2025年材料成型基础试题及答案

2025年材料成型基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列铸造方法中，属于特种铸造且液态金属充填铸型时主要依靠压力作用的是（）。A.砂型铸造B.离心铸造C.压力铸造D.熔模铸造2.金属塑性变形的主要机制是（）。A.位错滑移与孪生B.晶界滑动C.原子扩散D.晶格畸变3.焊接热影响区中，晶粒严重粗化、力学性能显著下降的区域是（）。A.熔合区B.过热区C.正火区D.不完全重结晶区4.粉末冶金工艺中，生坯强度主要取决于（）。A.粉末粒度B.压制压力C.粉末形状D.成形剂添加量5.铝合金半固态成型时，浆料中固相颗粒的理想形态为（）。A.树枝晶B.等轴晶C.针状晶D.片状晶6.锻造比（Y）的定义是（）。A.变形前横截面积/变形后横截面积B.变形后长度/变形前长度C.变形后体积/变形前体积D.变形前高度/变形后高度7.下列焊接方法中，属于压焊的是（）。A.氩弧焊B.电阻点焊C.埋弧焊D.激光焊8.铸件收缩过程中，液态收缩和凝固收缩是产生（）的主要原因。A.缩孔与缩松B.热裂C.冷隔D.气孔9.板料拉深时，容易出现的缺陷是（）。A.起皱与拉裂B.折叠C.麻点D.氧化皮10.下列材料中，最适合采用粉末冶金工艺制备的是（）。A.低碳钢齿轮B.硬质合金刀具C.铝合金活塞D.铜合金导线11.增材制造（3D打印）中，SLS技术使用的原材料是（）。A.金属丝材B.液态树脂C.粉末材料D.陶瓷浆料12.铸造工艺中，为避免铸件产生缩孔，应遵循的原则是（）。A.顺序凝固B.同时凝固C.逐层凝固D.糊状凝固13.影响金属流动性的主要因素是（）。A.浇注温度与合金成分B.铸型温度与铸件结构C.砂型透气性与紧实度D.熔炼设备与操作工艺14.焊接时，热输入（Q）的计算公式为Q=ηUI/v，其中v代表（）。A.电弧电压B.焊接电流C.焊接速度D.热效率系数15.锻造时，坯料加热温度过高可能导致的缺陷是（）。A.氧化B.脱碳C.过热与过烧D.晶粒细化二、填空题（每空1分，共20分）1.铸造工艺中，合金的收缩分为______、______和固态收缩三个阶段。2.塑性加工中，冷变形会导致材料______提高、______下降的现象，称为加工硬化。3.焊接接头由焊缝、______和______三部分组成。4.粉末冶金的基本工艺包括粉末制备、______、______和后处理。5.板料冲压的基本工序可分为______和______两大类。6.影响铸件充型能力的主要因素有合金流动性、______和______。7.锻造时，常用的加热设备有______、______和电加热炉。8.铝合金焊接时，容易产生的主要缺陷是______和______。9.增材制造按成型原理可分为______、______和材料喷射等类型。10.液态金属凝固方式可分为______、______和中间凝固三种。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.分析影响金属塑性的主要因素，并说明提高塑性的常用措施。3.解释焊接热影响区中“正火区”的组织与性能特点。4.粉末冶金工艺相比传统熔炼-铸造工艺有哪些优势？举例说明其典型应用。5.为什么板料拉深时需要控制拉深系数？拉深系数过小会导致什么问题？四、分析题（每题10分，共20分）1.某公司需生产一批承受交变载荷、工作温度300℃的铝合金零件（结构复杂，壁厚3-5mm），请选择合适的成型工艺（砂型铸造、压力铸造、模锻、增材制造中选其一），并从工艺特点、零件性能、生产效率三方面说明理由。2.某铸铁件（材质为HT250）经检测发现内部存在大量缩松缺陷，试分析可能的原因（至少4点），并提出对应的预防措施。