工程材料及型技术习题及答案

工程材料及型技术习题及答案一、选择题（每题2分，共30分）1.金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。A.硬度B.强度C.塑性D.韧性2.铁碳合金相图中，共析转变的产物是（）。A.奥氏体B.铁素体C.珠光体D.莱氏体3.下列材料中，属于过共析钢的是（）。A.20钢B.45钢C.T8钢D.T12钢4.钢的淬火目的是为了获得（）。A.珠光体组织B.铁素体组织C.马氏体或贝氏体组织D.奥氏体组织5.制造锉刀、手工锯条通常应选用的材料及最终热处理工艺是（）。A.45钢，淬火+高温回火B.T12钢，淬火+低温回火C.20CrMnTi，渗碳+淬火+低温回火D.W18Cr4V，淬火+多次回火6.下列铸铁中，强度最高、塑性和韧性最好的是（）。A.灰铸铁B.可锻铸铁C.蠕墨铸铁D.球墨铸铁7.硬质合金的主要组成相是（）。A.金属碳化物和钴B.金属氧化物和铝C.金属氮化物和铁D.金属硼化物和镍8.铝合金的时效硬化处理，其先决条件是（）。A.合金元素在铝中有较大的固溶度，且固溶度随温度降低而急剧减小B.合金元素在铝中固溶度很小C.合金在高温下发生共晶转变D.合金在低温下发生共析转变9.下列高分子材料中，属于热固性塑料的是（）。A.聚乙烯（PE）B.聚氯乙烯（PVC）C.环氧树脂（EP）D.聚酰胺（PA）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11.复合材料中，主要承受载荷的组分称为（）。A.基体B.增强体C.界面相D.粘结剂12.铸造生产中，影响合金流动性的最主要因素是（）。A.浇注温度B.铸型材料C.铸件结构D.合金成分13.锻造时，金属的加热温度应控制在（）。A.固相线以上B.液相线以下C.始锻温度和终锻温度之间D.再结晶温度以下14.焊接电弧中，温度最高的区域是（）。A.阳极区B.阴极区C.弧柱区D.焊接熔池15.在切削过程中，对刀具耐用度影响最大的因素是（）。A.切削速度B.进给量C.背吃刀量D.工件材料二、填空题（每空1分，共20分）1.晶体缺陷主要分为点缺陷、______和面缺陷三类。位错属于______缺陷。2.根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置的不同，固溶体可分为______固溶体和______固溶体。3.共晶反应式（以铁碳合金为例）为：，其反应产物称为______。4.钢的热处理工艺曲线包括加热、______和______三个基本阶段。5.化学热处理的基本过程包括分解、______和______三个步骤。6.根据石墨形态，铸铁可分为灰铸铁、______、______和蠕墨铸铁。7.根据主加元素不同，黄铜是以______为主加元素的铜合金，青铜是以______为主加元素的铜合金。8.玻璃钢是______纤维增强______基复合材料。9.砂型铸造中，制造铸型用的材料主要包括______、______、粘结剂及附加物。10.自由锻的基本工序包括镦粗、______、冲孔、______、弯曲和切断等。11.焊条由______和______两部分组成。三、判断题（每题1分，共10分）1.材料的屈服强度越高，其允许的工作应力就越高。（）2.铁素体和奥氏体都是碳在α-Fe和γ-Fe中形成的间隙固溶体。（）3.所有合金元素都能提高钢的淬透性。（）4.可锻铸铁比灰铸铁具有更好的可锻性。（）5.纯铝的强度很低，但塑性很好。（）6.橡胶在室温下处于高弹态，其玻璃化转变温度高于室温。（）7.陶瓷材料的抗压强度远高于其抗拉强度。（）8.铸造是生产复杂形状零件毛坯的唯一方法。（）9.模锻与自由锻相比，生产率高，锻件尺寸精度高，但需要专用模具。（）10.埋弧焊和氩弧焊都属于电弧焊，且都是明弧焊接。（）四、名词解释（每题3分，共15分）1.加工硬化2.淬透性3.调质处理4.孕育处理5.焊接热影响区五、简答题（每题5分，共25分）1.简述细晶强化的原理及常用方法。2.比较退火与正火的主要异同点。3.简述灰铸铁的性能特点及主要应用。4.简述复合材料的主要性能特点。5.什么是金属的锻造流线？它对零件性能有何影响？在零件设计和制造中应如何考虑？六、综合应用题（每题10分，共20分）1.