《工程材料与成形工艺》期末考试复习题库（含答案）

《工程材料与成形工艺》期末考试复习题库（含答案）一、选择题1.金属材料的力学性能指标中，抵抗冲击载荷而不被破坏的能力被称为（）A.强度B.韧性C.硬度D.塑性答案：B。韧性是指金属材料在冲击载荷作用下吸收能量和抵抗断裂的能力。强度是材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力；硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力；塑性是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。2.下列哪种晶体结构的金属塑性最差（）A.体心立方B.面心立方C.密排六方D.都一样答案：C。密排六方晶体结构的金属滑移系较少，其塑性相对体心立方和面心立方结构的金属较差。体心立方和面心立方结构有较多的滑移系，塑性较好。3.纯金属结晶时，冷却速度越快，则晶粒度（）A.越大B.越小C.不变D.不确定答案：B。冷却速度越快，过冷度越大，形核率增加的比长大速度快，因此晶核数目增多，晶粒越细小。4.铁碳合金中，含碳量为0.77%的是（）A.工业纯铁B.共析钢C.亚共析钢D.过共析钢答案：B。含碳量小于0.0218%的是工业纯铁；含碳量为0.77%的是共析钢；含碳量在0.0218%0.77%之间的是亚共析钢；含碳量在0.77%2.11%之间的是过共析钢。5.下列材料中，淬透性最好的是（）A.45钢B.T10C.40CrD.Q235答案：C。合金元素能提高钢的淬透性，40Cr是合金结构钢，含有铬元素，相比45钢（碳素调质钢）、T10（碳素工具钢）和Q235（普通碳素结构钢），其淬透性最好。6.锻造前对金属进行加热，目的是（）A.提高强度B.提高硬度C.降低塑性D.降低变形抗力答案：D。锻造前加热金属可以使金属原子活动能力增强，晶格畸变减小，从而降低金属的变形抗力，提高塑性，便于进行锻造加工。7.以下哪种铸造方法生产的铸件精度最高（）A.砂型铸造B.熔模铸造C.金属型铸造D.压力铸造答案：B。熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂多层耐火材料，经硬化后再将模样熔化流出，从而获得无分型面的铸型。因此，它能生产出精度很高的铸件，尺寸精度可达IT11IT14，表面粗糙度可达Ra12.51.6μm。砂型铸造精度较低；金属型铸造精度和表面质量比砂型铸造好，但不如熔模铸造；压力铸造铸件精度和表面质量也较高，但对于一些复杂形状的铸件，精度可能不如熔模铸造。8.焊接时，为了防止气孔的产生，下列措施中错误的是（）A.清理焊件表面B.烘干焊接材料C.降低焊接速度D.增大焊接电流答案：C。清理焊件表面可以去除油污、铁锈等杂质，防止这些杂质在焊接过程中产生气体形成气孔；烘干焊接材料可以去除其吸附的水分，减少氢气的来源，避免产生气孔；增大焊接电流可以提高电弧的稳定性和熔池的温度，有利于气体的逸出，减少气孔的产生。而降低焊接速度会使熔池存在时间延长，气体有更多机会进入熔池，增加气孔产生的几率。9.下列塑料中，属于热固性塑料的是（）A.聚乙烯B.聚丙烯C.酚醛塑料D.聚苯乙烯答案：C。热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，酚醛塑料在成型后，再次加热不会软化，属于热固性塑料。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯在加热时能熔融流动，冷却后又能固化成型，属于热塑性塑料。10.陶瓷材料的主要结合键是（）A.金属键B.离子键和共价键C.分子键D.氢键答案：B。陶瓷材料的晶体结构主要由离子键和共价键结合而成，离子键和共价键的结合能较高，使得陶瓷材料具有高硬度、高强度、高熔点、耐高温、抗氧化等特性。金属键是金属材料的主要结合键；分子键存在于一些低分子物质和高分子材料中；氢键是一种特殊的分子间作用力，在陶瓷材料中不是主要结合键。