2025年6月工程材料及成型技术基础复习题与参考答案

2025年6月工程材料及成型技术基础复习题与参考答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列材料中，属于复合材料的是（）A.45钢B.铝合金C.玻璃纤维增强环氧树脂D.工业纯铁答案：C2.衡量材料抵抗局部塑性变形能力的指标是（）A.强度B.硬度C.韧性D.塑性答案：B3.体心立方晶格的致密度约为（）A.0.68B.0.74C.0.52D.0.82答案：A4.铁碳合金中，渗碳体的含碳量为（）A.0.0218%B.0.77%C.2.11%D.6.69%答案：D5.亚共析钢的室温平衡组织是（）A.铁素体+珠光体B.珠光体+二次渗碳体C.铁素体+莱氏体D.珠光体+莱氏体答案：A6.下列热处理工艺中，主要用于消除内应力的是（）A.完全退火B.球化退火C.去应力退火D.扩散退火答案：C7.45钢淬火后进行高温回火，得到的组织是（）A.马氏体B.回火索氏体C.回火屈氏体D.回火马氏体答案：B8.铸造时，液态金属的充型能力主要取决于（）A.浇注温度和流动性B.铸件壁厚和冷却速度C.型砂透气性和退让性D.铸造合金的收缩性答案：A9.自由锻与模锻的主要区别在于（）A.加热温度不同B.变形程度不同C.是否使用模具D.材料利用率不同答案：C10.焊接过程中，热影响区中晶粒粗大、力学性能最差的区域是（）A.熔合区B.过热区C.正火区D.不完全重结晶区答案：B11.铝合金常用的变质处理是为了（）A.细化晶粒B.提高强度C.改善铸造性能D.增加耐蚀性答案：A12.冲压成型中，拉深件的“危险断面”位于（）A.凸缘部分B.筒壁与底部过渡区C.筒壁上部D.底部中心答案：B13.灰铸铁的力学性能主要取决于（）A.基体组织和石墨形态B.含碳量C.冷却速度D.热处理工艺答案：A14.下列成型方法中，适合生产形状复杂、尺寸精度高的薄壁件的是（）A.砂型铸造B.压力铸造C.自由锻D.电弧焊答案：B15.钢的淬透性主要取决于（）A.含碳量B.合金元素含量C.奥氏体化温度D.冷却介质答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.材料的力学性能指标包括强度、硬度、（）和（）等。答案：塑性；韧性2.金属的晶体缺陷主要有（）、（）和（）三类。答案：点缺陷；线缺陷；面缺陷3.铁碳相图中，A1温度是（）℃，A3温度是（）与（）的转变温度。答案：727；铁素体；奥氏体4.常见的淬火冷却介质有（）和（），其中（）的冷却能力更强。答案：水；油；水5.铸造合金的收缩分为（）、（）和（）三个阶段。答案：液态收缩；凝固收缩；固态收缩6.焊接接头由（）和（）组成，其中（）是性能最薄弱的区域。答案：焊缝；热影响区；熔合区7.冲压基本工序包括（）、（）、（）和（）。答案：冲裁；弯曲；拉深；成型8.铝合金按成分和工艺特点分为（）和（）两类。答案：形变铝合金；铸造铝合金三、简答题（每题6分，共36分）1.比较退火与正火的工艺区别及应用场景。答案：退火是将工件加热到适当温度（亚共析钢为Ac3+30-50℃，过共析钢为Ac1+30-50℃），保温后缓慢冷却（炉冷）；正火则是加热后在空气中冷却。退火的冷却速度慢，得到的组织更粗大，硬度更低；正火冷却速度较快，组织更细，强度、硬度更高。应用上，退火多用于高碳钢的软化（如球化退火改善切削性能）、消除内应力（去应力退火）；正火多用于低碳钢的强化（提高硬度便于切削）、消除网状二次渗碳体（过共析钢），或作为最终热处理（性能要求不高的零件）。2.分析灰铸铁中石墨形态对性能的影响。答案：灰铸铁中的石墨呈片状，相当于在基体中存在大量微裂纹，会割裂基体并引起应力集中，导致其抗拉强度、塑性和韧性较低，但抗压强度与基体相近（抗压时石墨的不利影响较小）。石墨的存在也赋予其良好的减震性（石墨能吸收振动能量）、减磨性（石墨可作润滑剂）和铸造性能（石墨析出时体积膨胀，补偿部分收缩）。若石墨细化或球化（如球墨铸铁），应力集中减小，力学性能可显著提高。3.简述金属塑性变形的实质及影响因素。