2025《金属工艺学》下册考试题及参考答案

2025《金属工艺学》下册考试题及参考答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列铸造工艺中，最适合生产铝合金薄壁复杂件的是（）A.砂型铸造B.金属型铸造C.压力铸造D.熔模铸造2.自由锻件设计时，为便于锻造和减少缺陷，应避免的结构是（）A.横截面变化小B.有凸台、肋板C.阶梯轴相邻直径差小D.轴线平直3.焊接Q235钢时，若采用酸性焊条，其型号最可能为（）A.E4303B.E5015C.E6016D.E70184.为提高45钢轴类零件表面硬度和耐磨性，同时保持心部良好韧性，最佳热处理工艺是（）A.整体淬火+低温回火B.表面淬火+低温回火C.渗碳淬火+低温回火D.正火5.铸造合金的液态收缩过大易导致（）A.缩孔B.砂眼C.冷隔D.浇不足6.模锻时，飞边槽的主要作用是（）A.减少锻模磨损B.容纳多余金属，保证锻件成形C.提高金属流动性D.降低锻造力7.下列焊接方法中，热输入量最小、适合焊接薄板的是（）A.手工电弧焊B.埋弧焊C.氩弧焊D.电阻焊8.灰铸铁件进行去应力退火时，加热温度一般控制在（）A.150-200℃B.300-400℃C.500-600℃D.800-900℃9.锻造过程中，金属的纤维组织（）A.可通过热处理消除B.应与零件工作时的最大拉应力方向垂直C.会降低材料的力学性能D.应与零件工作时的最大切应力方向平行10.铝合金铸件常用的变质处理是为了（）A.细化晶粒，改善力学性能B.提高耐蚀性C.降低熔点D.减少氧化11.焊接热影响区中，组织和性能最差的区域是（）A.熔合区B.过热区C.正火区D.部分相变区12.为防止球墨铸铁件产生“球化衰退”，生产中应严格控制（）A.碳当量B.残余镁量C.硅含量D.冷却速度13.板料冲压中，落料与冲孔的主要区别是（）A.模具间隙不同B.凸凹模尺寸标注不同C.材料利用率不同D.分离后的工件用途不同14.感应加热表面淬火时，电流频率越高（）A.加热层越厚B.加热层越薄C.加热速度越慢D.淬火硬度越低15.下列材料中，最适合气割的是（）A.不锈钢B.铜合金C.低碳钢D.铝合金二、填空题（每空1分，共20分）1.砂型铸造中，分型面选择应尽量使______位于同一砂箱，以减少错箱缺陷。2.自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、______、弯曲等。3.焊条由焊芯和药皮组成，焊芯的主要作用是______和填充金属。4.钢的淬透性主要取决于______，而淬硬性主要取决于______。5.铸造合金的收缩分为液态收缩、______和固态收缩三个阶段。6.模锻件的分模面应选在______处，以便于锻件从模膛中取出。7.焊接应力按产生原因可分为热应力、相变应力和______应力。8.灰铸铁的石墨形态为______，球墨铸铁的石墨形态为______。9.板料冲压的基本工序包括分离工序和______工序，其中冲孔属于______工序。10.感应加热表面淬火的工艺参数主要包括电流频率、______和冷却介质。11.铝合金的强化方法主要有固溶强化、______和细晶强化。12.为防止铸件产生缩松，可采用______凝固原则，通过增设冒口和冷铁实现。13.电阻焊的三种基本形式是点焊、缝焊和______。14.45钢经调质处理（淬火+高温回火）后的组织为______，具有良好的综合力学性能。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述砂型铸造与金属型铸造的主要区别及各自适用范围。2.自由锻与模锻相比有哪些优缺点？3.分析焊接过程中热影响区产生的原因及各区域的组织特点。4.说明感应加热表面淬火的原理及工艺特点。5.简述铝合金铸造时易产生的缺陷及预防措施。四、分析题（每题8分，共16分）1.某工厂生产的灰铸铁机床床身铸件，经机加工后发现表面存在大量分散的小缩松缺陷。试分析可能的原因，并提出改进措施。2.用E5015焊条焊接Q345（16Mn）钢时，焊缝中出现冷裂纹。结合焊接冷裂纹的形成机理，分析可能的影响因素及预防措施。五、综合题（14分）某汽车变速箱齿轮（承受交变接触应力、冲击载荷，要求表面高硬度、心部良好韧性），材料选用20CrMnTi。试设计其完整的加工工艺路线，并说明各工序的作用。