二、填空题1.金属的晶体缺陷主要有__点缺陷__、__线缺陷__和__面缺陷__三类。解释：点缺陷如空位、间隙原子等；线缺陷主要指位错；面缺陷包括晶界、亚晶界等。这些缺陷对金属的性能有重要影响。2.铁碳合金在室温下的基本组织有__铁素体__、__珠光体__、__渗碳体__、__莱氏体__等。解释：铁素体是碳溶解在αFe中形成的间隙固溶体；珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物；渗碳体是一种具有复杂晶格的间隙化合物；莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物（高温莱氏体）或珠光体和渗碳体的混合物（低温莱氏体）。3.钢的热处理工艺一般由__加热__、__保温__和__冷却__三个阶段组成。解释：加热是为了使钢达到预定的处理温度，获得均匀的奥氏体组织；保温是为了保证整个工件截面温度均匀一致，组织充分转变；冷却过程决定了钢的最终组织和性能。4.锻造的基本工序主要有__镦粗__、__拔长__、__冲孔__、__弯曲__、__扭转__等。解释：镦粗是使坯料高度减小、横截面积增大的锻造工序；拔长是使坯料横截面积减小、长度增加的工序；冲孔是在坯料上冲出通孔或不通孔的工序；弯曲是将坯料弯成一定角度或形状的工序；扭转是使坯料的一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。5.铸造工艺中，浇注系统一般由__浇口杯__、__直浇道__、__横浇道__和__内浇道__组成。解释：浇口杯承接来自浇包的金属液，起缓冲和挡渣作用；直浇道引导金属液从浇口杯流入横浇道，利用其高度产生的压力使金属液充满型腔；横浇道分配金属液并挡渣；内浇道控制金属液流入型腔的方向、速度和流量。6.常见的焊接接头形式有__对接接头__、__搭接接头__、__角接接头__和__T形接头__。解释：对接接头是两焊件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头；搭接接头是两焊件部分重叠构成的接头；角接接头是两焊件端部构成大于30°，小于135°夹角的接头；T形接头是一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。7.塑料的成型方法主要有__注射成型__、__挤出成型__、__压缩成型__、__吹塑成型__等。解释：注射成型是将塑料颗粒加热熔融后，在注射机的螺杆或柱塞推动下，快速注入模具型腔中，经冷却固化而获得制品；挤出成型是使塑料在挤出机螺杆的挤压作用下，通过具有一定形状的口模而连续成型的方法；压缩成型是将塑料原料直接加入到模具型腔中，通过加热和加压使塑料在型腔内充满并固化成型；吹塑成型是借助压缩空气使闭合在模具中的热塑性塑料型坯吹胀成为中空制品的方法。8.复合材料按基体材料分类，可分为__金属基复合材料__、__陶瓷基复合材料__和__高分子基复合材料__。解释：金属基复合材料以金属为基体；陶瓷基复合材料以陶瓷为基体；高分子基复合材料以高分子材料为基体。不同基体的复合材料具有不同的性能特点。三、判断题1.金属材料的硬度越高，其韧性就越好。（×）解释：一般情况下，金属材料的硬度和韧性是相互矛盾的性能指标。硬度高意味着材料抵抗局部变形的能力强，但往往其脆性增大，韧性降低。例如淬火钢硬度高，但韧性较差。2.纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。（√）解释：纯金属具有固定的熔点，在结晶过程中，当冷却到熔点温度时，金属开始结晶，在结晶过程中不断释放结晶潜热，补偿了向周围环境散失的热量，使温度保持在熔点不变，直到结晶结束。3.亚共析钢的室温组织是铁素体和珠光体，含碳量越高，珠光体的含量越多。（√）解释：亚共析钢中，随着含碳量的增加，根据铁碳相图，奥氏体在冷却过程中转变为珠光体的量增多，而铁素体的量减少，所以含碳量越高，珠光体的含量越多。4.