(2025年)《机械工程材料》试题附答案

(2025年)《机械工程材料》试题附答案一、选择题（每题2分，共30分）1.下列材料中，属于金属材料的是（）A.陶瓷B.玻璃C.铝合金D.塑料答案：C。陶瓷和玻璃属于无机非金属材料，塑料是高分子材料，铝合金是金属材料。2.晶体与非晶体的根本区别在于（）A.是否有规则的外形B.是否有各向异性C.是否有固定的熔点D.是否能导电答案：C。晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定熔点，这是二者的根本区别。规则外形不是本质特征，多晶体无规则外形；各向异性不是所有晶体都有；能否导电也不是区分晶体和非晶体的关键。3.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（）A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度D.没有变化答案：B。冷却速度越快，过冷度越大，实际结晶温度越低。4.铁素体的晶体结构为（）A.体心立方B.面心立方C.密排六方D.简单立方答案：A。铁素体是碳溶解在αFe中形成的间隙固溶体，αFe的晶体结构是体心立方。5.珠光体是一种（）A.单相固溶体B.两相混合物C.金属化合物D.非晶体答案：B。珠光体是铁素体和渗碳体的两相混合物。6.下列元素中，能使钢的临界冷却速度增大的是（）A.镍B.铬C.钼D.硫答案：D。硫是有害元素，它会使钢的临界冷却速度增大，降低钢的淬透性。镍、铬、钼等元素一般会提高钢的淬透性，降低临界冷却速度。7.淬火钢回火时，随着回火温度的升高，其强度和硬度（）A.升高B.降低C.不变D.先升高后降低答案：B。回火过程中，随着回火温度升高，马氏体分解，碳化物聚集长大，钢的强度和硬度降低。8.下列材料中，最适合制造刀具的是（）A.45钢B.T10钢C.Q235钢D.65Mn钢答案：B。T10钢是碳素工具钢，具有较高的硬度和耐磨性，适合制造刀具。45钢是中碳钢，主要用于制造轴类等零件；Q235钢是普通碳素结构钢，强度较低，用于一般结构件；65Mn钢是弹簧钢，用于制造弹簧等弹性元件。9.灰铸铁的性能特点是（）A.强度高、塑性好B.强度低、塑性好C.强度低、塑性差D.强度高、塑性差答案：C。灰铸铁中石墨呈片状，割裂基体，使其强度和塑性都较差。10.铝合金中加入铜元素，主要是为了（）A.提高强度B.提高耐蚀性C.降低密度D.改善铸造性能答案：A。铝合金中加入铜元素可形成强化相，提高合金的强度。11.下列热处理工艺中，属于化学热处理的是（）A.淬火B.回火C.渗碳D.退火答案：C。渗碳是将低碳金属在富碳的介质中加热到高温，使活性碳原子渗入金属表面，以获得高碳的渗层组织，属于化学热处理。淬火、回火、退火属于整体热处理。12.金属材料在交变应力作用下发生的破坏现象称为（）A.塑性变形B.疲劳破坏C.脆性断裂D.韧性断裂答案：B。疲劳破坏是金属材料在交变应力作用下发生的破坏现象，特点是在较低应力下突然断裂。13.黄铜是指（）A.铜锌合金B.铜锡合金C.铜镍合金D.铜铝合金答案：A。黄铜是铜锌合金。铜锡合金是青铜，铜镍合金是白铜。14.下列锻造方法中，适合锻造形状复杂、精度要求高的零件的是（）A.自由锻造B.模型锻造C.胎模锻造D.轧制答案：B。模型锻造是在专用的锻模中进行锻造，能锻造形状复杂、精度要求高的零件。自由锻造适用于单件小批量生产形状简单的零件；胎模锻造介于自由锻造和模型锻造之间；轧制主要用于生产型材等。15.为了改善高碳钢的切削加工性能，通常采用的预备热处理是（）A.完全退火B.球化退火C.去应力退火D.正火答案：B。高碳钢球化退火可使渗碳体球状化，降低硬度，改善切削加工性能。完全退火适用于中碳钢和中碳合金钢；去应力退火主要消除内应力；正火会使高碳钢硬度提高，不利于切削加工。二、填空题（每题2分，共20分）1.金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、________和疲劳强度等。答案：韧性。韧性是材料在冲击载荷作用下吸收能量和抵抗断裂的能力，是金属材料重要的力学性能之一。2.实际金属晶体中存在着点缺陷、________和面缺陷三种晶体缺陷。答案：线缺陷。线缺陷主要是位错，点缺陷如空位、间隙原子等，面缺陷如晶界、亚晶界等。3.铁碳合金相图中，PSK线用符号________表示，此线是共析转变线。答案：A1。在铁碳合金相图中，PSK线（A1线）发生共析转变，即奥氏体转变为珠光体。4.钢的热处理工艺一般由加热、________和冷却三个阶段组成。答案：保温。加热到一定温度后需要保温一段时间，使组织均匀化，然后再进行冷却。5.常见的淬火冷却介质有________、油和盐浴等。答案：水。水是常用的淬火冷却介质，冷却能力较强，但容易使工件产生变形和裂纹。6.合金工具钢按用途可分为刃具钢、________和模具钢三大类。答案：量具钢。合金工具钢根据不同用途分为刃具钢、量具钢和模具钢。7.灰铸铁中的石墨形态为________，可锻铸铁中的石墨形态为团絮状。答案：片状。灰铸铁中石墨呈片状，这是其组织特征。8.