现有20、45、T10、T12四种钢，请回答以下问题：（1）按含碳量由低到高排列。（2）其中哪种钢的强度、硬度最高而塑性、韧性最差？简述其原因。（3）制造普通车床主轴（要求良好的综合力学性能）应选用哪种钢？并说明其预备热处理和最终热处理工艺。2.某厂用T10钢（Ac1≈730℃，Accm≈800℃）制造一批工具，其工艺路线为：锻造→热处理①→机加工→热处理②→精加工。（1）请指出热处理①和热处理②的具体工艺名称及目的。（2）若热处理①加热温度过高（如950℃），保温后空冷，对工具最终性能有何不利影响？为什么？（3）若热处理②后硬度不足，请分析可能的原因。答案与解析一、选择题1.B。强度是材料抵抗永久变形和断裂的能力。2.C。共析转变：，转变产物为珠光体。3.D。T12钢含碳量约1.2%，高于共析点0.77%，属于过共析钢。T8为共析钢，20、45为亚共析钢。4.C。淬火是将钢加热到奥氏体化后快速冷却，以获得马氏体或贝氏体组织。5.B。锉刀、锯条要求高硬度、高耐磨性，应选用高碳工具钢（如T12）并进行淬火+低温回火。6.D。球墨铸铁中石墨呈球状，对基体的割裂作用最小，应力集中效应最弱，故强度、塑韧性最好。7.A。硬质合金由高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC）粉末和粘结剂（如Co）烧结而成。8.A。时效硬化的前提是合金元素在基体中有较大的固溶度，且随温度降低固溶度显著减小，从而为过饱和固溶体的脱溶析出创造条件。9.C。环氧树脂（EP）加热固化后形成网状结构，重新加热不熔融，属于热固性塑料。PE、PVC、PA为热塑性塑料。10.B。陶瓷材料以离子键和共价键为主，结合强度高，决定了其高硬度、高熔点、高脆性的特点。11.B。增强体是复合材料中主要起承载作用的组分，如纤维、颗粒等。12.D。合金成分（决定结晶温度范围、结晶潜热等）是影响其流动性的内因和根本因素。13.C。锻造温度区间应保证金属具有最佳塑性（高于再结晶温度）和最低变形抗力，且不发生过热过烧。14.C。焊接电弧中，弧柱区中心温度最高，可达5000K以上。15.A。切削速度对切削温度影响最显著，因而对刀具磨损和耐用度影响最大。二、填空题1.线缺陷；线2.置换；间隙3.莱氏体（或低温莱氏体）4.保温；冷却5.吸收；扩散6.可锻铸铁；球墨铸铁7.锌；锡（或除锌、镍以外的其他元素，如铝、硅等）8.玻璃；树脂（或塑料）9.原砂；型砂（或芯砂）10.拔长；扭转（或切割）11.焊芯；药皮三、判断题1.√。屈服强度是材料开始发生明显塑性变形的抗力指标，是设计时确定许用应力的主要依据。2.√。铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体。3.×。大多数合金元素（如Mn、Cr、Ni、Mo等）能提高淬透性，但Co元素会降低淬透性。4.×。可锻铸铁是由白口铸铁经长时间石墨化退火得到，其石墨呈团聚状，塑韧性优于灰铸铁，但并不能进行锻造加工。“可锻”仅表示其具有一定的塑性变形能力。5.√。纯铝的强度约为80~100MPa，但断后伸长率可达30%~50%。6.×。橡胶在室温下处于高弹态，说明其玻璃化转变温度远低于室温。7.√。陶瓷内部存在大量显微裂纹、气孔等缺陷，对拉应力极为敏感，抗拉强度低，但其共价键/离子键结合使其抗压强度很高。8.×。铸造是生产复杂形状毛坯最常用的方法，但不是唯一方法。粉末冶金、3D打印等也可用于复杂零件制造。9.√。模锻利用封闭的模膛成型，故尺寸精确、效率高，但模具成本高。10.×。埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧，属于“埋弧”，不是明弧。氩弧焊是明弧焊接。四、名词解释1.加工硬化：金属材料在冷塑性变形过程中，随着变形程度的增加，其强度和硬度升高，而塑性和韧性下降的现象。其本质是位错密度增加，缠结加剧，导致进一步滑移困难。2.淬透性：指钢在淬火时获得马氏体组织深度的能力，即钢在淬火时得到淬硬层深度的能力。它反映了钢在淬火时奥氏体转变为马氏体的难易程度，主要取决于钢的化学成分（尤其是合金元素）。3.调质处理：指淬火加高温回火的复合热处理工艺。其目的是使零件获得强度、硬度、塑性和韧性良好配合的综合力学性能，组织为回火索氏体。4.