2025年大學(xué)大二（材料科學(xué)與工程）材料性能綜合測(cè)試試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，請(qǐng)將正確答案填寫在括號(hào)內(nèi)）w1.以下哪種材料性能指標(biāo)主要反映材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力？（）A.硬度B.強(qiáng)度C.韌性D.彈性模量w2.材料的熱膨脹系數(shù)與下列哪種因素關(guān)系最為密切？（）A.材料的化學(xué)成分B.材料的密度C.材料的晶體結(jié)構(gòu)D.材料的加工工藝w3.對(duì)于金屬材料，其導(dǎo)電性主要取決于（）。A.原子的外層電子數(shù)B.晶體結(jié)構(gòu)C.溫度D.雜質(zhì)含量w4.下列哪種材料性能測(cè)試方法可以用于測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度？（）A.拉伸試驗(yàn)B.硬度測(cè)試C.沖擊試驗(yàn)D.疲勞試驗(yàn)w5.材料的磁性主要源于（）。A.電子的自旋和軌道運(yùn)動(dòng)B.原子核的自旋C.晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性D.材料的化學(xué)成分w6.陶瓷材料通常具有較高的（）。A.導(dǎo)電性B.韌性C.硬度D.塑性w7.材料的疲勞壽命主要與下列哪種因素有關(guān)？（）A.應(yīng)力大小B.應(yīng)力循環(huán)次數(shù)C.材料的化學(xué)成分D.環(huán)境溫度w8.下列哪種材料性能指標(biāo)可以反映材料在受力時(shí)吸收能量和抵抗斷裂的能力？（）A.強(qiáng)度B.韌性C.硬度D.彈性模量w9.高分子材料的黏流溫度主要取決于（）。A.分子鏈的長(zhǎng)度B.分子間的作用力C.溫度D.壓力w10.材料的耐腐蝕性主要與下列哪種因素有關(guān)？（）A.材料的化學(xué)成分B.環(huán)境介質(zhì)C.溫度D.以上都是第II卷（非選擇題共70分）w11.（10分）簡(jiǎn)述材料的強(qiáng)度和塑性的概念，并說(shuō)明它們對(duì)材料使用性能的影響。w12.（15分）分析金屬材料、陶瓷材料和高分子材料在導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和力學(xué)性能方面的主要差異。w13.（15分）材料的熱膨脹對(duì)工程應(yīng)用有哪些影響？如何減小材料的熱膨脹系數(shù)？請(qǐng)舉例說(shuō)明。材料：在航空航天領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)部件在高溫環(huán)境下工作，材料的熱膨脹可能導(dǎo)致部件尺寸變化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。w14.（20分）某金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，得到以下數(shù)據(jù)：試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度L0=50mm，原始橫截面積S0=100mm2，最大拉力Fmax=50kN，斷裂后標(biāo)距長(zhǎng)度Lf=65mm，斷裂后最小橫截面積Sf=50mm2。計(jì)算該材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，并分析其力學(xué)性能特點(diǎn)。材料：在實(shí)際工程中，該金屬材料用于制造承受較大拉力的結(jié)構(gòu)件，如橋梁的拉桿等。w15.（20分）簡(jiǎn)述材料的疲勞破壞過(guò)程，并說(shuō)明提高材料疲勞壽命的主要措施。材料：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸在工作過(guò)程中承受交變載荷，容易發(fā)生疲勞破壞。答案：w1.Aw2.Cw3.Aw4.Aw5.Aw6.Cw7.Bw8.Bw9.Bw10.Dw11.強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗破壞的能力。塑性是指材料在受力破壞前產(chǎn)生塑性變形的能力。強(qiáng)度高有利于材料承受較大外力而不破壞，保證結(jié)構(gòu)安全。塑性好則材料在加工成型和使用中能通過(guò)變形適應(yīng)不同工況，如鍛造、沖壓等加工工藝需要材料有良好塑性，同時(shí)塑性好的材料在受力時(shí)能通過(guò)變形緩解應(yīng)力集中，提高安全性。w12.金屬材料導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好，力學(xué)性能方面強(qiáng)度和塑性可通過(guò)合金化等手段調(diào)控，有較好綜合性能。陶瓷材料導(dǎo)電性差，導(dǎo)熱性一般，硬度高、脆性大，力學(xué)性能主要優(yōu)勢(shì)在于耐高溫、耐磨蝕。高分子材料導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都差，力學(xué)性能上強(qiáng)度和模量較低，但塑性和韌性較好，可通過(guò)添加增強(qiáng)劑等改善力學(xué)性能。w13.材料熱膨脹影響：在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，高溫下熱膨脹致尺寸變化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能與可靠性；在精密儀器制造中，熱膨脹會(huì)使儀器精度下降。減小熱膨脹系數(shù)措施：選用熱膨脹系數(shù)小的材料，如某些陶瓷材料；通過(guò)合金化調(diào)整材料成分，如在金屬中加入特定元素形成固溶體改變晶格結(jié)構(gòu)從而減小熱膨脹系數(shù)；設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)，如采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)利用不同材料熱膨脹差異相互抵消部分熱膨脹。w14.屈服強(qiáng)度：σs=Fs/S0，F(xiàn)s為屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的拉力，本題中需根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)找到屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的拉力計(jì)算?？估瓘?qiáng)度：σb=Fmax/S0=50kN/100mm2=500MPa。伸長(zhǎng)率：δ=(Lf-L0)/L0×100%=(65-50)/50×100%=30%。該材料屈服強(qiáng)度適中，抗拉強(qiáng)度較高，伸長(zhǎng)率較大，力學(xué)性能表明其有一定強(qiáng)度儲(chǔ)備且塑性良好，適合制造承受較大拉力且需一定塑性變形能力的結(jié)構(gòu)件，如橋梁拉桿。w15.材料疲勞破壞過(guò)程：首先是材料在交變載荷作用下，應(yīng)力集中部位產(chǎn)生微觀裂紋，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面或內(nèi)部缺陷處；裂紋在交變應(yīng)力循環(huán)下逐漸擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展速率受應(yīng)力幅、頻率等因素影響；當(dāng)裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)，材料剩余截面無(wú)法承受載荷，發(fā)生突然斷裂。提高疲勞壽命措施：進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，如噴丸、滾壓等，提高表