, 拉伸轴为[001]，已知{111}晶面的法线与[001]的夹角为54.70○，问在多大应力下铝单晶开始发生塑性变形？
6. 对Ag单晶加一拉伸力，拉伸轴与滑移面成34○角，与滑移方向成67○角，测得的屈服应力为1.35MPa, 求Ag的临界分切应力。
7．滑移为什么总伴随着晶面转动？转动的结果如何？
8. 从派-纳力的表达式说明滑移面和滑移方向分别是最密排面和最密排方向。
9. 什么叫孪生变形？金属在什么情况下发生孪生变形？它与滑移有何不同？
10. 为什么金属晶粒越细，其机械性能越好？好在哪些方面？写出
11. 图中给出的是多晶体的应力-应变曲线。(1)比较A, B, C, D点的位错密
度。(2)当应力超过A点时发生的是什么现象？(3)当应力从B变化到C, D
时，各发生什么现象？(4)用位错理论解释上述现象。(5)能否用此图确定
金属的临界分切应力，为什么？
12. 低碳钢拉伸试验时经塑性变形卸载后放置一段时间再加载，屈服现象
又重新出现，而且屈服应力提高了，解释这一现象。
13. 金属经冷加工变形后的组织结构和性能有哪些重要变化？
14. 什么叫加工硬化？其重要意义是什么？单晶体加工硬化曲线分哪几个阶段？如何解释？
15. 什么叫形变织构？在工业上有何意义？
16. 什么叫残余应力？分哪几类？
17. 复相合金呈何种组织形态分布时对金属的性能最有利？呈何种分布最不利？为什么？
18. 分析合金中存在第二相对塑性变形的影响。
19. 金属有哪些强化机制？能否都用位错理论解释？试加以说明。
第七章回复与再结晶
1．重要名词回复再结晶晶粒长大多边（形）化回复退火再结晶退火再结晶温度二次再结晶（异常长大）储存能临界变形度表面热蚀沟退火孪晶再结晶织构冷加工热加工动态回复动态再结晶流线超塑性
2. 在不同温度进行的回复的机理是怎样的？回复后的性能有何变化？
3. 再结晶有几种形核机理？各是什么？
4. 影响再结晶温度和速度的主要因素是什么？
5. 冷拔铜丝作导线，冷拔后应如何处理？为什么？
8. 再结晶是一个形核加长大的过程，那么它是否也是相变过程？为什么？
7. 固态无相变合金，铸造后如何细化晶粒？
9. 试解释临界变形度存在的原因？
10、影响正常长大的主要因素是哪些？如何影响？
11. 什么是二次再结晶？它与再结晶有何不同？
12．把锡焊料和钢丝都在室温下来回弯，会发生什么现象？为什么？
第八章固态金属中的相变
1．重要名词共格界面半共格界面非共格界面位向关系惯习面魏氏组织一级相变二级相变扩散型相变非扩散型相变协同形转变非协同性转变TTT曲线沉淀（脱溶）连续沉淀不连续沉淀球化调幅分解马氏体板条马氏体（位错马氏体）片状马氏体（孪晶马氏体）M s M f 热弹性马氏体A s A f形状记忆效应SMA合金
2. 简述固态相变的特点。
3. 固-固界面有几种？各有什么特点？
4. 说明晶体缺陷对固态相变形核的作用。
5. 试分析沉淀相球化和聚集长大的原因。
6. 调幅分解发生的原因是什么？有何特点？
7. 共析转变的TTT图是什么形状？为什么？
8. 马氏体转变有哪些特征？其动力学有何特点？
《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 Al 2O（3 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 Al 2O3晶体圆柱（图1.28 ），直径 3mm，受轴向拉力 F ，如临界抗剪强度τ c=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/m 2；Si-O 的平衡原子间距为 1.6 ×10-8 cm；弹性模量值从60 到 75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ =1.56J/m 2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式： 与 是一回事。
4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图 2.41所示。如果 E=380GPa，μ =0.24 ，求 KⅠc值，设极限载荷达50 ㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的 中心穿透缺陷，长 8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为 1400MPa，计算塑性区尺 寸 r 0及其与裂缝半长 c 的比值。讨论用此试件来求 KⅠc值的可能性。 6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③ 2μ m，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 2 1.62 MPa〃m。讨论诸结果。 7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系ZTA陶瓷零件，温度在 2 ，慢裂纹扩展指数-40 ，Y 取π 。设保 900℃， KⅠc为 10MPa〃m N=40，常数 A=10 证实验应力取作用力的两倍。 8、按照本章图 2.28 所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图，求出经验公式。 9、弯曲强度数据为： 782，784，866，884，884，890，915，922，922，927，942， 944，1012 以及 1023MPa。求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯模量数。 第三章 1、计算室温（ 298K）及高温（ 1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和安杜龙—伯蒂规律计算的结果比较。 2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。
主要的高分子材料的合成类型和方法；高分子单体、单元结构的概念以及与高分子组成和结构性质的关系；聚合物的反应掌握高分子链结构的长、柔和复杂的特点；掌握高分子分子量与分子量分布的表征，理解高分子聚集态结构的多样性、复杂性与多缺陷特点，掌握相变与转变温度的物理意义以及对加工性质和力学性质的影响；理解高聚物高弹性的特点 1.为什么说柔顺性是高分子独有的性质？ 答：因为柔顺性是高分子链通过内旋转作用改变其构象的性能，分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原因，因此只有在高分子内部，具有一定的内旋转自由度，出现分子链的内部旋转，才会表现出柔顺性。 2.高分子的分子量相对于小分子和无机物有何特点，主要的表示和描述方法有 哪些？ 高聚物分子量有两个特点：一是分子量大，二是分子量的多散性。 首先，从相对分子质量来看——小分子和无机化合物的相对分子质量只有几十到几百； 高聚物的相对分子质量相对高得多 其次，高聚物的晶态结构比小分子物质的晶态有序程度差得多，高聚物的非晶态结构比小分子物质液态的有序程度高。 