“材料与社会发展”课程复习题（修改版）1.什么是材料？简述材料分类以及各类材料的基本特性。

答：材料的定义及其分类(1)定义：材料是指能为人类经济性地，用于制造有用器件的物质。

(2)材料的分类：①按组成、结构特点进行分类：分为金属材料，无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。

各自特征：①高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。

分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。

②金属材料：有金属元素或以金属元素为主形成的，并具有一般金属特性的材料称为金属材料。

一般具有金属光泽，具有良好的导电性，导热性，延展性及塑性；具有良好的强度和韧性，熔点较高。

③无机非金属材料：传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。

具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。

④复合材料：是由有机高分子、无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。

比重小，比模量和比强度大；具有优良的化学稳定性，自润滑；耐热，耐疲劳，耐蠕变，电绝缘性好等特点。

②从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，它们是互相依存，互相促进，互相转化，互相替代的关系。

传统材料的特征为：需求量大，生产规模大，但环境污染严重；新型材料特征：建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高薪技术的一部分；投资强度较高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高，一旦成功，回报率也较高，且不以规模取胜。

③从其使用性能分类：分为结构材料和功能材料。

结构材料则主要利用材料力学性能；而功能材料主要利用材料物理和化学性能。

④按用途进行分类：分为航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。

2.请举例说明材料工程与材料科学之间的差别和联系？请给出材料科学研究的五要素图。

答：（1）材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能以及它们之间的相互关系，集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。

材料科学是一门与工程技术密不可分的应用科学。

（2）材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。

其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。

要素：化学成分、制备加工、组织结构和性质性能。

(成分、合成/制备、组织结构、性质和效能。

)其中，组织结构是核心要素。

同时，前面三者共同支撑“性质性能”。

这四者的关系组成一个正四面体。

3.材料在历史中发挥重要作用对你印象深刻之处，请举例说明！答：材料的发展与人类进步和发展息息相关。

一万年前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入旧时器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。

7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜制品泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时代。

同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。

5000年前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。

十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。

随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。

核材料的发现，又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光明。

二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为了现实。

3..比如电子组件的演进，从体积非常大的真空管、晶体管进步到集成电路（IC化），不仅为现代的科技另造高峰，同时也使得电器用品趋于小型化、轻巧化、功能强、易于携带等种种好处。

所以说人类的生活确实是与材料科学有关。

1982年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车，引起了世界性轰。

因为它的出现将使发动机重量减轻，提高燃烧度和节约燃料的愿望成为现实。

1988年前苏联一架以液氢为燃料的中型运输机首次试飞成功，象征人类在航空领域中启用了无污染的新能源--液氢。

液氢的沸点为－253℃，携储液氢需要高效率的绝热材料。

液氢发动机的使用，则意味着低温极限技术已达到实用化程度。

1989年3 月，日本的一艘6500号潜水调查船下潜到6500米的深海区，打破了美国、前苏联和德国的下潜纪录。

这艘潜水艇耐水舱用的正是一种高强度钛合金，观察窗使用的是一种新型的有机玻璃。

有了深海探测技术，人们才可实现对人类资源开发有不可估量的意义深海资源的开发。

美国在1989年12月入侵巴拿马，1991年1月人侵海湾以及此刻正在空袭南联盟的战争中，使用的F- ll7隐身战斗机世人皆知。

这种武器之所以能隐身，就是使用了一种吸波材料和吸波涂层。

4.与我们生活密切相关的交通或日常用品中，哪些是以钢为主要承力材料的？钢铁在历史中作用显著，如何在未来发挥重要作用？答：建造北京奥运会主体育场“鸟巢”，就是用了大量的钢材。

建材：卷门、轻型钢、防火门，栏杆，淋浴喷头。

运输：汽车内、外车身板件、排气管，，汽车保险杠，火车铁轨。

家电：冰箱、洗衣机外壳、干衣机外壳。

一般：标识牌、展示柜，冷冻商品陈列橱。

用于桥梁建筑的钢材未来发展趋势：为了满足不断增长的市场需求和相关产业的发展需要，当前先进钢铁材料的发展特点和趋势是：环境友好、资源节约、性能优良、成本低廉、品种规格多样化、理论和技术研究不断深入等。

(1)高性能钢铁材料研发投入持续增加采用新工艺、新技术和新的检测技术，经济地生产以高洁净度、高均匀度、超细组织及高精度为特点的高强度、高韧性、长寿命钢铁材料，是先进钢铁材料的主要的发展方向。

