2025年《机械工程材料》期末复习试题及答案

2025年《机械工程材料》期末复习试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.衡量材料抵抗局部塑性变形能力的力学性能指标是（）。A.抗拉强度B.屈服强度C.硬度D.冲击韧性答案：C2.纯铁在912℃时发生同素异构转变，由体心立方（α-Fe）转变为面心立方（γ-Fe），此时晶体的致密度变化为（）。A.增加B.减少C.不变D.先增后减答案：A（面心立方致密度0.74，体心立方0.68）3.下列晶体缺陷中，属于线缺陷的是（）。A.空位B.位错C.晶界D.间隙原子答案：B4.铁碳合金中，珠光体的本质是（）。A.铁素体与渗碳体的层片状机械混合物B.奥氏体与渗碳体的共晶体C.铁素体与奥氏体的固溶体D.渗碳体的单一相答案：A5.某钢件经850℃加热后油冷，得到的组织主要是（）。A.索氏体B.托氏体C.马氏体D.珠光体答案：C（油冷冷却速度足够快，超过临界冷却速度）6.灰铸铁中石墨的形态是（）。A.片状B.球状C.蠕虫状D.团絮状答案：A7.铝合金的固溶处理与钢的（）工艺类似。A.退火B.正火C.淬火D.回火答案：C（均为快速冷却获得过饱和固溶体）8.下列材料中，适合制造汽车变速箱齿轮的是（）。A.Q235B.45钢C.20CrMnTiD.ZG270-500答案：C（需表面高硬度、心部强韧性，渗碳钢）9.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：B10.下列热处理工艺中，能显著提高材料疲劳强度的是（）。A.完全退火B.表面淬火C.球化退火D.去应力退火答案：B（表面压应力层抑制裂纹扩展）二、填空题（每空1分，共20分）1.材料的塑性常用（断后伸长率）和（断面收缩率）两个指标衡量。2.纯金属的结晶过程包括（形核）和（长大）两个基本阶段。3.铁碳合金相图中，共晶反应的温度是（1148℃），反应式为（Lc→（Ae+Fe3C））。4.钢的热处理工艺由（加热）、（保温）和（冷却）三个阶段组成。5.马氏体的显微组织形态主要有（板条马氏体）和（针状马氏体）两种，其中（板条马氏体）的塑性和韧性较好。6.普通黄铜是（铜锌）二元合金，锡青铜中锡的质量分数一般不超过（10%）。7.工程塑料中，（聚四氟乙烯）被称为“塑料王”，具有优异的耐腐蚀性；（尼龙）的耐磨性突出，常用于制造齿轮。8.铸铁的石墨化过程分为三个阶段，其中（第一阶段）和（第二阶段）石墨化完全时，可获得灰铸铁；若（第三阶段）石墨化不完全，则形成可锻铸铁。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.材料的强度越高，其硬度一定越高。（×）（硬度与强度正相关，但受组织影响，如高碳淬火钢强度高但硬度未必最高）2.金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷。（√）3.奥氏体的溶碳能力比铁素体强，因为其晶格间隙更大。（√）（面心立方间隙大于体心立方）4.完全退火主要用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、降低硬度。（√）5.球墨铸铁通过球化处理使石墨呈球状，因此其力学性能接近钢。（√）6.铝合金的时效强化效果随时间延长而一直增加。（×）（存在最佳时效时间，过时效会软化）7.陶瓷材料的抗压强度远高于抗拉强度，主要因为其内部存在大量微裂纹。（√）8.高分子材料的力学性能受温度影响显著，温度升高时其强度降低、塑性增加。（√）9.20钢比T12钢的含碳量高，因此硬度更高。（×）（20钢含碳0.2%，T12含碳1.2%，后者硬度更高）10.表面淬火只改变工件表层组织，心部组织基本不变。（√）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述固溶强化的概念及作用机制。答：固溶强化是指通过溶入溶质原子形成固溶体，使材料强度、硬度提高的现象。机制：溶质原子与溶剂原子尺寸不同，引起晶格畸变，形成应力场；位错运动时需克服溶质原子的应力场阻力，从而阻碍位错滑移，提高材料强度。2.比较正火与退火的主要区别（至少列出4点）。答：①加热温度：正火加热温度略高于退火（亚共析钢正火Ac3+30-50℃，退火Ac3+20-30℃）；②冷却方式：正火空冷（冷却速度快），退火随炉冷（冷却速度慢）；③组织：正火得到细片状珠光体，退火得到粗片状或球状珠光体；④性能：正火后强度、硬度高于退火；⑤应用：正火用于改善切削性能或作为最终热处理，退火用于消除内应力、降低硬度。3.说明灰铸铁的性能特点及主要应用场合。答：性能特点：①力学性能：抗拉强度低（约为钢的1/3-1/4）、塑性和韧性差（接近0），但抗压强度与钢相当；②工艺性能：铸造性能优良（流动性好、收缩小），切削加工性好（石墨起润滑作用）；③其他性能：减震性好（石墨吸收振动）、耐磨性好（石墨可储油）。应用场合：承受压应力、振动或要求耐磨的零件，如机床床身、发动机缸体、齿轮箱壳体等。4.简述铝合金时效强化的条件及过程。答：条件：①合金在固态下有一定的固溶度，且固溶度随温度降低显著减小；②过饱和固溶体在室温或加热条件下能析出细小弥散的强化相。过程：①固溶处理：加热至单相区后快速冷却，获得过饱和固溶体；②时效：在室温（自然时效）或加热（人工时效）条件下，过饱和固溶体分解，析出细小弥散的第二相粒子；③第二相粒子阻碍位错运动，提高材料强度。5.分析45钢（含碳0.45%）经“840℃加热→水冷→200℃回火”后的组织与性能特点。答：组织：淬火后得到马氏体，经200℃低温回火后，马氏体中过饱和碳部分析出，形成极细的ε碳化物，组织为回火马氏体。性能特点：保持高硬度（HRC58-64）和高耐磨性，同时降低淬火内应力，改善脆性，韧性略有提高，适用于要求高硬度、耐磨的零件（如刀具、量具、滚动轴承）。五、综合分析题（20分）某汽车制造厂拟开发一款载重卡车的驱动桥主减速器齿轮，要求该齿轮表面具有高硬度（HRC58-62）和耐磨性，心部具有良好的强韧性（抗拉强度≥1000MPa，冲击吸收功≥50J）。请完成以下任务：（1）选择合适的材料（需说明牌号及类别）；（2）设计合理的热处理工艺路线（需包含各工序的温度范围及作用）；（3）分析最终热处理后的组织与性能匹配机制。答案：（1）材料选择：20CrMnTi（合金渗碳钢）。该钢含碳量低（0.17-0.23%），保证心部良好韧性；加入Cr、Mn、Ti等合金元素，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预备热处理：正火（900-950℃空冷）。作用：消除锻造应力，细化晶粒，调整硬度（170-217HBW），改善切削加工性。②渗碳处理：900-930℃气体渗碳，保温6-8h，使表层含碳量达0.8-1.0%。作用：获得高碳表层，为后续淬火提供碳浓度梯度。③淬火：830-850℃油冷（表层高碳钢淬火得马氏体，心部低碳钢淬火得低碳马氏体或屈氏体）。作用：使表层形成高硬度马氏体，心部获得强韧性组织。④低温回火：180-200℃保温2-3h。作用：消除淬火内应力，稳定组织，提高表层韧性（避免脆性断裂）。（3）组织与性能匹配机制：最终组织：表层为回火马氏体+少量残余