综上，高分子的分子量可以用聚合物的多分散性、平均分子量、多分散系数来表示。 3.高分子的聚集体包括哪些内容，为什么聚合物不易形成100%的结晶以及宏观 单晶？另外试述高分子的聚集体有哪些特点，以及成型加工条件、性能的关系？ 4.如何理解高分子材料拉伸的应力-应变的时温等效性和蠕变特性？ 时温等效原理;时间温度等效原理;时间温度对应原理;time temperature correspondence 分子式：CAS号：性质：又称时间温度对应原理。观察高分子材料的某种力学响应（如力学松弛），既可在较低温度下通过足够长的观察时间来实现，也可在较高温度下短时间内观察来实现，简单地说，升高温度与延长观察时间具有相同的效果。 高分子材料蠕变指的是高分子材料在外界恒定应力作用下，由于材料内部分子的位移产生的应变（即外观形变）随着时间而变大。当应力去掉后，由于高分子材料有弹性记忆回复能力，形变可以部分回复。 5.高分子材料组成和结构的基本特征、高分子链的组成和结构、高分子链的聚 集态结构。 ①高分子材料组成和结构的基本特征是： 1、平均分子量大和存在分子量分布 2、具有多种形态 3、组成与结构的多层次性 ②高分子链的组成和结构主要指组成高分子链的结构单元的化学组成、键接方式、空间构 型和高分子链的形态等。 A、高分子链中的原子类型 根据主链上原子类型，高分子链可分为：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子、梯形和螺旋形高分子。 B、结构单元的键接方式 共有三种可能的键接方式：头头接、尾尾接、头尾接。其造成的原子排列方式为：无规共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。
一、名词解释（分） 原子半径，电负性，相变增韧、气团 原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途 电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途 气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分） 答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分） 答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分） 答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间
1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能） 化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等） 力学性能（刚度强度韧性等） 物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？） 答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图） 为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？） 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段， 2 1)(a E c s γσ≈
材料结构与性能（珍藏版） 一、何为金属键？金属的性能与金属键有何关系？ 二、试说明金属结晶时，为什么会产生过冷？ 三、结合相关工艺或技术说明快速凝固的组织结构特点。 四、画出铁碳合金相图，并指出有几个基本的相和组织？说明它们的结构和 性能特点。 五、说明珠光体和马氏体的形成条件、组织形态特征和性能特点。 六、试分析材料导热机理。金属、陶瓷和玻璃导热机制有何区别？将铬、 银、Ni-Cr合金、石英、铁等物质按热导率大小排序，并说明理由。 七、从结构上解释，为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘？ 八、列举一些典型的非线性光学材料，并说明其优缺点。 九、什么是超疏水、超亲水？超疏水薄膜对结构与表面能有什么要求？ 十、导致铁磁性和亚铁磁性物质的离子结构有什么特征？ 答案自测 特别重要的名词解释 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径 （r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。
电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。
《材料结构与性能》试题 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
《材料结构与性能》课程论文 刚玉-尖晶石浇注料微结构参数控制及其强度、热震稳定性和抗渣性能研究 学生姓名：周文英 学生学号：201502703043 撰写日期：2015年11月
摘要 本文通过使用环境对耐火材料的要求，耐火材料与结构参数的分析，耐火材 料结构控制措施进展分析等方面总结了耐火材料的使用现状，并提出了下一步耐 火材料的改进措施。分别是：在基质中加入一定量的硅微粉，改变液相的粘度， 提高抗渣性；控制铝镁浇注料基质的粒径分布，使大颗粒含量一定保证其高温强度；使用球形轻骨料代替原来的致密骨料，提高气孔率，降低体积密度，提高能 源利用率，降低能耗。 关键词：铝镁浇注料；高温强度；抗渣性；热震稳定性 Abstract Requirements of the apply for fire resistance, analysis of refractory materials and structure parameters, current application and the promotion about the refractory are introduced in this paper. It included that: add some sillicon power into matrix in order to improve the viscosity of the liquid for abtaining better slag resistance; control the distribution of the particle in the matrix to ensure the high temperature strength; use spherical light aggregate instead of the original density aggregate to improve porosity and the rate of energy. Keywords:Alumina-Magnesia castable; high temperature strength; slag resistance; themal shock resistance.
