2025年材料成型及工艺基础考试题(含答案)

2025年材料成型及工艺基础考试题(含答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种铸造方法更适合生产形状复杂、尺寸精度要求高的铝合金薄壁件？A.砂型铸造B.金属型铸造C.压力铸造D.熔模铸造答案：C（压力铸造利用高压高速充型，适合薄壁、高精度的非铁合金铸件）2.塑性变形过程中，位错运动的主要阻力来源于：A.晶界与第二相颗粒B.原子热振动C.空位浓度D.晶格常数差异答案：A（晶界阻碍位错运动，第二相颗粒通过切割或绕过机制增加变形阻力）3.焊接热影响区中，晶粒严重粗化、力学性能最差的区域是：A.熔合区B.过热区C.正火区D.部分相变区答案：B（过热区温度远高于固相线，晶粒急剧长大，塑性和韧性显著下降）4.粉末冶金工艺中，压制后的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.粘结剂添加量答案：D（粘结剂在压制时形成桥接，是生坯初期强度的主要来源）5.以下哪种锻造工艺更适合生产齿轮坯这类轴对称、截面变化大的零件？A.自由锻B.胎膜锻C.模锻D.辗环答案：C（模锻通过模具限制金属流动，可精确成型复杂形状）6.铝合金时效强化的本质是：A.固溶体过饱和析出第二相B.位错密度增加C.晶粒细化D.晶界强化答案：A（时效过程中过饱和固溶体分解，析出细小弥散的强化相）7.液态金属充型能力不足时，最易产生的缺陷是：A.缩孔B.气孔C.冷隔D.夹渣答案：C（充型能力不足导致金属液未完全融合，形成冷隔）8.电阻点焊时，焊接质量的关键控制参数是：A.电极压力B.焊接电流C.通电时间D.以上均是答案：D（电极压力、电流、时间共同决定熔核尺寸和结合强度）9.以下哪种成型工艺属于增材制造范畴？A.激光选区熔化（SLM）B.挤压铸造C.超塑性成型D.真空吸铸答案：A（SLM通过逐层熔化金属粉末实现三维成型，属于增材制造）10.板料拉深时，起皱缺陷主要发生在：A.凸模圆角区B.凹模圆角区C.法兰区（坯料边缘）D.筒壁区答案：C（法兰区受切向压应力，厚度方向失稳导致起皱）二、填空题（每空1分，共20分）1.砂型铸造中，型砂的主要性能要求包括______、______、______和溃散性。答案：强度、透气性、耐火性2.金属塑性变形的基本方式为______和______，其中______是低温下的主要变形方式。答案：滑移、孪生、滑移3.焊接接头由______、______和______三部分组成，其中______是力学性能最薄弱的区域。答案：焊缝、熔合区、热影响区、熔合区4.粉末冶金的基本工艺路线为：粉末制备→______→______→______→后处理。答案：成型（压制）、烧结、整形5.锻造比是指______与______的比值，其数值越大，金属的______性能越好。答案：变形前横截面积、变形后横截面积、力学6.压铸工艺中，为防止铝液氧化，通常采用______或______作为保护气体。答案：氮气、氩气7.板料冲压的基本工序可分为______和______两大类，其中______工序包括落料、冲孔等。答案：分离、成型、分离三、简答题（每题8分，共40分）1.简述砂型铸造与金属型铸造的主要区别及适用场景。答案：砂型铸造使用砂质铸型（一次性），成本低、适应性广，适合单件小批量生产复杂铸件（如机床床身）；金属型铸造使用永久金属模具，冷却速度快、精度高，适合大批量生产非铁合金或中小型铸铁件（如发动机铝缸盖）。两者主要区别在于铸型材料（砂vs金属）、铸型复用性（一次性vs多次使用）、冷却速度（慢vs快）及适用生产批量（小批量vs大批量）。2.说明锻造流线（纤维组织）的形成过程及其对材料性能的影响。答案：锻造时，金属中的夹杂物（如氧化物、硫化物）随基体金属变形而被拉长、呈流线分布，形成锻造流线。其影响表现为各向异性：平行于流线方向的抗拉强度、塑性较好；垂直方向的抗剪强度较好。