孕育处理：在浇注前向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金），以促进石墨形核，细化石墨，获得细小、均匀分布的A型石墨，从而提高灰铸铁强度、防止白口的工艺。5.焊接热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧的母材因受焊接热循环作用而发生组织与性能变化的区域。该区域的组织和性能不均匀，常是焊接接头的薄弱环节。五、简答题1.细晶强化原理及方法：原理：晶粒越细，晶界总面积越大。晶界是位错运动的障碍，晶粒细化使位错运动受阻增大，从而提高材料的强度。同时，细晶粒使变形更均匀，塑性、韧性也得到改善。常用方法：①在凝固过程中，通过增加过冷度、加入变质剂（孕育剂）、振动等方法增加形核率，细化晶粒。②在固态相变过程中，控制形核与长大条件，如正火、退火等。③通过塑性变形和再结晶退火细化晶粒。2.退火与正火异同：相同点：都是将钢加热到奥氏体化温度以上，保温后冷却的热处理工艺，属于预备热处理，主要目的是调整组织、消除缺陷、为后续加工做准备。不同点：①加热温度：正火亚共析钢加热到A以上30~50℃，过共析钢加热到Accm3.灰铸铁性能特点及应用：性能特点：①优良的铸造性能（流动性好、收缩小）。②良好的减震性。③良好的耐磨性和减摩性。④良好的切削加工性。⑤较低的缺口敏感性。⑥力学性能较差：抗拉强度低、塑性韧性几乎为零，属于脆性材料，但抗压强度接近钢。主要应用：制造承受压力和震动的箱体、机座、床身、缸体、壳体等结构件，如机床床身、发动机缸体、减速箱箱体等。4.复合材料性能特点：比强度和比模量高：即强度/密度和模量/密度高，这对要求减轻自重的结构件（如航空航天器）意义重大。良好的抗疲劳和破断安全性：纤维增强复合材料对缺口、疲劳不敏感，纤维与基体界面能阻止裂纹扩展。优良的高温性能：许多增强纤维（如碳纤维、硼纤维）在高温下强度保持率高。良好的减震性能：复合材料界面吸震能力强，阻尼特性好。可设计性强：可通过改变增强体与基体的种类、比例、分布和连接方式，设计出满足特定性能要求的材料。5.锻造流线及其影响与考虑：概念：金属在锻造塑性变形时，内部的杂质、第二相、偏析等沿主变形方向被拉长，形成纤维状组织，称为锻造流线（或纤维组织）。对性能影响：使材料性能呈现各向异性。沿流线方向（纵向）的强度、塑韧性优于垂直方向（横向）。设计与制造考虑：①应使零件工作时的最大正应力方向与流线方向平行，最大切应力方向与流线方向垂直。②流线分布应尽量与零件轮廓相符，不被切断。例如，吊钩、曲轴等零件应采用模锻成形，使流线连续分布，以提高其承载能力。避免用简单锻坯经切削加工获得，以免切断流线，降低性能。六、综合应用题1.（1）按含碳量由低到高排列：20钢（~0.20%）<45钢（~0.45%）<T10钢（~1.0%）<T12钢（~1.2%）。（2）T12钢的强度、硬度最高而塑性、韧性最差。原因：T12钢含碳量最高（~1.2%），属于过共析钢。其热处理后组织中含有大量硬而脆的渗碳体（尤其是网状或粒状二次渗碳体），且基体为高碳马氏体或回火马氏体，硬度高。大量脆性相和硬基体导致其塑性、韧性极差。（3）制造车床主轴应选用45钢。因其要求良好的综合力学性能（强度、塑性、韧性合理配合）。预备热处理：采用完全退火或正火。目的：细化晶粒，均匀组织，消除锻造应力，改善切削加工性，为最终热处理做组织准备。最终热处理：调质处理（淬火+高温回火）。淬火获得马氏体，高温回火后得到回火索氏体组织，使主轴获得良好的综合力学性能。对轴颈等要求耐磨的部位，可再进行表面淬火+低温回火。2.（1）热处理①：球化退火。目的：将片状渗碳体转变为球状渗碳体，降低硬度（T10锻造后硬度高），改善切削加工性，并为后续淬火做组织准备（获得均匀的球状珠光体，减少淬火变形开裂倾向，获得更佳的淬火效果）。热处理②：淬火+低温回火。目的：获得高硬度和高耐磨性，满足工具的使用要求。淬火得到马氏体+残余奥氏体+粒状渗碳体，低温回火消除内应力，提高韧性，稳定尺寸。（2）若球化退火加热温度过高（950℃远高于Accm≈800℃），会使碳化物完全溶解，奥氏体晶粒粗大，且碳浓度均匀化。随后空冷，可能得到粗大的片状珠光体组织，甚至出现网状渗碳体。这会导致：①后续机加工困难（硬度可能不降反升，且切削性差）。②淬火时变形开裂倾向增大。③最终淬火回火后，韧性下降，