淬火后回火的目的是消除内应力，降低脆性，调整硬度和韧性。（√）解释：淬火会使钢产生很大的内应力，且脆性增大，通过回火可以消除内应力，使组织稳定，同时根据回火温度的不同，可以调整钢的硬度和韧性，满足不同的使用要求。5.砂型铸造可以生产形状复杂的铸件，但铸件精度较低。（√）解释：砂型铸造可以通过制造复杂的砂型来生产形状复杂的铸件，但是由于砂型的精度有限，以及铸造过程中的各种因素影响，铸件的尺寸精度和表面质量相对较低。6.焊接时，焊接电流越大越好。（×）解释：焊接电流过大，会使焊缝熔深过大，容易产生咬边、烧穿等缺陷，同时还会使焊缝组织粗大，降低接头的力学性能；焊接电流过小，则会导致焊缝熔合不良、未焊透等缺陷。因此，应根据焊件厚度、焊接材料、焊接位置等因素选择合适的焊接电流。7.热塑性塑料可以反复加热成型，而热固性塑料成型后不能再加热成型。（√）解释：热塑性塑料的分子结构是线性或支链型的，加热时分子链可以自由移动，能够熔融流动，冷却后又能固化成型，因此可以反复加热成型；热固性塑料在成型过程中发生了化学反应，形成了体型网状结构，再次加热时不会软化熔融，不能再加热成型。8.陶瓷材料具有高硬度、高强度、耐高温、抗氧化等优点，但脆性大。（√）解释：陶瓷材料的化学键主要是离子键和共价键，结合能高，使得陶瓷具有高硬度、高强度、耐高温、抗氧化等特性。然而，由于其晶体结构和化学键的特点，陶瓷材料在受力时难以产生塑性变形，容易发生脆性断裂。四、简答题1.简述金属的塑性变形对其组织和性能的影响。答：金属的塑性变形对其组织和性能的影响主要有以下几个方面：组织方面：晶粒变形：晶粒会沿着变形方向被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒会变成细条状，形成纤维组织。亚结构形成：随着变形量增加，位错之间相互作用，形成位错缠结、胞状亚结构等。晶粒取向改变：大量晶粒的位向会趋于一致，形成变形织构。性能方面：加工硬化：塑性变形使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降。这是因为位错运动受阻，增加了变形的阻力。物理和化学性能变化：如导电性、导热性下降；耐腐蚀性降低等。各向异性：由于变形织构的形成，金属在不同方向上的性能出现差异。2.分析碳钢在平衡结晶过程中，含碳量为0.45%的亚共析钢的结晶过程和室温组织。答：含碳量为0.45%的亚共析钢的结晶过程和室温组织分析如下：结晶过程：当合金从液态缓冷至液相线以上时，为单一的液相L。缓冷至液相线与固相线之间时，从液相中开始结晶出奥氏体（γ），即L→γ。继续冷却至两线交点温度时，剩余的L全部转变为γ。此时合金为单一的γ相。冷却到GS线（A3线）时，开始从γ中析出铁素体（α），即γ→α。随着温度下降，α的量不断增多，γ的量不断减少，且γ中的含碳量不断增加。当冷却到PSK线（A1线）时，剩余的γ（含碳量为0.77%）发生共析转变，转变为珠光体（P），即γ→P（α+Fe₃C）。室温组织：亚共析钢的室温组织为铁素体（α）和珠光体（P）。铁素体呈白色块状，珠光体呈层片状，含碳量越高，珠光体的含量越多。3.简述锻造工艺对金属材料性能的影响。答：锻造工艺对金属材料性能的影响主要有以下几点：改善组织：锻造过程中的压力使金属的晶粒细化，破碎粗大的晶粒和柱状晶，使其成为细小均匀的晶粒组织，提高金属的强度、塑性和韧性。能够消除金属材料中的内部缺陷，如疏松、气孔等，使金属的致密度提高。可以使金属材料中的杂质、夹杂物等沿着变形方向分布，形成纤维组织，提高材料在纤维方向上的力学性能。提高力学性能：通过锻造，金属材料的强度、硬度、塑性和韧性等综合力学性能得到提高。例如，锻造后的钢材比铸造钢材具有更高的强度和韧性。可以使金属材料具有良好的疲劳性能和抗冲击性能，适用于承受重载荷和交变载荷的零件。产生残余应力：锻造过程中会产生残余应力，如果残余应力不及时消除，可能会导致零件在使用过程中发生变形甚至开裂。因此，锻造后通常需要进行热处理来消除残余应力。4.比较砂型铸造、熔模铸造和压力铸造的特点及应用范围。