材料科学与工程导论课后习题答案(3)

具有高的比强度和比模量；良好的抗疲劳性能和破损安全性；减振性能好；高温性能得到改善；独特的设计与制造。

17.树脂基复合材料有哪些性能？玻璃钢的应用有哪些特点？ 18.金属基复合材料的类型有哪些？它是什么特点？

低温金属基复合材料：铝、镁合金；中温金属基复合材料：钛基复合材料；高温金属基复合材料：镍合金

特点：比非金属基复合材料的力学性能高，特别是在强度方面；具有良好的高温性能；比非金属基复合材料的非轴向和横向性能好；具有良好的导电性，导热性，可以避免静电聚集和减小构件的温差；具有类似金属的焊接性能，并能进行局部强化；金属基复合材料的密度要比非金属基复合材料大。

19.C/C复合材料的性能特点是什么？应用范围是什么？

优点：优良的抗热震性；优良的抗烧蚀性能；具有一定的强度和刚度；良好的化学稳定性 缺点：碳在高温时易氧化，垂直于纤维方向的强度较低，材料中的孔隙率较高，材料的生产周期长，制造成本高，性能难以把握。

应用：航天航空领域（航天飞机的机翼前缘）；医学领域（人造关节）

第三章 工程材料的基本性能

1.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？

材料在弹性变形阶段，应力（б）与应变（ε）成正比关系，两者的比值成为弹性模量，记为E，且E=б/ε

表征材料对弹性变形的抗力。其值越大，材料产生一定量的弹性变形所需要的应力越大，故工程上也称E为材料的刚度,主要取决于材料的本性，反映了材料内部原子间结合键的强弱，而材料的组织变化对弹性模量无明显影响。

零件刚度的大小取决于零件的几何形状和材料的弹性模量 一般来说，刚度与弹性模量是不一样的，弹性模量是物质组分的性质，而刚度是固体的性质；也就是说弹性模量是物质微观的性质，而刚度是物质宏观的性质。

2.试说明以下符号的意义：①бe:弹性极限，材料发生弹性变形的最大应力。

②бs（б0.2）：屈服强度，在拉伸过程中，出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服，材料开始屈服时所对应的应力称为屈服应力，或称屈服强度，以бs表示。其表征材料发生明显塑性变形时的抗力。

③бb：抗拉强度，材料开始发生“颈缩”的应力。相当于断裂时的应力。 ④бf：试样发生断裂时的应力值 ⑤δ：延伸率 ⑥ψ：断面收缩率

⑦αK ：冲击总功Ak除以缺口处试样的截面积，表示冲击韧性。 ⑧б-1：堆成交变应力的疲劳强度。

夏氏冲击实验能够简单迅速地评定材料的韧性，所以至今仍然被广泛地使用。缺点：由于是缺口试样，所以不能真实反映带裂纹的构件的脆断情况；对于评价材料的温度脆化倾向，冲击韧性只能用于具有明显延性脆性转折的材料；由于加载速度、试样或工件几何因素等的影响，冲击试验最好用于材料的比较和选择，而不能作为设计的标准。

3.比较布氏、洛氏、维氏硬度的应用范围，并简要说明它们各自的优缺点。 优缺点、应用范围

布氏硬度：具有较高的测量精度，因其压痕面积大，比较真实地反映出材料的平均性能，但不能测定高硬度材料。铸铁和钢、有色金属 洛氏硬度：操作迅速、简便，可由表盘上直接读出硬度值；压痕小，可测量较薄工件的硬度。缺点是精度较差，硬度值波动较大。很硬的材料、黄铜、低强度钢、高强度钢，较硬的材料 维氏硬度：测定材料范围广泛，很软或很硬的都可以；准确度高；但是测试手续较繁。 硬材料及一般材料

4.评定材料高温力学性能的常用指标有哪些？如何表示它们？

蠕变极限：是以在给定温度T（℃）下和规定的试验时间t（h）内，使试样产生一定蠕变伸长量的应力作为蠕变极限，用符号??/t（MPa）表示，例如?0.3/500?600MPa表示材料在900℃，500小时内，产生0.3%变形量的应力为600MPa

持久强度：表征材料在高温载荷长期作用下抵抗断裂的能力，以试样在给定温度T（℃）经规定时间t（h）发生断裂的应力作为持久强度，用符号?t(MPa)表示。例如

TT900?600?700MPa，表示材料在800℃，经600小时断裂的应力为700Mpa。

5.通常描述材料的电、磁、热性能的主要指标有哪些？主要影响因素是什么？

表征材料电性质的物理量有：电阻R、电阻率ρ、电导率б和电阻温度系数αt电阻R与被 测试测试样的几何形状和尺寸有关R??800L,表示对于一定的材料，若长度越长，横截面积A越小，则电阻越大

温度和材料的加工工艺过程等因素对材料的电阻率产生影响。金属中，温度越高，电阻率越高。杂质元素增大电阻率，塑性变形增大电阻率

相对磁导率μr、磁化率χ和磁化强度M是描述材料磁性的参数。

为了描述材料磁性的强弱和磁化状态，常用磁化强度M来表示，即单位体积内的总磁矩。 磁化强度M和磁场强度H的比值称为磁化率，记为χ；磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率，记为μ。定义μr=μ/μ0为相对磁导率

热容（材料种类有关，陶瓷大，金属小）、线膨胀系数和热导率表示热性能。

线膨胀系数表示材料的热膨胀性，其含义是温度上升1度，单位长度的伸长量。与原子间结合力有关，结合力越大，线膨胀系数越小，以共价键和离子键为主的材料的热膨胀性最小，金属居中，而具有范德瓦尔键的热膨胀性最大。 金属的热导率比较强

6.理解以下重要的术语和基本概念：导体、半导体、绝缘体、超导体、电导率、电阻率、磁化、磁化率、磁化强度、抗磁性、顺磁性、铁磁性、软磁材料、硬磁材料、热容、热导率、线膨胀系数、化学腐蚀、电化学腐蚀、氧化等。

导体：导体（conductor）是指电阻率很小且易于传导电流的物质。

半导体（ semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。

绝缘体的定义：不容易导电的物体叫做绝缘体。

超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。 电导率，物理学概念，指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也可以称为导电率。

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种物质所制成的原件（常温下20°C）的电阻与横截面积的乘积与长度的比值叫做这种物质的电阻率。电阻率与导体的长度、横截面积等因素无关，是导体材料本身的电学性质，由导体的材料决定，且与温度有关。 一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，这种现象叫做磁化。

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