2025年材料成型试题及答案

2025年材料成型试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种铸造方法属于特种铸造？A.砂型铸造B.熔模铸造C.手工造型D.机器造型答案：B2.金属塑性变形的主要机制是？A.位错滑移与孪生B.晶界移动C.原子扩散D.晶粒转动答案：A3.焊接过程中，热影响区中组织性能最差的区域是？A.熔合区B.过热区C.正火区D.部分相变区答案：B4.锻造比（Y）的定义是？A.变形前横截面积与变形后横截面积之比B.变形后长度与变形前长度之比C.变形后体积与变形前体积之比D.变形前高度与变形后高度之比答案：A5.以下哪种铸造缺陷是由于液态金属充型能力不足引起的？A.缩孔B.气孔C.冷隔D.夹渣答案：C6.板料冲压中，落料与冲孔的主要区别是？A.模具间隙不同B.凸凹模尺寸不同C.材料利用率不同D.分离后的工件是否为成品答案：D7.铝合金焊接时易产生的主要缺陷是？A.冷裂纹B.热裂纹C.气孔D.未熔合答案：C8.粉末冶金制品中，压制阶段的主要目的是？A.形成初步形状B.提高密度C.消除内应力D.促进原子扩散答案：A9.铸造时，为避免缩孔缺陷，应采用的工艺原则是？A.同时凝固B.顺序凝固C.逐层凝固D.糊状凝固答案：B10.轧制过程中，轧件厚度减薄的主要原因是？A.轧辊直径增大B.轧辊压力使金属发生塑性变形C.轧件温度升高D.轧件宽度增加答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.砂型铸造的基本工艺过程包括：______、______、______、合型、浇注、落砂、清理与检验。答案：制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；造型和造芯2.金属的可锻性常用______和______来综合衡量，其中______越大、______越小，可锻性越好。答案：塑性；变形抗力；塑性；变形抗力3.焊接热输入（线能量）的计算公式为______，单位是______。答案：Q=IU/v；J/mm（或kJ/mm）4.压力铸造的主要特点是______、______、______，但设备投资大，适用于______生产。答案：高压；高速充型；铸件精度高；大批量5.锻造时，自由锻的基本工序包括______、______、______、弯曲、扭转等。答案：镦粗；拔长；冲孔6.铸铁的铸造性能优于钢，主要体现在______、______、______等方面。答案：流动性好；收缩率小；偏析倾向小7.板料冲压的基本工序分为______和______两大类，其中______包括落料、冲孔，______包括拉深、弯曲。答案：分离工序；变形工序；分离工序；变形工序三、简答题（每题8分，共40分）1.比较砂型铸造与压力铸造的优缺点，并说明各自的适用范围。答案：砂型铸造优点：工艺灵活性大（可铸造各种形状、尺寸和合金的铸件）、设备简单、成本低；缺点：铸件精度低（尺寸公差IT14-IT16）、表面粗糙度高（Ra12.5-50μm）、生产效率低（手工造型时）。适用范围：单件、小批量生产，尤其是大型铸件（如机床床身、发动机缸体）。压力铸造优点：铸件精度高（IT11-IT13）、表面质量好（Ra1.6-6.3μm）、可铸出复杂薄壁件（最小壁厚0.5mm）、生产效率高（每分钟可铸数件）；缺点：设备和模具成本高、铸件内部易产生气孔（因高速充型卷入气体）、不能进行热处理（气孔受热膨胀）。适用范围：大批量生产中小型有色金属铸件（如汽车铝合金轮毂、仪表壳体）。2.简述塑性变形对金属组织和性能的影响。答案：（1）组织变化：①晶粒沿变形方向被拉长或压扁，形成纤维组织（流线）；②位错密度增加，形成胞状亚结构；③晶粒转动导致择优取向（织构）。（2）性能变化：①加工硬化（强度、硬度升高，塑性、韧性下降）；②各向异性（沿流线方向强度高，垂直方向低）；③物理化学性能变化（导电性、耐蚀性下降）。（3）残余应力：变形不均匀导致内部产生残余拉应力或压应力，可能引起变形或开裂。3.分析焊接热裂纹（结晶裂纹）的产生原因及防止措施。答案：产生原因：①焊缝金属在凝固后期，晶界间存在低熔点共晶（如Fe-S共晶，熔点985℃），形成液态薄膜；②凝固收缩时，拉应力超过液态薄膜的强度，导致晶界开裂。