金属材料与热处理金属材料与热处理综合练习试卷(练习题库)(2025年)附答案

金属材料与热处理金属材料与热处理综合练习试卷(练习题库)(2025年)附答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.纯铁在912℃时发生同素异构转变，此时晶体结构由（）转变为（）。A.体心立方（α-Fe）→面心立方（γ-Fe）B.面心立方（γ-Fe）→体心立方（α-Fe）C.体心立方（δ-Fe）→面心立方（γ-Fe）D.面心立方（γ-Fe）→密排六方（ε-Fe）2.下列关于奥氏体的描述中，错误的是（）。A.碳在γ-Fe中的间隙固溶体B.塑性好，适合压力加工C.室温下不能稳定存在D.硬度高，耐磨性好3.45钢正常淬火后得到的组织是（）。A.马氏体+残余奥氏体B.珠光体+铁素体C.贝氏体+马氏体D.索氏体+屈氏体4.为改善T12钢（含碳量1.2%）的切削加工性能，应采用（）。A.完全退火B.球化退火C.正火D.等温退火5.下列铝合金中，属于形变铝合金的是（）。A.ZL102（铸造铝硅合金）B.2A12（硬铝）C.ZL201（铸造铝铜合金）D.ZL301（铸造铝镁合金）6.下列元素中，属于强碳化物形成元素的是（）。A.NiB.SiC.CrD.Co7.灰铸铁的性能特点是（）。A.抗拉强度高，抗压强度低B.塑性好，易切削C.减震性好，缺口敏感性低D.焊接性能优异8.某零件要求表面高硬度、高耐磨性，心部良好的强韧性，应采用（）。A.整体淬火+低温回火B.表面淬火+低温回火C.正火+高温回火D.退火+中温回火9.下列关于马氏体转变的描述，正确的是（）。A.转变速度慢，需要长时间保温B.转变无扩散，原子发生切变C.转变后体积缩小D.含碳量越高，马氏体硬度越低10.为消除铸件、锻件的内应力，应采用（）。A.完全退火B.去应力退火C.球化退火D.扩散退火11.下列钢种中，属于工具钢的是（）。A.Q235B.40CrC.T8D.20CrMnTi12.铝合金固溶处理后进行时效，其强化机制主要是（）。A.固溶强化B.第二相强化C.细晶强化D.位错强化13.下列热处理工艺中，属于化学热处理的是（）。A.感应淬火B.渗碳C.调质处理D.正火14.铁碳合金中，共晶反应的产物是（）。A.莱氏体（Ld）B.珠光体（P）C.铁素体（F）D.奥氏体（A）15.下列关于回火的描述，错误的是（）。A.低温回火主要用于工具、模具B.中温回火得到回火屈氏体，用于弹簧C.高温回火得到回火索氏体，用于轴类零件D.回火温度越高，钢的硬度和强度越高16.下列材料中，适合制造滚动轴承的是（）。A.GCr15B.65MnC.Q345D.HT25017.某钢的牌号为38CrMoAl，其中“Al”表示（）。A.含铝量≥0.1%B.铝是主要合金元素C.该钢为渗氮钢D.铝用于脱氧18.下列铸铁中，石墨形态为团絮状的是（）。A.灰铸铁B.可锻铸铁C.球墨铸铁D.蠕墨铸铁19.为提高40Cr钢制造的轴类零件的综合力学性能，应采用（）。A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火（调质处理）D.正火20.下列关于金属结晶的描述，正确的是（）。A.过冷度越大，形核率越高，晶粒越细B.纯金属结晶时需要一定的过热度C.冷却速度越慢，过冷度越大D.晶核形成后不再长大二、判断题（每题1分，共15分。正确打“√”，错误打“×”）1.所有金属材料在固态下都会发生同素异构转变。（）2.钢的含碳量越高，其硬度越高，塑性和韧性越低。（）3.正火的冷却速度比退火快，因此正火后的强度和硬度比退火低。（）4.马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，硬度高但脆性大。（）5.铝合金的时效强化是由于第二相粒子析出阻碍位错运动。（）6.灰铸铁中的石墨呈片状，会割裂基体，因此其抗拉强度远低于抗压强度。（）7.化学热处理的三个基本过程是分解、吸收和扩散。（）8.45钢的含碳量为4.5%。（）9.球墨铸铁通过球化处理使石墨呈球状，其力学性能接近钢。（）10.完全退火适用于亚共析钢，而球化退火适用于过共析钢。（）11.固溶处理是将合金加热到单相区保温后快速冷却，获得过饱和固溶体的工艺。（）12.黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡或其他元素的合金。（）13.钢的淬透性主要取决于临界冷却速度，临界冷却速度越小，淬透性越好。（）14.可锻铸铁可以锻造加工。（）15.高温回火后的组织是回火索氏体，具有良好的综合力学性能。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述铁碳合金相图中“共晶反应”和“共析反应”的区别（温度、成分、产物）。2.说明淬火加回火的目的，并比较低温、中温、高温回火后的组织与性能特点。3.分析合金元素Cr、Ni在钢中的主要作用。4.列举铝合金的主要强化方法，并说明时效强化的原理。5.比较灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的石墨形态及力学性能差异。四、综合分析题（每题8分，共16分）1.某汽车齿轮要求表面高硬度（58-62HRC）、高耐磨性，心部良好的强韧性（200-280HBW）。试选择合适的材料（钢种）及热处理工艺路线，并说明各工艺的作用。2.现有一根45钢制造的轴，使用中发现其硬度不足（180HBW），无法满足耐磨要求。请分析可能的原因，并提出两种改进措施（需说明具体工艺参数）。五、计算题（9分）已知某亚共析钢的显微组织中，铁素体占60%（体积分数），珠光体占40%。试计算该钢的含碳量（铁素体含碳量近似为0，珠光体含碳量为0.77%）。参考答案一、单项选择题1.A2.D3.A4.B5.B6.C7.C8.B9.B10.B11.C12.B13.B14.A15.D16.A17.C18.B19.C20.A二、判断题1.×2.√3.×4.√5.√6.√7.√8.×9.√10.√11.√12.√13.√14.×15.√三、简答题1.共晶反应：发生在1148℃，含碳量4.3%的液相（L）同时转变为奥氏体（A）和渗碳体（Fe₃C）的机械混合物（莱氏体Ld）；共析反应：发生在727℃，含碳量0.77%的奥氏体（A）同时转变为铁素体（F）和渗碳体（Fe₃C）的机械混合物（珠光体P）。二者区别：温度不同（共晶温度更高）、反应相不同（共晶为液相→固相+固相，共析为固相→固相+固相）、产物不同（莱氏体vs珠光体）。2.淬火目的：获得马氏体，提高硬度和强度；回火目的：消除淬火应力，稳定组织，调整性能。低温回火（150-250℃）：组织为回火马氏体，硬度高（58-64HRC），用于工具、模具；中温回火（350-500℃）：组织为回火屈氏体，弹性极限高（35-45HRC），用于弹簧；高温回火（500-650℃）：组织为回火索氏体，综合力学性能好（20-35HRC），用于轴、齿轮等。3.Cr的作用：提高淬透性，形成Cr₂₃C₆等碳化物提高耐磨性，抗氧化和耐蚀性（如不锈钢）；Ni的作用：固溶强化，提高淬透性，改善韧性（尤其低温韧性），与Cr配合提高耐蚀性（如1Cr18Ni9Ti）。4.铝合金强化方法：固溶强化、时效强化（沉淀强化）、细晶强化、加工硬化。时效强化原理：固溶处理后获得过饱和固溶体，在室温或加热条件下，过饱和的溶质原子脱溶析出细小弥散的第二相粒子（如Al₂Cu），阻碍位错运动，从而提高强度。5.灰铸铁：石墨呈片状，割裂基体，抗拉强度低（100-300MPa），塑性差；可锻铸铁：石墨呈团絮状，对基体割裂减轻，抗拉强度较高（300-450MPa），塑性较好（δ=2-12%）；球墨铸铁：石墨呈球状，对基体割裂最小，抗拉强度接近钢（400-800MPa），塑性较好（δ=2-18%）。四、综合分析题1.材料选择：20CrMnTi（渗碳钢）。热处理工艺路线：锻造→正火（细化组织，改善切削性能）→机加工→渗碳（900-950℃，渗碳层深0.8-1.2mm）→淬火（830-850℃油淬，表面获得高硬度马氏体）→低温回火（180-200℃，消除应力，稳定组织）→磨加工。渗碳提高表面含碳量，淬火使表面形成高硬度马氏体，心部因含碳量低保持良好韧性。2.可能原因：未进行淬火处理（仅退火或正火）；淬火加热温度不足（未达到Ac3以上）；冷却速度不够（未在水中淬火）。改进措施：①淬火+低温回火：加热至830-850℃（Ac3+30-50℃），水淬，然后150-200℃回火，硬度可达50-55HRC；②表面淬火+低温回火：感应