铝合金按其成分和工艺特点可分为变形铝合金和________两大类。答案：铸造铝合金。变形铝合金通过压力加工成型，铸造铝合金则适合铸造工艺。9.金属的锻造性能常用________和变形抗力来衡量。答案：塑性。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。10.焊接接头由焊缝区、________和热影响区组成。答案：熔合区。熔合区是焊缝和母材的交界区，组织和性能不均匀。三、判断题（每题2分，共20分）1.所有金属材料在室温下都是晶体。（）答案：错。有些金属材料在特定条件下可形成非晶态，如快速冷却的某些金属合金可得到非晶态金属。2.金属的晶粒越细小，其强度和塑性越好。（）答案：对。晶粒细小，晶界增多，阻碍位错运动，提高强度；同时晶粒细小使变形更均匀，塑性也较好。3.钢中含碳量越高，其硬度和强度就一定越高。（）答案：错。当含碳量超过0.9%后，随着含碳量增加，钢的强度会下降，因为过多的渗碳体使钢变脆。4.淬火后的钢必须进行回火处理。（）答案：对。淬火后钢内存在很大内应力，且组织不稳定，回火可消除内应力，稳定组织，调整性能。5.普通碳素结构钢的牌号越大，其强度越高，塑性越好。（）答案：错。普通碳素结构钢牌号越大，含碳量越高，强度越高，但塑性越低。6.球墨铸铁的力学性能比灰铸铁好。（）答案：对。球墨铸铁中石墨呈球状，对基体的割裂作用小，力学性能比灰铸铁好，强度和韧性都有显著提高。7.铝合金的密度比钢铁小，所以其强度也比钢铁低。（）答案：错。虽然铝合金密度小，但通过合理的合金化和热处理，一些铝合金的强度可以达到甚至超过某些钢铁材料。8.金属的锻造性与变形温度有关，一般来说，温度越高，锻造性越好。（）答案：对。温度升高，金属的塑性提高，变形抗力降低，锻造性变好，但温度过高会出现过热、过烧等缺陷。9.焊接过程中，热影响区的性能总是比母材差。（）答案：错。热影响区不同部位性能不同，部分区域性能可能变差，但也有一些区域性能可能接近或优于母材。10.金属材料的疲劳强度与应力集中无关。（）答案：错。应力集中会使局部应力升高，降低金属材料的疲劳强度。四、简答题（每题10分，共20分）1.简述钢的淬透性和淬硬性的区别。答：淬透性和淬硬性是两个不同的概念。淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力，它主要取决于钢的临界冷却速度。临界冷却速度越小，淬透性越好，即钢在淬火时能够在更深的部位获得马氏体组织。淬透性主要与钢的化学成分有关，合金元素一般会提高钢的淬透性。例如，在制造一些承受较大冲击载荷的零件时，需要较高的淬透性，以保证零件整个截面都具有良好的力学性能。淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度，它主要取决于钢中的含碳量。含碳量越高，淬火后马氏体中的碳含量越高，硬度也就越高。例如，高碳钢的淬硬性比低碳钢高。但淬硬性高并不意味着淬透性好，比如T10钢淬硬性高，但淬透性较差，在较大尺寸零件淬火时，表面和心部硬度差异较大。2.说明灰铸铁的优缺点及主要应用场合。答：灰铸铁具有以下优点和缺点：优点：（1）良好的铸造性能：灰铸铁的流动性好，收缩率小，能够铸造出形状复杂的零件，适合制造各种箱体、床身等。（2）优良的减振性：石墨的存在可以吸收振动能量，使灰铸铁具有良好的减振性，常用于制造机床床身等需要减振的零件。（3）较低的缺口敏感性：灰铸铁中石墨的存在相当于许多微小的缺口，但由于石墨的缓冲作用，其对零件的力学性能影响相对较小，即具有较低的缺口敏感性。（4）良好的切削加工性能：石墨的存在使切屑容易断裂，减少刀具磨损，降低切削力，所以灰铸铁的切削加工性能较好。缺点：（1）强度和塑性较低：由于石墨呈片状，割裂基体，使灰铸铁的强度和塑性较差，不能承受较大的拉伸和冲击载荷。（2）韧性较差：石墨的存在降低了材料的韧性，使其在承受冲击载荷时容易发生断裂。主要应用场合：由于灰铸铁的上述特点，它广泛应用于制造承受压力、要求减振和耐磨的零件，如机床床身、发动机缸体、箱体、飞轮、导轨等。五、综合分析题（10分）有一根直径为20mm的45钢轴，要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韧性。试制定该轴的加工工艺路线，并说明各热处理工序的作用。答：加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质处理→精加工→表面淬火→低温回火→磨削加工。各热处理工序的作用如下：1.正火：正火是将钢加热到Ac3以上3050℃，保温适当时间后在空气中冷却的热处理工艺。对于45钢轴，正火可以细化晶粒，消除锻造应力，调整硬度，改善切削加工性能。正火后的组织为细珠光体和少量铁素体，硬度适中，便于后续的机械加工。2.调质处理：调质处理是淬火加高温回火。将轴加热到淬火温度（对于45钢，一般为830860℃），保温后淬火冷却，然后在500650℃进行高温回火。调质处理可以使轴的心部获得良好的综合力学性能，即较高的强度和韧性，满足心部承受载荷的要求。回火后的组织为回火索氏体。3.表面淬火：表面淬火是通过快速加热使轴的表面