世界各钢铁发达国家在20世纪末均开展了超级钢（或称为新一代铜铁材料）的研究工作，使得用量最大的钢铁材料的强度性能大致提高一倍而韧塑性基本保持不变。

而目前正进行的工作则希望使其使用寿命大幅度提高。

这方面目前正积极开发的主要包括高洁净度冶炼技术、精炼技术、夹杂物控制技术、等轴晶凝固技术、高均匀度凝固技术、无缺陷连铸坯技术、微合金化技术、高刚度轧机与高精度轧制技术、控轧控冷技术、超细晶粒组织控制技术、可控气氛连续热处理技术、在线组织性能预报及检测技术等先进钢铁材料生产技术。

(2)钢铁材料品种规格的多样化为适用现代钢铁材料产品对材料性能、尺寸、形状不断增长的要求，对钢铁材料的品种规格提出了相当高的要求。

除了通用的板、管、丝、带、棒、线、型、锻、铸材等，各国均大力发展特殊异型材、预先热处理或表面处理钢材、接近使用形状和使用状态的铸锻轧精密材、近终形金属制品材（如轴承套圈、滚动体、标准模块等）。

(3)研制开发新型钢铁材料研制开发具有高性能的新型钢铁材料，从而替代技术性能较差的老钢铁材料的过程，实际上也就是传统材料产业得以持续生存而不断发展的过程。

如果没有或不可能再研制开发出新型的材料，则该种材料将真正进入了衰亡期。

新型钢铁材料的不断涌现一方面得益于相关基础理论的发展，如微合金化理论的发展导致了近半个世纪数百个微合金钢新钢种的开发和生产应用，而晶粒细化理论和形变诱导相变理论的发展导致了近年来超细晶钢的迅速发展；另一方面也得益于新工艺技术的发展，如钢中加氮技术的发展导致了高氮不锈钢的开发，钢中加钙技术的发展导致了钙处理钢的开发，而超低碳钢生产控制技术则直接推动了IF钢、超低碳贝氏体钢的发展。

目前，全世界大量生产应用的钢种大致为3000多种，其中一半以上是近20年来新研制开发的。

显然，这种新型钢铁材料取代传统钢铁材料的过程还将持续地发展下去。

此外，非晶微晶、单晶和低维度钢铁材料的研制开发工作在近年来也广泛受到重视.(4)强化钢铁材料基础研究高技术化的钢铁材料应该是建立在坚实的基础理论之上并在理论指导下研制开发出来的，早期的经验性或偶然性地研制开发新型钢铁材料的局面在现代钢铁工业中已完全成为历史，近年来大量生产应用的新型钢铁材料无不是在坚实的理论指导下研制开发出来的。

因此，为了不断开发新型钢铁材料，就必须对钢铁材料的基础理论和技术进行广泛深入的研究。

5.如何评定材料的硬和软？控制钢的硬或软的主要因素是什么？答：硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。

硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。

最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。

而里氏硬度（H L）、肖氏硬(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。

因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

控制钢的软、硬的主要因素是钢的金相组织和钢中碳含量、不同合金元素的构成与含量。

常见的金相组织有铁素体、奥氏体、马氏体等，马氏体相对而言硬一些；含碳量相对高的比含碳量相对低的硬一些；合金元素钨、铬等的含量高，相对材料也偏硬一些。

6.我国民间“打铁”过程一般有几步？生铁、熟铁和钢有什么区别，如何从生铁得到钢？如何从熟铁得到钢？答：步骤：加热、锻打、淬火。

铁分为生铁和熟铁。

区别：熟铁、钢和生铁都是铁碳合金，以碳的含量多少来区别。

一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。

熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性；钢具有生铁和熟铁两种优点，为人类广泛利用。

生铁得到钢：将生铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，通过炉内的高温氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出，其他杂质则形成氧化物进入炉渣中除去，这样可使碳的含量降低，从而得到含碳量合乎要求的产品，即为钢熟铁得到钢：锻打块炼铁和熟铁的过程中，不断地反复加热，铁吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，减少夹杂物后成为钢。

7.古代铸造青铜器的主要步骤有哪几步？何为青铜器时代和铁器时代，是如何定义的？步骤：制模—制范—浇注—修整。

（块范法，失蜡法）青铜时代：青铜时代（或称青铜器时代或青铜文明）在考古学上是以使用青铜器为标志的人类文化发展的一个阶段。

铁器时代：是继青铜时代之后的又一个时代，它以能够冶铁和制造铁器为标志。