答：砂型铸造：特点：适应性广，可以生产各种形状、尺寸和重量的铸件，不受合金种类的限制。铸型制造简单，成本低，生产准备周期短。铸件精度较低，表面粗糙度较大，生产效率相对较低。应用范围：广泛应用于机械制造、冶金、矿山等行业，适用于单件、小批量和大批量生产各种中小型和大型铸件，如机床床身、发动机缸体、箱体等。熔模铸造：特点：铸件精度高，表面质量好，可以铸造形状非常复杂的铸件，如叶片、叶轮等。不需要分型面，减少了铸造缺陷的产生。生产工序复杂，生产周期长，成本较高。应用范围：主要用于制造航空航天、兵器、汽车、船舶等行业中一些精度要求高、形状复杂的小型零件，如涡轮发动机叶片、精密齿轮等。压力铸造：特点：生产效率高，铸件尺寸精度高，表面质量好，可以压铸出薄壁、形状复杂的铸件。铸件组织致密，力学性能好。设备投资大，模具制造费用高，不适合单件小批量生产。应用范围：广泛应用于汽车、摩托车、电器、仪表等行业，主要用于生产铝、锌、镁等有色金属的中小型铸件，如发动机缸体、变速箱壳体、电器外壳等。5.简述焊接变形的基本形式和防止焊接变形的措施。答：焊接变形的基本形式：收缩变形：包括纵向收缩变形和横向收缩变形，是由于焊缝金属的冷却收缩引起的。角变形：焊接后构件的平面围绕焊缝产生的角位移，通常是由于焊缝截面形状不对称，熔敷金属在厚度方向上分布不均引起的。弯曲变形：由焊缝布置不对称，焊缝收缩使工件产生弯曲。波浪变形：薄板焊接时，由于焊缝的纵向和横向收缩导致薄板失稳而产生波浪状变形。扭曲变形：由于焊接顺序不合理、装配质量差等原因，使工件产生扭曲。防止焊接变形的措施：设计措施：合理选择焊缝尺寸和形状，尽量减少焊缝的数量和长度。合理安排焊缝位置，使焊缝对称分布，以减小焊接变形。工艺措施：反变形法：在焊接前预先将工件向与焊接变形相反的方向进行变形，以抵消焊接后的变形。刚性固定法：将工件固定在刚性平台或夹具上，限制焊接变形。但对于塑性较差的材料可能会产生较大的焊接应力。合理选择焊接方法和焊接参数：采用能量集中的焊接方法，如氩弧焊等，可以减小焊接热影响区，降低焊接变形。同时，选择合适的焊接电流、电压和焊接速度。合理安排焊接顺序：先焊收缩量大的焊缝，对称焊接、分段退焊等方法可以减小焊接变形。焊后矫正：对于已经产生的焊接变形，可以采用机械矫正、火焰矫正等方法进行矫正。五、综合分析题1.某机床厂生产的机床主轴，要求具有良好的综合力学性能，轴颈部分要求硬度高、耐磨性好。请选择合适的材料、制定加工工艺路线，并说明各热处理工序的作用。答：材料选择：根据机床主轴的性能要求，可选用40Cr钢。40Cr是一种合金结构钢，具有较高的强度、韧性和淬透性，能满足主轴良好的综合力学性能要求，同时通过表面淬火可以使轴颈部分获得高硬度和良好的耐磨性。加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质处理→精加工→轴颈表面淬火+低温回火→磨削加工。各热处理工序的作用：正火：锻造后进行正火处理，目的是细化晶粒，消除锻造应力，改善切削加工性能，为后续的热处理作组织准备。正火可以使钢材的硬度适中，便于进行机械加工。调质处理：在粗加工后进行调质处理，即淬火加高温回火。淬火可以使钢获得马氏体组织，提高钢的强度和硬度；高温回火可以消除淬火应力，使组织转变为回火索氏体，具有良好的综合力学性能，满足主轴整体的性能要求。轴颈表面淬火：在精加工后对轴颈部分进行表面淬火，使轴颈表面获得高硬度的马氏体组织，提高轴颈的硬度和耐磨性，以满足轴颈与轴承等部件配合的使用要求。低温回火：表面淬火后进行低温回火，主要是为了消除表面淬火产生的内应力，降低脆性，同时保持轴颈表面的高硬度和耐磨性。2.分析比较铸铁和铸钢在成分、组织和性能上的差异，并说明它们在工程中的主要应用。答：成分差异：铸铁：含碳量一般在2.11%6.69%之间，还含有硅、锰、硫、磷等杂质元素。其中，硅的含量较高，一般在1.0%3.0%之间，它能促进石墨化。铸钢：含碳量一般在0.15%0.60%之间，杂质元素含量相对较低。组织差异：铸铁：根据石墨的形态不同，其组织有多种类型。如灰铸铁中石墨呈片状，