《材料结构与性能》 习题
《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=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式： 与 是一回事。 4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。
《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1）
1 钢分类的方法有哪几种？钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素? 钢的分类方法有5种：1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。 强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V 中强碳化合物形成元素：W,Mo 2 合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些？提高回火稳定性的元素有哪些？ 合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够韧性和塑性。 提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni 强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V 提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W 3 解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为0.4%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为1.5%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。 1) 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。 2) 由于合金钢中含有较多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo、Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。因此，合金钢具有较高的回火稳定性。 3) 按照金相组织来看，含碳量为0.4%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为1.5%、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。 4）由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。 4 有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通碳素钢节约钢材15％，简要解释原因。低合金高强度钢是在碳素工程钢基础上加入少量合金元素（Mn,Si,Ti,Nb,V,Al等）形成的，以此获得较好的塑性，韧性，焊接性能，性能的提高使得在相同的工程条件要求下大大降低了钢材的使用量。16Mn属于低合金高强度结构钢，这类钢适应大型工程结构，减轻结构重量，提高使用的可靠性及节约钢材，因此与碳素钢相比可以节省15%材料。 5 试比较45钢与40Cr钢的应用范围，以此说明合金元素Cr在调质钢中的作用。 45钢属优质碳素结构钢，大量的模具生产会用到，做模具钢使用。 40Cr钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如套筒；此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。 Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。 6 说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成分、最终热处理及组织、性能特点。 渗碳钢：一般都是低碳钢，碳的质量分数一般在0.12%-0.25%范围，主要合金元素有Ni,Cr,Mn
《材料结构与性能》试题2011级硕士研究生适用 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
材料物理结构与性能思考题 1.画图说明：“1+1＞2”复合效应和“0+0＞0”的复合效应？ 答：1+1＞2这个效应意味着两种不同常规物质的组成/复合可导致其复合材料性能的显著增强，远远大于原常规物质的性能。其性能得到了数量级上的提高，使材料“旧貌换新颜”。 0+0＞0指两种不同常规物质的组合/复合可导致全新的、原常规物质所不具有的性能，使材料的某种性能“无中生有”。 产生“1+1>2”复合效应的途径 合理选择组成物质及设计组成方式；利用组成物质之间的相互作用(如界面)；纳米尺度的结构组成。如金属的弥散强化、陶瓷的弥散增韧 产生“0+0>0”复合效应的途径 利用耦合作用；纳米尺度结构组成；周期结构组成；这些机制可能单独起作用、或并存。如通过耦合作用产生巨磁电效应。
