2025年大学金属材料工程（金属材料设计）试题及答案

2025年大学金属材料工程（金属材料设计）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）请将正确答案的序号填在括号内。（总共6题，每题5分）w1.以下哪种金属材料的晶体结构属于面心立方晶格？（）A.铁（α-Fe）B.铜C.镁D.锌w2.金属材料的强度指标不包括以下哪一项？（）A.屈服强度B.抗拉强度C.硬度D.伸长率w3.合金元素在钢中的主要作用不包括（）A.强化基体B.提高淬透性C.改善焊接性能D.降低耐腐蚀性w4.以下哪种热处理工艺能显著提高钢的硬度和耐磨性？（）A.退火B.正火C.淬火D.回火w5.金属材料的疲劳断裂是在（）作用下发生的。A.静载荷B.冲击载荷C.交变载荷D.拉伸载荷w6.以下哪种方法不能用于测定金属材料的硬度？（）A.布氏硬度测试B.洛氏硬度测试C.拉伸试验D.维氏硬度测试第II卷（非选择题共70分）w7.简述金属材料的晶体结构类型及其特点。（10分）w8.分析合金元素对钢的性能影响，举例说明合金元素在合金钢中的作用。（15分）w9.阐述金属材料的热处理工艺过程，包括退火、正火、淬火和回火的目的及应用。（20分）w10.阅读材料：某金属材料在使用过程中出现了过早断裂的现象，经过分析发现其组织中存在较多的粗大晶粒。请分析粗大晶粒对金属材料性能的影响，并提出改善措施。（15分）材料：粗大晶粒会降低金属材料的强度、韧性等性能。因为晶界是阻碍位错运动的，粗大晶粒意味着晶界面积相对减小，对位错运动的阻碍作用减弱。w11.设计一种金属材料，要求具有高强度、良好的韧性和耐腐蚀性，简述设计思路及选用的合金元素和热处理工艺，并说明理由。（20分）答案：w1.Bw2.Dw3.Dw4.Cw5.Cw6.Cw7.金属材料的晶体结构类型主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。体心立方晶格的晶胞中，原子位于立方体的八个顶点和体心，其致密度相对较低。面心立方晶格的晶胞中，原子位于立方体的八个顶点和六个面的中心，致密度较高。密排六方晶格的晶胞中，原子排列较为紧密，具有较高的原子堆积密度。不同晶体结构影响金属的密度、硬度、塑性等性能。w8.合金元素能强化基体，提高钢的强度和硬度，如碳能显著提高钢的强度。合金元素可提高钢的淬透性，使大截面零件也能获得良好的淬火组织，如铬、镍等元素。合金元素还可改善钢的某些特殊性能，如不锈钢中的铬提高耐腐蚀性。在合金钢中，合金元素通过改变钢的组织结构来发挥作用，满足不同工程需求。w9.退火目的是消除应力、降低硬度、改善切削加工性能等，应用于预备热处理及一些要求不高的零件。正火目的是细化晶粒、改善组织、提高硬度，常用于改善低碳钢和中碳钢的切削性能。淬火目的是获得马氏体组织，提高硬度和耐磨性，应用于各种工具、模具等。回火目的是消除淬火应力、稳定组织、调整性能，使淬火件获得良好的综合性能。w10.粗大晶粒降低金属材料强度和韧性。可通过细化晶粒来改善，如进行热加工变形，使晶粒破碎细化；或采用合适的热处理工艺，如再结晶退火等，促进新的细小晶粒形成。还可添加细化晶粒的元素，如钛、铝等，阻止晶粒长大。w11.设计思路：选用高强度的合金元素如碳、铬等强化基体提高强度；加入适量镍等元素提高韧性；添加铬、镍等元素提高耐腐蚀性。选用中碳钢，通过淬