防止措施：①控制焊缝化学成分：限制S、P等杂质含量，加入Mn等元素（Mn与S形成MnS，熔点1620℃，减少低熔点共晶）；②调整焊接工艺：采用小线能量（减少过热，细化晶粒）、控制焊接速度（避免熔池过热）；③改善接头设计：减少刚性约束，降低焊接应力；④选用抗裂性好的焊接材料（如低氢焊条）。4.说明自由锻与模锻的主要区别，并列举两种常见的模锻方法。答案：主要区别：①工具不同：自由锻使用通用工具（如砧块、锤头），模锻使用专用模具；②成型精度不同：自由锻精度低（尺寸公差±3-5mm），模锻精度高（±1-3mm）；③生产效率不同：自由锻效率低（需多次锤击），模锻效率高（一次成型）；④适用范围不同：自由锻适用于单件小批、大型锻件（如曲轴、水轮机主轴），模锻适用于批量生产中小型复杂锻件（如齿轮、连杆）。常见模锻方法：锤上模锻（使用蒸汽-空气锤）、压力机模锻（如摩擦压力机、热模锻压力机）。5.解释“铸造合金的收缩”概念，并说明收缩的三个阶段及对铸件质量的影响。答案：铸造合金的收缩指液态金属从浇注温度冷却到室温时，体积和尺寸减小的现象。三个阶段：（1）液态收缩：从浇注温度到凝固开始温度（液相线）的体积收缩。影响：若液态收缩大，易产生缩孔（需通过冒口补缩）。（2）凝固收缩：从凝固开始到凝固结束（固相线）的体积收缩。影响：凝固收缩率大（如钢）时，易产生集中缩孔；凝固收缩率小（如灰铸铁）时，可能产生缩松。（3）固态收缩：从凝固结束到室温的体积收缩。影响：固态收缩导致铸件尺寸减小，若收缩受阻（如型芯、型壁阻碍），会产生内应力，导致变形或裂纹（如热裂、冷裂）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某铸铁件的尺寸为长300mm、宽200mm、厚20mm，浇注系统阻流截面面积为150mm²，铁水密度为7.2g/cm³，浇注时间经验公式为t=S√(G)（S为系数，铸铁取0.3-0.5，G为铸件质量，单位kg）。试计算：（1）铸件质量（kg）；（2）若采用S=0.4，计算浇注时间（s）；（3）平均充型速度（cm/s）。答案：（1）铸件体积V=300×200×20=1,200,000mm³=1200cm³质量G=ρV=7.2g/cm³×1200cm³=8640g=8.64kg（2）浇注时间t=0.4×√8.64≈0.4×2.94≈1.18s（注：实际中铸铁浇注时间通常不小于2-3s，此处公式可能为简化版，仅按题设计算）（3）充型速度v=V/(A×t)=1200cm³/(1.5cm²×1.18s)≈678cm/s（注：实际充型速度受浇注系统结构影响，此为理论值）2.某圆截面钢棒，原始直径D0=100mm，长度L0=200mm，经锻造拔长后，直径D1=50mm，求锻造比Y，并判断是否满足一般锻件的锻造比要求（一般结构钢锻件Y≥2-3）。答案：锻造比Y=变形前横截面积/变形后横截面积=(πD0²/4)/(πD1²/4)=(D0/D1)²=(100/50)²=4因Y=4≥2-3，满足一般结构钢锻件的锻造比要求。五、综合分析题（20分）某汽车制造厂需生产一批铝合金发动机缸体（批量10万台/年），要求缸体尺寸精度高（IT12-IT13）、表面粗糙度Ra3.2-6.3μm，且内部组织致密（无气孔、缩松）。试分析：（1）选择何种铸造方法？说明理由；（2）该铸造方法的关键工艺参数（至少3项）及控制要点；（3）若采用砂型铸造可能出现的问题。答案：（1）应选择压力铸造（压铸）。理由：①批量大（10万台/年），压铸生产效率高（每小时可铸数百件）；②尺寸精度要求IT12-IT13，压铸精度（IT11-IT13）可满足；③表面粗糙度Ra3.2-6.3μm，压铸表面质量（Ra1.6-6.3μm）符合要求；④铝合金流动性好，适合压铸，且压铸件内部组织致密（高压下凝固，晶粒细小）。（2）关键工艺参数及控制要点：①压射比压：一般为30-70MPa。比压过小，铸件致密度不足（易产生缩松）；比压过大，模具磨损加剧。需根据铸件壁厚调整（薄壁件取高比压）。②压射速度：内浇口速度通常为15-50m/s。速度过低，充型不完整（冷隔）；速度过高，卷气严重（内部气孔）。需配合模具排气系统设计（如增设排气槽）。③模具温度：铝合金压铸模温度控制在180-300℃。温度过低，铸件表面易产生冷纹；温度过高，模具热疲劳加剧（寿命下降）。可通过模温机循环加热/冷却控制。（3）若采用砂型铸造可能出现的问题：