江苏大学材料科学导论

1、1、材料的使用性能、工艺性能分别包括哪些方面？答：（1）材料的使用性能是指材料制成零件或构件后为保证其正常工作及具有一定的使用寿 命材料应具备的性能，包括：力学性能（包括硬度、强度、塑性、韧性等），摩擦学性 能（包括摩擦、磨损、润滑）化学性能（即抗腐蚀性能），物理性能（导电性、导热性 等）。（2）材料的工艺性能是指材料在加工成零件或构件的过程中材料应具备的适应加工的性 能，包括：热加工工艺性能（铸、锻、焊、热处理、粉末冶金等），冷加工工艺性能（车、 铣、刨、磨性能等）。2、材料塑性变形的机制有哪些？答：塑性变形的机制主要有位错运动和挛生两种。晶粒内的原子结构会存在各种缺 陷，原子排列的线性参差

2、称为位错，位错运动是指在剪应力作用下，位错在晶体内沿 滑移面运动。挛生是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分以一定的晶面（挛晶界）及晶向（挛生晶向）产生的剪切变形。3、层错能对塑性变形机制有何影响？答：一般层错能越低，越易发生塑性变形。4、晶粒尺寸对塑性变形的机制有何影响？答：晶粒尺寸越小，单位体积中的晶粒数越多，塑性变形时同样的变形量便可分布在更多晶 粒中发生，变形均匀，塑性变形量大，材料的塑性越好。5、什么是加工硬化？会对材料相关方面造成什么影响？答：（1）金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的 现象，又称冷作硬化。（2）加工硬化给金属件的进一步加工带

3、来困难，但它可提高金属的强度、硬度和耐磨性。6、影响加工硬化的因素主要有哪些？加工硬化对材料变形均匀性有什么影响？答：影响加工硬化的因素主要有加工方法、材料特性、变形速率、温度以及材料的微 观组织形态等。加工硬化可以提高材料的变形均匀性。7、提高应变速率硬化敏感性对材料拉伸性能有何影响？答:应变速率硬化敏感性指数，提高m值，产生同样应变速率下会提高材料变形的变形抗力， 提高材料的拉伸性能，提高材料的强度和塑性。8、高速切削工件表面为何温度低？答：每一种被加工材料都有一个临界切削速度，当切削速度超过这个临界速度后，切削的形 态由带状、片状向碎屑状发展，被加工材料由弹性变形区直接达到断裂区，越过塑

4、性变形区， 变形抗力急剧降低，由此产生的切削热大大减少，而且产生的切削热也被碎屑状切削及时带 走，从而被加工表面温度比较低。何为材料失效的三大主要形式？答：材料失效的三大主要形式有：摩擦磨损、疲劳与断裂、腐蚀。薄工件的切削采用高速切削有何优越性？答：高速切削产生的切削热少，而且横向切削力比较小，从而在加工薄工件时使工件发生的 变形小。举例说明如何提高疲劳寿命和应力腐蚀抗力并阐述其原理？答：提高疲劳寿命和应力腐蚀抗力的方法有在材料表面产生压应力，如碾压、喷丸、表面淬 火、渗碳、氮化等方法。材料在热加工过程中，由于表层和心部冷却速度不一致，会在材料 表面产生拉应力，以及材料在加工过程中，也会在表面

5、产生拉应力，进行表面处理使表面产 生残余压应力，从而与不好的拉应力平衡来提高疲劳寿命。如氮化，可以在材料表面形成一 层坚硬、稳定、致密的氮化物，是表面产生一定的压应力，提高了材料的疲劳寿命和抗腐蚀 能力。12.Sp2、Sp3杂化对碳基材料结构和性能的影响？答：sp2杂化越多，碳基材料的结构越接近石墨，导电性能越好，抗凝血性能越好、摩擦性 能越好。Sp3杂化越多，碳基材料的结构越接近金刚石，材料硬度越高，导电性能越差。DLC薄膜有哪些特性？搭：DLC是类金刚石薄膜，具有特好的耐磨性能，抗凝血，抗腐蚀，且不会衰减光。如何制备DLC薄片？答：制备方法只要有气相法，液相法。材料结构表征的方法有哪些？分

6、别能表征哪些结构？答：光学显微镜（OM）。扫描电子显微镜（SEM）：电子发射（EDS）主要测量元素（C 元素以下的元素不适用）的含量，精度一般小于0.1%；波谱仪：主要测量C等元素的百分 含量，精度为0.5%，分辨率10mm ；场发射：分辨率1 2mm。透射电子显微镜 （TEMHRTEMUHRTEM）：主要表征材料的精细结构如位错、挛晶，但看不到H。X射线 衍射相结构分析（XRD）:能够表征唯象、相组成，通过衍射峰可以进行定量计算、织构等 （XRD可以分析材料中有几种物相，但相应的材料要达到5%才能观测出，如果材料的晶粒尺寸太小也不能观测）。差示量热扫描计（DSCDTA）。XPS：价态、含量（

