2025年大学大二（材料科学与工程）材料性能综合测试试题及答案.doc

2025年大学大二（材料科学与工程）材料性能综合测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
（总共10题，每题3分，每题只有一个选项符合题意，请将正确答案填写在括号内）
w1. 以下哪种材料性能指标主要反映材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力？（ ）
A. 硬度
B. 强度
C. 韧性
D. 弹性模量
w2. 材料的热膨胀系数与下列哪种因素关系最为密切？（ ）
A. 材料的化学成分
B. 材料的密度
C. 材料的晶体结构
D. 材料的加工工艺
w3. 对于金属材料，其导电性主要取决于（ ）。
A. 原子的外层电子数
B. 晶体结构
C. 温度
D. 杂质含量
w4. 下列哪种材料性能测试方法可以用于测定材料的屈服强度？（ ）
A. 拉伸试验
B. 硬度测试
C. 冲击试验
D. 疲劳试验
w5. 材料的磁性主要源于（ ）。
A. 电子的自旋和轨道运动
B. 原子核的自旋
C. 晶体结构的对称性
D. 材料的化学成分
w6. 陶瓷材料通常具有较高的（ ）。
A. 导电性
B. 韧性
C. 硬度
D. 塑性
w7. 材料的疲劳寿命主要与下列哪种因素有关？（ ）
A. 应力大小
B. 应力循环次数
C. 材料的化学成分
D. 环境温度
w8. 下列哪种材料性能指标可以反映材料在受力时吸收能量和抵抗断裂的能力？（ ）
A. 强度
B. 韧性
C. 硬度
D. 弹性模量
w9. 高分子材料的黏流温度主要取决于（ ）。
A. 分子链的长度
B. 分子间的作用力
C. 温度
D. 压力
w10. 材料的耐腐蚀性主要与下列哪种因素有关？（ ）
A. 材料的化学成分
B. 环境介质
C. 温度
D. 以上都是

第II卷（非选择题 共70分）
w11. （10分）简述材料的强度和塑性的概念，并说明它们对材料使用性能的影响。
w12. （15分）分析金属材料、陶瓷材料和高分子材料在导电性、导热性和力学性能方面的主要差异。
w13. （15分）材料的热膨胀对工程应用有哪些影响？如何减小材料的热膨胀系数？请举例说明。

材料：在航空航天领域，发动机部件在高温环境下工作，材料的热膨胀可能导致部件尺寸变化，影响发动机的性能和可靠性。

w14. （20分）某金属材料在拉伸试验中，得到以下数据：试样原始标距长度L0 = 50mm，原始横截面积S0 = 100mm²，最大拉力Fmax = 50kN，断裂后标距长度Lf = 65mm，断裂后最小横截面积Sf = 50mm²。计算该材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率，并分析其力学性能特点。

材料：在实际工程中，该金属材料用于制造承受较大拉力的结构件，如桥梁的拉杆等。

w15. （20分）简述材料的疲劳破坏过程，并说明提高材料疲劳寿命的主要措施。

材料：汽车发动机的曲轴在工作过程中承受交变载荷，容易发生疲劳破坏。

答案：
w1. A
w2. C
w3. A
w4. A
w5. A
w6. C
w7. B
w8. B
w9. B
w10. D
w11. 强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。塑性是指材料在受力破坏前产生塑性变形的能力。强度高有利于材料承受较大外力而不破坏，保证结构安全。塑性好则材料在加工成型和使用中能通过变形适应不同工况，如锻造、冲压等加工工艺需要材料有良好塑性，同时塑性好的材料在受力时能通过变形缓解应力集中，提高安全性。
w12. 金属材料导电性和导热性良好，力学性能方面强度和塑性可通过合金化等手段调控，有较好综合性能。陶瓷材料导电性差，导热性一般，硬度高、脆性大，力学性能主要优势在于耐高温、耐磨蚀。高分子材料导电性和导热性都差，力学性能上强度和模量较低，但塑性和韧性较好，可通过添加增强剂等改善力学性能。
w13. 材料热膨胀影响：在航空航天发动机部件中，高温下热膨胀致尺寸变化，影响发动机性能与可靠性；在精密仪器制造中，热膨胀会使仪器精度下降。减小热膨胀系数措施：选用热膨胀系数小的材料，如某些陶瓷材料；通过合金化调整材料成分，如在金属中加入特定元素形成固溶体改变晶格结构从而减小热膨胀系数；设计合理结构，如采用多层复合结构利用不同材料热膨胀差异相互抵消部分热膨胀。
w14. 屈服强度：σs = Fs/S0，Fs为屈服点对应的拉力，本题中需根据试验数据找到屈服点对应的拉力计算。抗拉强度：σb = Fmax/S0 = 50kN/100mm² = 500MPa。伸长率：δ = (Lf - L0)/L0×100% = (65 - 50)/50×100% = 30%。该材料屈服强度适中，抗拉强度较高，伸长率较大，力学性能表明其有一定强度储备且塑性良好，适合制造承受较大拉力且需一定塑性变形能力的结构件，如桥梁拉杆。
w
15. 材料疲劳破坏过程：首先是材料在交变载荷作用下，应力集中部位产生微观裂纹，如汽车发动机曲轴表面或内部缺陷处；裂纹在交变应力循环下逐渐扩展，裂纹扩展速率受应力幅、频率等因素影响；当裂纹扩展到临界尺寸时，材料剩余截面无法承受载荷，发生突然断裂。提高疲劳寿命措施：进行表面强化处理，如喷丸、滚压等，提高表面强度和硬度，减少表面裂纹产生；优化材料组织结构，通过合适热处理工艺细化晶粒，提高材料韧性和强度；改善加工工艺，减少加工缺陷，降低应力集中；合理设计结构，避免尖角、缺口等易产生应力集中部位，如曲轴设计成合理圆角过渡。