2025年金属材料及热处理试卷附答案

2025年金属材料及热处理试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种晶体结构属于体心立方晶格？A.γ-Fe（912℃以上）B.α-Fe（912℃以下）C.纯铝D.纯铜答案：B2.铁碳合金中，共析反应的产物是：A.莱氏体（Ld）B.珠光体（P）C.铁素体（F）D.奥氏体（A）答案：B3.某钢件要求表面高硬度、心部良好韧性，应采用的热处理工艺是：A.完全退火B.表面淬火+低温回火C.正火D.球化退火答案：B4.铝合金固溶处理后进行时效的主要目的是：A.提高塑性B.消除内应力C.析出强化相D.细化晶粒答案：C5.下列材料中，焊接性能最好的是：A.T10钢（含碳量1.0%）B.Q235钢（含碳量0.17%）C.45钢（含碳量0.45%）D.65Mn钢（含碳量0.65%）答案：B6.马氏体转变的主要特征是：A.扩散性、体积收缩B.无扩散性、切变共格C.平衡转变、晶粒粗化D.缓慢形核、长程扩散答案：B7.为改善高碳钢的切削加工性能，应采用的预处理工艺是：A.完全退火B.球化退火C.正火D.均匀化退火答案：B8.以下哪种元素是钢中的有益元素？A.硫（S）B.磷（P）C.锰（Mn）D.氧（O）答案：C9.灰铸铁的性能特点是：A.强度高、塑性好B.减震性好、抗压强度高C.焊接性好、韧性高D.耐热性差、易变形答案：B10.固溶强化的本质是：A.晶粒细化阻碍位错运动B.溶质原子与位错交互作用C.第二相粒子钉扎位错D.形成固溶体降低晶格畸变答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.金属的结晶过程包括______和______两个基本阶段。答案：形核；长大2.铁碳相图中，A1温度是______℃，Acm是______线。答案：727；奥氏体与渗碳体的分界线（或碳在奥氏体中的溶解度曲线）3.常见的金属晶体缺陷有______、______和______。答案：点缺陷（空位、间隙原子）；线缺陷（位错）；面缺陷（晶界、亚晶界）4.钢的热处理工艺由______、______和______三个阶段组成。答案：加热；保温；冷却5.铝合金按加工方式分为______铝合金和______铝合金，其中可热处理强化的是______铝合金。答案：变形；铸造；变形6.马氏体的硬度主要取决于______，其塑性和韧性随______含量增加而显著下降。答案：含碳量；碳7.球墨铸铁通过______处理获得，其石墨形态为______，力学性能接近______。答案：球化；球状；钢8.回火的主要目的是______、______和______。答案：消除内应力；稳定组织；调整力学性能三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.所有金属的结晶都需要过冷度。（）答案：√2.奥氏体的溶碳能力比铁素体弱。（）答案：×（奥氏体溶碳能力更强，最大2.11%）3.正火的冷却速度比退火快，因此正火后的组织更细，强度和硬度更高。（）答案：√4.40Cr钢是合金结构钢，主要用于制造齿轮、轴类零件。（）答案：√5.黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金以外的铜基合金。（）答案：√6.淬火钢回火温度越高，硬度和强度越高。（）答案：×（回火温度越高，硬度和强度越低）7.灰铸铁中的石墨呈片状，会割裂基体，因此塑性和韧性几乎为零。（）答案：√8.固溶处理后的铝合金在室温下放置，强度和硬度随时间增加的现象称为自然时效。（）答案：√9.高速钢刀具需采用高温回火（560℃左右），以获得二次硬化效果。（）答案：√10.纯金属的结晶温度是恒定的，而合金的结晶温度是一个区间。（）答案：√四、简答题（每题6分，共30分）1.简述细化金属晶粒的常用方法及其原理。答案：细化晶粒的常用方法有：（1）增加过冷度：过冷度越大，形核率大于长大速率，晶粒细化；（2）变质处理：加入变质剂作为外来晶核，增加形核率；（3）振动或搅拌：破坏正在生长的晶粒，增加晶核数量；（4）热处理（如正火）：通过控制冷却速度，抑制晶粒长大。原理均为通过增加形核率或抑制晶粒长大，减少最终晶粒尺寸。2.比较完全退火与球化退火的工艺特点及应用范围。答案：完全退火工艺：加热至Ac3以上30-50℃，保温后随炉缓慢冷却；目的是细化晶粒、消除内应力、降低硬度，适用于亚共析钢的预处理。球化退火工艺：加热至Ac1以上20-30℃，保温后缓慢冷却或等温，使渗碳体球化；目的是降低硬度、改善切削性能，适用于过共析钢（如工具钢）的预处理。3.分析45钢（含碳0.45%）经“淬火+高温回火”后获得的组织及性能特点。答案：45钢淬火后得到马氏体，高温回火（500-650℃）后马氏体分解，形成回火索氏体（铁素体基体+细粒状渗碳体）。性能特点：综合力学性能优良，具有较高的强度、塑性和韧性，适用于制造轴类、齿轮等承受复杂载荷的零件。4.为什么铝合金的固溶处理需要快速冷却，而时效处理需要控制加热温度和时间？答案：固溶处理目的是将第二相溶解于基体，形成过饱和固溶体，快速冷却（如水冷）可抑制第二相析出，保留过饱和状态。时效处理时，过饱和固溶体分解析出细小弥散的强化相（如θ'相），需控制温度和时间：温度过低时效不充分，温度过高析出相粗化（过时效），均导致强化效果下降；时间过短未完全析出，过长则过时效。5.说明铸铁中石墨形态对性能的影响（以灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁为例）。答案：灰铸铁石墨呈片状，割裂基体严重，应力集中明显，故塑性、韧性差，抗压强度高（约为抗拉强度3-4倍），减震性好；可锻铸铁石墨呈团絮状，对基体割裂减轻，塑性、韧性优于灰铸铁；球墨铸铁石墨呈球状，应力集中最小，基体连续性好，力学性能接近钢（抗拉强度、塑性、韧性显著提高）。五、综合分析题（20分）某汽车制造厂需制造一批载重卡车的驱动桥齿轮（承受高冲击载荷、表面需高硬度耐磨、心部需良好韧性），请完成以下设计：（1）选择合适的材料（说明钢种及含碳量范围）；（2）设计热处理工艺路线（含各工艺的温度范围及目的）；（3）分析最终获得的组织及性能是否满足要求。答案：（1）材料选择：20CrMnTi（低碳合金渗碳钢，含碳量0.17-0.23%，含Cr、Mn、Ti等合金元素）。选择理由：低碳保证心部良好韧性；Cr、Mn提高淬透性，Ti阻止奥氏体晶粒长大（细化晶粒），适合渗碳处理。（2）热处理工艺路线：①预处理：正火（加热至Ac3以上30-50℃，空冷）→细化晶粒、调整硬度（170-217HBW），改善切削性能；②渗碳（900-950℃，渗碳剂中保温6-10h）→表层含碳量增至0.8-1.0%，形成高碳奥氏体层；③淬火（预冷至830-860℃，油冷）→表层高碳奥氏体转变为马氏体，心部低碳奥氏体转变为低碳马氏体或屈氏体（保证心部强度）；④低温回火（180-200℃，1-2h）→消