7、定量）。晶体与非晶体的区别是什么？如何制备非晶体？晶体缺陷分为哪些类型？对材料的性能 分别有哪些影响？答：（1）主要区别：晶体中原子（或分子）呈周期性排列，非晶体呈无定形态且不呈周期性 排列；晶体有明显的熔点（凝固点），非晶体则没有；晶体有固定的晶格结构，排列有规律， 而非晶体则没有。（2）通过调整成分和快的冷却速度可以制备非晶体材料。晶体的缺陷及对材料性能的影响有：点缺陷：对电子有散射，导致电阻率的升高；对 声子的散射，导致导热率的降低。线缺陷：主要是位错，真是由于位错的存在时材料的理 想强度和实际强度相差4个数量级。面缺陷：晶界、亚晶界、挛晶界、层错、相界等；晶 界越多晶粒越细，材料综合性

8、能越好，晶界是很多相变发生的地方，同时也是抗腐蚀性最低 的地方，常规下，晶粒尺寸越大，加工硬化能力越大，有利于材料的均匀变形。17晶体缺陷有哪些类型？对材料的性能区别有哪些影响？答：晶体缺陷主要有点缺陷，线缺陷和面缺陷。点缺陷主要有空位、置换原子、间隙原子 等，它会造成局部晶格畸形，对金属材料具有一定的强化作用，使材料硬度、强度升高，塑 性、韧性下降，电导率、屈服强度升高。线缺陷主要有位错，少量位错的存在会使材料的 屈服强度很强，但当位错达到一定量时，强度降低，随着形变加工位错密度增加，屈服强度 会再次升高。面缺陷的主要形式是晶界，它会使材料的塑性变形抗力增加，晶界上熔点较 低，晶界出抗腐蚀性

9、能下降。18如何制备粉体纳米材料？如何制备薄膜材料？如何制备？答：（1）粉体纳米材料的制备方法主要有化学法、机械法、物理法、激光法。（2）薄膜材料的制备方法主要有：CVD、PVD（真空蒸发镀膜、磁控溅射、脉冲激光、离子注 入+沉积、ECD-CVD）、分子束外延等；块体纳米结构材料的制备方法主要有：合金熔炼、粉 末冶金（混粉+压制+烧结）、强烈塑性变形如ECAP、HPT等。19、如何制备块体纳米结构材料？答：主要有合金熔炼、粉末冶金（混粉+压制+烧结）、强烈塑性变形如ECAP、HPT等。惰 性气体凝聚原位加压成形法。机械合金研磨（MA）结合加压成块法。非晶晶化法高压、高 温固相淬火法。大塑性变形

10、与其它方法复合的细化晶粒法。强烈塑性变形对合金材料的固溶度有何影响？答、固溶度，是金属在固体状态下的溶解度。合金材料经过强烈塑性变形后，晶格间隙体积 百分比提高了，从而合金材料的固溶度也提高了。何为摩擦学？摩擦系数与什么有关系？何为超滑摩擦副？如何获得超滑摩擦副？摩擦学 包括哪几个部分？不同载荷下材料的抗磨性能主要取决于那些因素？答：（1）摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的 理论与应用的一门边缘学科。（2）摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它主要取决于摩 擦化学，和表面的粗糙度有关，和接触面积的大小无关。超滑摩擦是指摩擦系数小于

11、10-2的摩擦副，可以通过氮气润滑获得超滑摩擦副。（4）摩擦学包括工程摩擦学和纳米摩擦学。耐磨性在高载情况下由塑性、韧性决定；在中载情况下由硬度与弹性的比值决定；在低 载情况下由硬度决定。何为TBC？如何制备？如何提高其致密性？如何提高其与基材的界面结合性能？如何测 量其与基材的界面韧性，如何韧化TBC？答：（1）TBC指的是热障涂层，它是一种陶瓷涂层，通过一定的方法沉积在耐高温金属或合金 的表面，对基体材料起到隔热作业，提高材料的使用温度。（2）制备方法主要有等离子喷涂、火焰喷涂、超音速喷涂等。（3）采用高能重熔（如激光重熔、电子束重熔等）的方法可以提高其致密性。（4）采用中间过渡层可以提高

12、其与基材料的界面结合性能（如NiCrALY、CoCrALY）压果法可以 测量其与基材的界面韧性，该方法可以在普通华氏硬度计上进行，是一种方便而实用的方法23、位错（阻碍位错运动即提高材料的强度）答：晶体在结晶时受到杂质、温度变化或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、 研磨等机械应力的作用，使晶体内部质点排列变形，原子行间互相滑移，而不再符合理想晶 体的有秩序的排列，由此形成的缺陷成为位错。位错是原子的一种特殊的组态。是一种具有特殊结构的晶格缺陷，因为它在一个方向上 尺寸较长，所以被称为线状缺陷。位错的假说是在30年代为了解释金属的塑形变形而提出 来的，50年代得到证实，位错的存在对晶体的生长、相变、扩散、形变、断裂，以及其他 许多物理化学性质都有重要影响，了解位错的结