参考答案一、单项选择题1.C（压力铸造利用高压将液态金属压入金属型，适合薄壁复杂件，铝合金流动性好，适合压力铸造）2.B（自由锻难以成形凸台、肋板等复杂结构，需简化设计）3.A（E4303为酸性焊条，适合焊接低碳钢Q235）4.B（表面淬火可提高表面硬度，心部保持原始组织（正火或调质）的韧性）5.A（液态收缩过大导致液态金属补缩不足，形成集中缩孔）6.B（飞边槽容纳多余金属，迫使金属充满模膛）7.D（电阻焊利用电流热效应，热输入小，适合薄板）8.C（灰铸铁去应力退火温度约500-600℃，避免石墨化）9.B（纤维组织应与最大拉应力方向一致，以提高承载能力）10.A（铝合金变质处理通过添加钠、锶等细化晶粒，改善力学性能）11.A（熔合区晶粒粗大，成分不均匀，是焊接接头最薄弱区域）12.B（球化衰退与残余镁量不足有关，需控制球化剂加入量和处理时间）13.D（落料以工件为分离部分，冲孔以废料为分离部分）14.B（频率越高，集肤效应越强，加热层越薄）15.C（气割要求材料燃点低于熔点，低碳钢符合条件）二、填空题1.全部或大部分加工面2.切割3.导电4.碳及合金元素含量；含碳量5.凝固收缩6.锻件最大截面7.拘束8.片状；球状9.成形；分离10.加热时间11.时效强化12.顺序13.对焊14.回火索氏体三、简答题1.砂型铸造与金属型铸造的区别及适用范围：砂型铸造使用砂型（一次性），成本低，适应性广，但铸件精度低、表面粗糙，适合单件小批生产各类合金（如铸铁、铸钢）；金属型铸造使用金属模具（可重复使用），铸件精度高、表面光洁，生产率高，但模具成本高、工艺灵活性差，适合大批生产非铁合金（如铝合金、铜合金）或形状简单的钢铁铸件。2.自由锻与模锻的优缺点：自由锻优点：设备简单、工具通用、可锻造大型锻件；缺点：锻件精度低、加工余量大、生产率低、形状简单。模锻优点：锻件精度高、形状复杂、加工余量小、生产率高；缺点：模具成本高、设备投资大、适合中小型锻件大批生产。3.焊接热影响区的原因及组织特点：焊接时，焊缝附近母材因受热发生组织变化，形成热影响区。各区域：-熔合区：焊缝与母材交界，晶粒粗大，成分不均，性能差；-过热区：晶粒严重粗化（魏氏组织），塑性、韧性低；-正火区：加热至Ac3以上，发生重结晶，晶粒细小，性能优于母材；-部分相变区：部分组织（铁素体）未相变，晶粒大小不均，性能略低于母材。4.感应加热表面淬火原理及工艺特点：原理：利用交变电流在工件表面产生感应电流（涡流），表层快速加热至Ac3以上，随后喷水冷却，实现表面淬火。特点：加热速度快（几秒至几十秒），表层组织细（马氏体），硬度高；心部未受热，保持原有韧性；变形小；适合中碳钢（如45钢）或中碳低合金钢的轴类、齿轮等表面强化。5.铝合金铸造缺陷及预防：易产生缺陷：氧化夹渣（铝易氧化生成Al2O3）、气孔（氢溶解度随温度下降显著降低）、缩松（结晶温度范围宽，糊状凝固）。预防措施：①熔炼时使用覆盖剂（如熔剂）隔绝空气，精炼除气；②采用快速冷却（金属型铸造）减少气体析出；③优化浇注系统（底注式），避免卷气；④对糊状凝固合金采用同时凝固，增设冷铁减少缩松。四、分析题1.灰铸铁床身缩松缺陷原因及改进：可能原因：①灰铸铁碳硅含量高，结晶温度范围宽，糊状凝固，补缩困难；②浇注系统设计不合理（如冒口尺寸小、位置不当），无法有效补缩；③冷却速度慢（砂型导热性差），凝固时间长，液态金属补缩不足；④铁液成分不当（如碳当量过高），加剧缩松倾向。改进措施：①调整成分，降低碳当量（适当降低碳、硅含量），缩小结晶温度范围；②采用同时凝固原则，增设冷铁（如在厚大部位放置铸铁冷铁），加快局部冷却速度；③优化浇注系统，采用较大冒口或补贴，增强补缩；④改用金属型铸造或覆砂金属型，提高冷却速度，减少缩松。2.Q345钢焊接冷裂纹原因及预防：冷裂纹形成机理：由氢（扩散氢）、淬硬组织（马氏体）和拘束应力共同作用。Q345钢含Mn（合金元素），焊接时热影响区易形成淬硬组织；E5015为碱性焊条（氢含量低），但若烘干不充分或环境潮湿，仍有氢侵入；焊接接头拘束度大（床身等刚性结构），残余应力高。可能因素：①焊条未充分烘干（含氢量高）；②焊前未预热（冷却速度快，热影响区淬硬）；③焊接工艺参数不当（电流过小，冷却快）；④接头设计不合理（刚性大，应力集中）。预防措施：①焊条烘干（350-400℃保温2h），使用保温桶；②焊前预热（100-150℃），降低冷却速度，减少淬硬组织；③采用低氢焊接方法（如CO2气体保护焊）；④控制层间温度，避免冷速过快；⑤焊后及时进行去应力退火（600-650℃），消除残余应力。五、综合题（20CrMnTi齿轮加工工艺路线）工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→渗碳→淬火→低温回火→精加工（磨齿）→表面强化（喷丸）。各工序作用：1.锻造：打碎原材料粗大晶粒，形成沿齿形分布的纤维组织，提高力学性能；2.正火：调整锻造后硬度（170-210HB），改善切削加工性，细化晶粒；3.粗加工：车削齿坯，留加工余量；4.渗碳