五、计算题（每题10分，共20分）1.采用模数法设计一铸铁件的冒口。已知铸件体积V=1200cm³，表面积A=500cm²；冒口体积Vr=400cm³，要求冒口的凝固时间至少为铸件的1.2倍。试计算冒口的表面积Ar（铸铁的凝固系数K=2.0min/cm0.5，模数M=V/A）。2.某低碳钢棒料（直径D=50mm，长度L=200mm）需镦粗至高度H=100mm，材料的平均单位压力p=1200MPa。试计算镦粗所需的变形力F（忽略摩擦影响，π取3.14）。参考答案一、单项选择题1.C2.A3.B4.D5.B6.A7.B8.A9.A10.B11.C12.A13.A14.C15.C二、填空题1.液态收缩；凝固收缩2.强度（硬度）；塑性（韧性）3.熔合区；热影响区4.成形（压制）；烧结5.分离工序；变形工序6.铸型条件；浇注条件7.反射炉；箱式炉（或煤气炉、油炉）8.气孔；热裂纹9.材料挤出；粉末床熔融（或光聚合成型）10.逐层凝固；糊状凝固三、简答题1.主要区别：砂型铸造使用砂质铸型（一次性），金属型使用金属铸型（可重复使用）；砂型铸造冷却速度慢，金属型冷却速度快；砂型铸造适应性广，金属型铸造对合金种类有限制（如铸铁易产生白口）。适用范围：砂型铸造适用于单件小批量、复杂形状铸件（如机床床身）；金属型铸造适用于大批量、形状较简单的非铁合金铸件（如铝合金活塞）。2.影响因素：金属本质（化学成分、组织）、变形温度、变形速度、应力状态。提高措施：选择纯度高、组织均匀的材料；采用合适的加热温度（热变形）；控制变形速度（避免应变速率过高）；改善应力状态（如三向压应力）。3.正火区（细晶区）：焊接时被加热到Ac3以上（约900-1100℃），原粗大组织发生重结晶，形成细小均匀的铁素体和珠光体；性能特点：晶粒细化，力学性能优于母材（强度、塑性、韧性均提高）。4.优势：可制备高熔点、难熔金属及复合材料（如钨合金）；材料利用率高（接近100%）；可实现近净成形（减少切削加工）；成分均匀（避免偏析）。典型应用：硬质合金刀具（WC-Co）、多孔含油轴承、高性能稀土永磁材料（NdFeB）。5.拉深系数m=d/D（d为拉深后筒径，D为坯料直径），是控制拉深变形程度的关键参数。m过小会导致：①筒壁拉应力超过材料强度极限，产生拉裂；②坯料边缘压应力过大，导致起皱；③模具磨损加剧，寿命降低。四、分析题1.选择压力铸造。理由：①工艺特点：压力铸造在高压（5-150MPa）、高速（0.5-50m/s）下充型，可成型复杂薄壁件（3-5mm壁厚适用）；金属型冷却快，铸件晶粒细小。②零件性能：压力铸件致密度高，承受交变载荷时疲劳性能优于砂型铸件；300℃下铝合金压力铸件仍能保持较好强度（砂型铸造可能因气孔降低性能）。③生产效率：压力铸造可实现自动化，批量生产效率远高于模锻（模锻需多道工序）和增材制造（增材制造速度慢，适合小批量）。2.可能原因及预防措施：①合金成分：碳硅当量过低（如HT250实际碳硅含量不足），凝固区间宽，易产生缩松。措施：调整成分，提高碳硅当量（控制CE=3.8-4.2%）。②浇注温度过高：液态收缩增大，补缩困难。措施：降低浇注温度（控制在1300-1380℃）。③冒口设计不合理：冒口体积小或位置不当，无法有效补缩。措施：按模数法增大冒口尺寸，设置冷铁实现顺序凝固。④铸型透气性差：气体排出困难，加剧缩松。措施：提高砂型透气性（控制紧实度，增加出气冒口）。五、计算题1.铸件模数Mc=Vc/Ac=1200/500=2.4cm；铸件凝固时间tc=K²Mc²=2²×2.4²=23.04min；冒口凝固时间tr≥1.2tc=27.65min；冒口模数Mr=√(tr/K²)=√(27.65/4)=√6.91≈2.63cm；冒口表面积Ar=Vr/Mr=400/2.63≈152.1cm²（保留