2.举例说明原子的结合几种方式？ 答：原子的结合方式主要有以下几种：离子结合（离子键）；共价结合（共价键）；分子结合（范德瓦耳斯结合）；金属结合（金属键）。（此外还有一种称为氢键的，其性质结业化学键和范德瓦耳斯力之间。） 离子结合：例如Na和Cl反应，Na的3s轨道电子跑到Cl的3p轨道上，使两元素的最外层轨道都成为填满状态。由于Na失去一个电子形成Na+具有氖的电子结构，Cl得到一个电子形成Cl-，具有氩的电子结构，Na+和Cl-因带有异性电荷而互相吸引，这种结合方式即称为离子结合，键合类型称为离子键。 共价结合：例如，两个氢原子共享它们之间的两个电子，形成氢分子;两个氯原子共享它们之间的两个电子，形成氯分子。 分子结合：大部分有机化合物的晶体及CO2、H2、O2等在低温下形成的晶体都是分子晶体， 金属结合：元素周期表中I 、II、III族元素的原子如Cu、Na等在满壳层外有一个或几个价电子，当大量的原子相互接近并聚集为固体时，其中大部分或全部原子会丢失价电子，并为全体所共有，这些公有化的电子叫做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电子云，正离子和电子云之间的库仑作用力使全部离子结合起来，同时又为Pauli斥力所平衡，这种结合即为金属结合，键合类型称为金属键。 （氢键：氢键是一种极性分子键，存在于HF、H2O、NF3等分子间，如纤维素，尼龙和蛋白质等分子有很强的氢键。） 3.说明温度对金属电阻的影响？ 答：温度是强烈影响材料许多物理性能的外部因素。由于加热时发生点阵振动特征和振幅的变化，出现相变、回复、空位退火、再结晶以及合金相成分和组织的变化，这些现象往往对电阻的变化显示出重要的影响。 一般来说：金属的温度越高，电阻也越大。在绝对零度下化学上纯净又无缺陷的金属，其电阻等于零。随着温度的升高，金属电阻也在增加。无缺陷理想金属的电阻是温度的单值函数，如右图曲线1，如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷，那么电阻与温度的关系曲线如2和3。
附件二： 研究生课程教学大纲模板及格式要求 课程名称材料结构与性能 English Materials Structure and Properties 课程编号：开课单位：材料学院 课内总学时：60 教学方式：讲授、讨论 撰写人：考核方式：考试+论文 开课学期：Ⅰ学分数: 教学要求及目的 １．掌握并了解材料结构与性能所涉及的主要基本概念、研究方法和技术手段； ２．能够应用结构与物性所学的知识解决在今后从事材料物理的研究、工艺开发、材料设计与加工等方面所遇到的一些有关的理论和实验问题； ３．结合材料结构与性能之间关联的最新研究成果，让学生了解材料最新、最前沿的成果和应用。 课程主要内容 一、材料的原子和电子结构 ①……②……③……④…… 二、晶体结构 ①……②……③……④…… 三、晶体的缺陷 ①……②……③……④…… 四、力学性能 ①.微结构与基本力学性能②脆性破坏及其强度特性③屈服、韧性破坏及其强度特性④材料的增强、增韧方法及其机理⑤蠕变、疲劳及其强度特性 五、物理性能 ①……②……③……④…… 课程教材及主要 参考书 1吴学梅.材料物理性能与检测.科学出版社，2012年 2黄维刚，薛冬峰.材料结构与性能.华东理工大学出版社，2010年 3徐光宪.物质结构. 高等教育出版社，1999年 预修课程材料科学与工程基础、材料物理性能、材料分析方法
使用专业、范围材料学、材料物理与化学、材料工程
教学大纲实例： 现代分析 Modern Analysis 课程编号：开课单位：理学院 课内总学 32 教学方式：讲授 时： 撰写人：张浩考核方式：考试 开课学期：Ⅰ学分数: 2 教学要求 及目的 １．使学生了解实分析较为深入的知识，其中包括测度论、抽象积分理论、Hilbert空间、Banach空间及相关的算子理论； ３．……。 课程主要内容 一、测度论 ①测度的一般理论；②抽象积分理论；③积分中的重要定理。 二、L p-空间中的一般理论 三、Hilbert空间 ①正交性和正交投影；②Riesz 表示定理；③抽象Fourier分析。 四、Banach空间上的算子理论 ①Baire纲性定理；②共鸣定理；③开映射、逆映射定理；④闭图象定理；⑤Hahn-Banach 定理。 课程教材及主要参 考书 1 Walter Rudin：Real and Complex Analysis，McGraw-Hill Book Company(3rd)，1987 2 P. R. Halmos：Measure Theory，D Van Nostrand Company inc.，Princeton，N. J.， 3 吉田耕作，吴元恺等译.泛函分析.人民教育出版社，1980 预修课程数学分析、实变函数基础 使用专业、 数学及相关专业 范围