答案：金属塑性变形的实质是位错的运动与增殖。单晶体变形以滑移和孪生为主，多晶体变形需协调各晶粒的变形方向。影响因素包括：（1）金属本质：纯度越高、晶粒越细，塑性越好；（2）变形温度：温度升高，原子活动能力增强，位错运动阻力减小，塑性提高；（3）变形速度：低速变形时，位错有时间运动和增殖，塑性较好；高速变形时，热效应可能提高塑性，但易产生裂纹；（4）应力状态：压应力越多，塑性越好（拉应力易引发裂纹）。4.为什么铝合金铸造时常用变质处理？说明其原理。答案：铸态铝合金（如Al-Si合金）中，共晶Si常以粗大针状或片状存在，严重割裂基体，导致力学性能（尤其是塑性）低下。变质处理通过向液态合金中加入钠盐（如NaF+NaCl）或锶（Sr）等变质剂，改变Si的结晶条件，使共晶Si细化为纤维状或短棒状，从而减少对基体的割裂作用，显著提高合金的强度和塑性。变质处理是改善铸造铝合金性能的关键工艺。5.分析焊接热影响区的分区及各区域的组织性能特点。答案：焊接热影响区分为熔合区、过热区、正火区和不完全重结晶区。（1）熔合区：焊缝与母材的过渡区，宽度约0.1-0.4mm，组织为部分熔化的铸造组织和粗大过热组织，晶粒粗大，力学性能差，是裂纹敏感区；（2）过热区：紧邻熔合区，加热温度远高于Ac3（约1100-1400℃），晶粒严重粗化，形成粗大魏氏组织，塑性、韧性显著下降；（3）正火区：加热温度为Ac3+30-50℃至1100℃，发生完全重结晶，晶粒细化，组织为细小均匀的铁素体+珠光体，力学性能优于母材；（4）不完全重结晶区：加热温度为Ac1至Ac3之间，部分铁素体未溶解，未溶铁素体晶粒粗大，已溶部分重新结晶为细小晶粒，组织不均匀，力学性能略低于正火区。6.简述冲压成型中拉深件起皱和拉裂的原因及预防措施。答案：起皱原因：拉深时，凸缘部分受切向压应力作用，当压应力超过材料临界失稳应力时，凸缘失稳起皱。预防措施：采用压边圈（施加合适压边力）、减小拉深系数（增加拉深次数）、提高材料塑性（如选用r值高的板材）。拉裂原因：筒壁与底部过渡区（危险断面）受拉应力最大，当拉应力超过材料抗拉强度时发生断裂。预防措施：合理设计模具圆角（凸模、凹模圆角半径不宜过小）、控制拉深系数（避免一次拉深变形过大）、使用润滑剂（减小摩擦阻力）、选择塑性好的材料（如08钢）。四、综合分析题（每题12分，共24分）1.某汽车发动机缸体需承受高温、高压及周期性冲击载荷，要求材料具有良好的铸造性能、导热性和耐磨性。试选择合适的材料及成型工艺，并说明理由。答案：材料选择：灰铸铁（如HT250）或球墨铸铁（如QT500-7）。灰铸铁中石墨呈片状，虽塑性低，但铸造性能优异（流动性好、收缩小），导热性好（石墨的导热作用），且石墨可储存润滑油，耐磨性好，适合制造形状复杂的缸体。若需更高强度（如高性能发动机），可选用球墨铸铁，其石墨呈球状，对基体割裂小，强度、韧性接近钢，同时保留较好的铸造性能和耐磨性。成型工艺：砂型铸造（或消失模铸造）。砂型铸造工艺灵活，适合生产形状复杂的大型铸件（缸体结构复杂，有大量内腔），成本较低；消失模铸造无需起模，尺寸精度更高，表面更光洁，适合批量生产。若为铝合金缸体（轻量化需求），则选择压力铸造（铝合金流动性好，压力铸造可实现薄壁复杂结构，生产效率高）。2.某轴类零件（材料为40Cr）要求表面硬度50-55HRC，心部具有良好的强韧性（抗拉强度≥900MPa，冲击韧性≥60J/cm²）。试设计其热处理工艺，并分析各阶段的组织转变及性能变化。答案：热处理工艺：正火→调质→表面淬火+低温回火。（1）正火：加热至Ac3+30-50℃（约860℃），保温后空冷。目的是消除锻造应力，细化晶粒，改善切削性能。组织由粗大的铁素体+珠光体变为细小的铁素体+珠光体，硬度提高（约180-220HB），便于机加工。（2）调质处理：加热至Ac3+30-50℃（850℃）保温后油淬，得到马氏体组织；随后高温回火（500-600℃），马氏体分解为回火索氏体（铁素体基体+细粒状渗碳体）。心部组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能（抗拉强度≥900MPa，冲