设计零件时应使流线方向与零件承受的最大拉应力方向一致（如曲轴的流线沿轴线分布），避免切断流线（如避免横向切削加工）。3.列举三种常见的焊接缺陷，并分析其产生原因。答案：（1）气孔：熔池凝固时气体（如H₂、CO）来不及逸出，在焊缝中形成孔洞；原因包括焊条潮湿、保护气体不足、焊接速度过快。（2）裂纹：热裂纹因凝固末期低熔点共晶在收缩应力下开裂；冷裂纹因氢致延迟断裂或淬硬组织应力集中。（3）未焊透：焊接电流过小、坡口角度过小、间隙不足导致焊缝未完全熔合。4.对比分析模锻与自由锻的优缺点。答案：模锻优点：尺寸精度高、表面质量好、加工余量小、生产效率高，适合批量生产复杂形状零件（如齿轮）；缺点：模具成本高、设备吨位大、适合中小件。自由锻优点：设备通用、灵活性强，适合大型锻件（如轧辊）；缺点：精度低、余量大、劳动强度高，不适合复杂形状。5.简述粉末冶金工艺在制备难熔金属零件（如钨坩埚）中的优势。答案：难熔金属（W、Mo）熔点极高（钨约3400℃），传统熔炼铸造易氧化、设备要求高。粉末冶金通过冷压成型→高温烧结（低于熔点）实现致密化，避免了熔炼困难；可精确控制成分（如添加稀土氧化物），提高高温性能；适合制备多孔材料（如钨渗铜电极）或复杂形状零件（如火箭喷管喉衬）。四、分析题（每题10分，共20分）1.某企业生产的铝合金压铸件（汽车变速箱壳体）表面出现大量针孔缺陷，试分析可能原因及改进措施。答案：可能原因：（1）熔炼过程中铝液吸氢（如炉料潮湿、精炼不充分）；（2）压铸时卷气（压射速度过高、排气槽设计不合理）；（3）模具温度过低，表面凝固过快，内部气体无法逸出；（4）脱模剂含水或喷涂过量，受热分解产生气体。改进措施：（1）严格控制炉料干燥，采用真空熔炼或惰性气体保护；（2）优化压铸参数（降低高速阶段压射速度、增加排气槽数量和尺寸）；（3）提高模具预热温度（180-250℃），减缓表层凝固速度；（4）使用无水脱模剂，控制喷涂量。2.某低碳钢零件需通过焊接连接，焊后发现接头处硬度显著升高，易产生冷裂纹。试分析原因并提出解决措施。答案：原因：低碳钢焊接性良好，但当焊接热输入过小（如快速冷却）或母材含碳量偏高时，热影响区（尤其是过热区）会发生马氏体转变，形成硬脆组织（如马氏体），导致硬度升高；同时，焊接应力（热应力+组织应力）与氢（来自焊条或环境）共同作用，引发冷裂纹。解决措施：（1）预热母材（100-150℃），减缓冷却速度，避免马氏体形成；（2）采用低氢型焊条（如E4315），严格烘干（350-400℃保温2h），减少氢来源；（3）调整焊接工艺（增大电流、降低速度），增加热输入，延长冷却时间；（4）焊后进行去应力退火（600-650℃保温），消除残余应力；（5）控制母材碳当量（Ceq≤0.4%），避免使用含碳量过高的钢材。五、综合题（20分）设计某新能源汽车驱动电机转子铁芯（材料为硅钢片，厚度0.35mm，形状为带齿槽的圆盘，直径200mm，批量10万件/年）的成型工艺方案，需说明工艺选择依据、关键参数控制及质量检测要点。答案：1.工艺选择：采用板料冲压+叠片成型工艺。硅钢片为软磁材料，厚度薄（0.35mm），需高精度齿槽结构（影响电机效率），批量大（10万件），冲压适合高效生产复杂形状薄板零件。2.关键参数控制：（1）模具设计：采用级进模（多工位连续冲压），包含落料、冲孔、切槽等工序；模具间隙控制为材料厚度的5-8%（0.017-0.028mm），避免毛刺和撕裂；凹模圆角半径R=0.1-0.2mm，减少拉应力集中。（2）冲压设备：选择高速压力机（行程次数100-200次/分钟），确保生产效率；设备精度需达IT7级，保证冲裁尺寸一致性（齿槽宽度公差±0.05mm）。（3）润滑：使用极压润滑油（如硫化脂肪酸酯），降低摩擦系数（μ≤0.1），减少模具磨损和工件表面划伤。3.质量检测要点：（1）尺寸精度：用三坐标测量仪检测直径（200±0.1mm）、齿槽宽度（