发布时间 : 星期日 文章湖南大学材料工程基础半开卷资料更新完毕开始阅读ff12a345a300a6c30c229fd1
1.材料科学与材料工程研究的对象有何异同？
材料科学是表征和发现材料的组织、结构与性质的关系，探索规律，研究材料的生产流程和使用效能以及它们之间的相互关系的科学，是一门与工程技术密不可分的应用科学； 材料工程是研究材料的制备与加工技术，进行材料剪裁和设计的学科 2.如何区分传统材料与先进材料？
传统材料是那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等，这类材料由于其量大，产值高，涉及面广泛，又是很多产业的基础，所以又称为基础材料； 先进材料又称新型材料，是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料；具备下列条件之一的材料可称为新型材料：
①新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料； ②高技术发展需要，具有特殊性能的材料，如电视机的阴极罩；
③由于采用新技术（工艺、装备）明显提高了性能，或出现新的功能的材料，如超级钢，纳米氧化锌。
新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而称为新材料；新型材料在经过长期生产与应用之后也成为传统材料。
3.什么是复合材料？如何设计和制备复合材料？
复合材料是由两种以上在物理和化学上性质不同的材料组合起来而得到的一种多相固体材料。现代复合材料是指在充分利用材料科学理论和材料制作工艺的基础上发展起来的一类新型材料，在不同的材料之间进行复合（金属与金属之间，非金属与非金属之间，金属与非金属之间），既保持各组分的性能又有组合的新功能。 复合材料的设计与制备：
性能设计：根据组元的特性（基本物理性能，力学性能）、形状、分布与取向，组成比等对复合材料的影响规律，设计出所需材料性能。
制备与加工工艺设计：由于复合材料的加工性能较差，在进行复合材料的设计时，必须充分考虑制备的难易程度以及后续加工的可能性，在此基础上进行制备与加工工艺的选择、设计。 经济性：综合考虑原材料成本，制备与加工的难易程度，生产率等因素对复合材料价格的影响。
复合材料的制备：
纤维增强材料：熔体法、抽丝法、热分解法、气相沉积法
树脂基复合材料：手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型 金属基复合材料：固态发、液态法
陶瓷基复合材料：粉末冶金法、浆料浸渍法、熔体浸透法 4.纳米材料与纳米技术的异同？它们对科技发展的作用？
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（0.1—100nm）或由它们作为基本单元构成的材料；
纳米技术是指在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子来创新物质的技术；
纳米材料是纳米科技的重要组成部分；当前纳米技术的研究与应用主要在材料与制备、微电子与计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材质量更轻，硬度更高，寿命更长，维修费更低，设计更方便，利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料。 5.什么是生态环境材料？如何对其生命周期进行评价？
答：生态环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性或者能够改善环境的材料。其核心：可降解材料，可再生（循环利用）材料，“清洁”（无污染、无毒害）材料。 通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷；定量评价由于这些能源物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；辨别和评价改善环境的机会。评估过程应包括产品、过程或事件的寿命全过程，包括原材料的提取、加工、制造、运输、销售、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。P78工程大典
6.影响液态金属充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？ 答：影响因素：
1) 金属的流动性：金属的流动性越好，充填铸型的能力越强。
2）铸型的性质1 铸型的蓄热系数：铸型的导热系数、比热和密度越大，铸型的蓄热系数就越大，铸型的激冷能力就越强，金属液在其中保持 液态的时间也就越短，使充型能力降低。相反，铸型的蓄热系数小，则容易被金属液充满。2 铸型的温度：预热铸型可以减小液态金属与铸型温差，减慢合金散热，提高充型能力。3 铸型的表面状态和铸型中的气体：光滑的铸型壁表面， 或其涂有导热系数小的涂料均可提高充型能力。铸型具有一定发气能力，能在金属液与铸型之间形成一层气膜，减小合金充型流动时的摩擦阻力，提高充型能力。 3)浇注条件1 浇注温度：浇注温度对液态金属的充型能力有决定性的影响。在一定温度范
围内，浇注温度越高，充型能力越好；2 充型压头：液态金属在流动方向上所受压力越大，充型能力越好(压力在一定范围内)；
4)铸件结构 1 铸件的折算厚度：如果铸件的体积相同，在相同的浇注条件下，折算厚度 小的铸件，由于它与铸型的接触表面积相对较大，热量散失快，充型能力差。在铸件壁厚相同时，直壁比水平壁容易充满。2 铸件的复杂程度：铸件结构越复杂，厚薄部分过渡面越多，将会增加型腔结构的复杂程度，从而增大流动阻 力，故充型困难。3 浇注系统的结构：浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力越低。
①合金设计方面，在不影响铸件使用性能的情况下，可根 据铸件大小、厚薄和铸型性质等因素，将 合金成分调整到共晶成 分附近;采取某些工艺措施，使合金晶粒细化，也有利于提高充 型能力 由于夹杂物 影响充型能力，故在熔炼时应使原材料清洁，并 采取措施减少液态金属中的气体和非金属夹杂物
②铸型方面，对金属铸型、熔模型壳等提高铸型温度，利 用涂料增加铸型的热阻，提高铸型的排气能力，减小铸型在金属填充期间的发气速度，均有利于提高充型能力
③浇注条件方面，适当提高浇注温度，提高充型压头，简 化浇注系统均有利于提高充型能力
④铸件结构方面能提供的措施则有限
7.铸件的凝固方式有哪些？其主要的影响因素？ 铸件的凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固
主要影响因素：合金的凝固温度范围和铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度。通常，合金的凝固温度范围越小，铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度越大，则铸件凝固时越趋于逐层凝固；反之，则越趋于糊状凝固。
8.什么是缩松和缩孔？其形成的基本条件和原因是什么？
金属液在铸型中冷却和凝固时，若液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些孔洞。其中，在铸件中集中分布且尺寸较大的孔洞称为缩孔；分散且尺寸较小的孔洞称为缩松。
缩孔：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。缩孔产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。
缩松：形成的基本原因也是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但形成缩松的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈体积凝固方式(糊状凝固)。
9.试述铸件产生变形和开裂的原因及其防止措施。
变形：若冷却到室温的铸件内部存在有较大的残余应力，此时铸件是不稳定的，如铸造应力超过合金的屈服强度时，则会产生塑性变形，弯曲或扭曲以减小或消除应力。 开裂：当铸造应力超过材料的强度极限（或称抗拉强度）时，铸件产生裂纹。
热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹；冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。
两者防止措施相同：减小和消除铸造应力：采取安放冒口、冷铁或调整内浇口位置等工艺措施，使铸件各部分温度均匀、同时凝固；提高铸型和芯子退让性；合理设计铸件结构，使壁厚均匀，结构对称等；尽量选用E和αL小的材料；对铸件进行时效热处理可消除应力。 10.常见的特种铸造方法有哪些？各有何特点？
答：常见的特种铸造方法有金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造和消失模铸造等。 金属型铸造：
a.可以连续重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； b.铸件精度高，表面粗糙度较低；
c.金属散热性能好，晶粒细化，力学性能好； d.不透气且无退让性，易造成不足或开裂； e.适于生产大批量有色金属铸件。 熔模铸造：
a.铸件尺寸精度高，表面光洁； b.可铸造形状复杂零件；
c.工艺过程复杂，生产周期长，成本高；
d.适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。 压力铸造：
a.浇注时间短，易于机械化、自动化作业； b.铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； c.铸件尺寸精度高，表面光洁；
d.凝固速度快，排气困难，易形成缩松和缩孔 e.模具成本高，铸件尺寸受限；