复习 特种陶瓷—材料的结构—．材料科学—无机非金属材料—失效—特种陶瓷— 硅酸盐水泥—热处理—纳米材料 判断题 1. 低碳钢的硬度及塑性均比高碳钢的高。错 2. 橡胶是在高弹态下使用的高分子材料。对 3. 玻璃是一种晶体材料，它具有透光性、抗压强度高、但脆性大的特点。错 4. 位错、空位、间隙原子都是实际晶体中的点缺陷。错 5. 什么是材料？如何进行分类? 材料是指人类社会可接受、能经济地制造有用器件或物品的固体物质。 6. 什么是材料的成分？什么是材料的组织？什么是材料的结构？ 材料的成分是指组成材料的元素种类及其含量，通常用质量分数（w），也可以用粒子数分数表示。材料的组织是指在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反应各组成相形态、尺寸和分布的图像。材料的结构主要是指材料中原子的排列方式。 7. 材料科学与工程的四大要素是什么？ 材料成分，结构，工艺，性能。 8. 传统陶瓷坯料常见的成形方法及生产工艺？ 9. 什么是高分子材料？高分子材料具有哪些性能特点？ 高分子材料是由可称为单体的原料小分子通过聚合反应而合成的。力学性能：最大的特点是高弹性和黏弹性。电性能：绝大多数高分子材料为绝缘体。热性能：绝热性。 10. 什么叫复合材料？按基体材料分为哪几类？ 复合材料指由两种或更多种物理性能、化学性能、力学性能和加工性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。复合材料可分为基体相和增强相。按基体分为树脂基、金属基陶瓷基。
11. 陶瓷由哪些基本相组成？它们对陶瓷的性能有什么影响？ 晶体相、玻璃相、气相。 12. 简述提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径？ 13. 按照用途可将合金钢分为哪几类？机器零部件用钢主要有哪些？ 可分为结构钢，工具钢，特殊钢和许多小类。 轴，齿轮，连接件。 14. 材料典型的热处理工艺有哪些？什么叫回火? 退火、正火、淬火、回火。 钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的性能，将其加热Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。 15. 什么是特种陶瓷？阐述其与传统陶瓷的区别 特种陶瓷是以高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用传统陶瓷的工艺流程制备的陶瓷，是一些具有各种特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。 16 .谈谈你对材料的认识，材料的未来发展趋势
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化,因而对其划分也就还处于变动之中。即使是按以上的层次划分,其各界之间的边界也比较模糊,有许多现象会在几个尺度层次中发生。 在材料科学与工程领域中,对于材料结构层次的划分尚不统一,可以列举出许多种划分方法,例如:有的材料设计科学家按研究对象的空间尺度划分为三个 层次: (1)工程设计层次:尺度对应于宏观材料,涉及大块材料的加工和使用性能的设计研究。 (2)连续模型尺度:典型尺度在1Lm量级,这时材料被看作连续介质,不考虑其中单个原子、分子的行为。 (3)微观设计层次:空间尺度在1nm量级,是原子、分子层次的设计。 国外有的计算材料学家,按空间和时间尺度划分四个层次〔1〕,即 (1)宏观 这是人类日常活动的主要范围,即人通过自身的体力,或借助于器械、机械等所能通达的时空。人的衣食住行,生产、生活无不在此尺度范围内进行。其空间尺度大致在0.1mm(目力能辨力最小尺寸)至数万公里人力跋涉之最远距离),时间尺度则大致在0.01秒(短跑时人所能分辨的速度最小差异)至100年(人的寿命差不多都在百年以内)。现今风行的人体工程学就是以人体尺度1m上下为主要参照的。 (2)介观 介观的由来是说它介于/宏观与/微观之间。其尺度主要在毫米量级。用普通光学显微镜就可以观察。在材料学中其代表物是晶粒,也就是说需要注意微结构了,如织构,成分偏析,晶界效应,孔中的吸附、逾渗、催化等问题都已开始显现。现在,介观尺度范围的研究成果在材料工程领域,如耐火材料工业、冶金工业等行业中有许多直接而成功的应用。 (3)微观 其尺度主要在微米量级,也就是前面所说/显微结构(世界)0。多年以来借助于光学显微镜、电子显微镜、X)衍射分析、电子探针等技术对于晶态、非晶态材料在这一尺度范围的行为表现有较多的研究,许多方法已成为材料学的常规手段。在材料学中,这一尺度的代表物有晶须、雏晶、分相时产生的液滴等。 (4)纳观 其尺度范围在纳米至微米量级,即10-6~10-9m,大致相当于几十个至几百个原子集合体的尺寸。在这一尺度范围已经显现出量子性,已经不再能将研究对象作为/连续体0,不能再简单地