工程材料与成形技术基础习题试卷及答案

工程材料与成形技术基础习题试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。下列各题只有一个正确答案，将正确答案代号填在括号内）1.常见金属晶体结构中，体心立方晶格的配位数为（）A.6B.8C.12D.162.金属自发结晶过程中，过冷度越大，结晶后得到的晶粒尺寸（）A.越粗大B.越细小C.不受过冷度影响D.先变粗后变细3.实际铸造生产中，以下哪种方法不能细化铸件晶粒（）A.增大过冷度B.添加变质剂进行非均匀形核C.结晶过程中施加振动搅拌D.提高浇注温度和浇注速度4.金属发生冷塑性变形后，力学性能发生的变化是（）A.强度、硬度降低，塑性、韧性升高B.强度、硬度升高，塑性、韧性降低C.强度、硬度升高，塑性、韧性不变D.强度降低、硬度升高，塑性不变5.完全退火热处理工艺主要适用于（）A.亚共析钢B.过共析钢C.共析钢D.高碳合金钢6.过共析钢进行球化退火的合适加热温度范围是（）A.Ac₁以上30~50℃B.Ac₃以上30~50℃C.Accm以上30~50℃D.A₁以下20~30℃7.以下钢材中，属于典型渗碳钢的是（）A.20CrMnTiB.40CrC.65MnD.W18Cr4V8.普通灰铸铁中石墨的存在形态是（）A.球状B.团絮状C.片状D.蠕虫状9.砂型铸造造型起模工序中，常用作分型剂的材料是（）A.煤粉B.滑石粉C.石墨粉D.酒精10.以下铸造方法中，最适合大批量生产尺寸精度高、表面质量好的薄壁复杂铝合金铸件的是（）A.熔模铸造B.压力铸造C.砂型铸造D.金属型铸造11.锻造加工中，始锻温度过高最容易产生的缺陷是（）A.过热、过烧B.加工硬化C.变形抗力增大D.开裂12.单件小批量生产大型自由锻件的大断面坯料下料，最合适的方法是（）A.高速锯床锯切B.压力机剪切C.氧气切割D.砂轮切割13.冷冲压加工中，使板料沿封闭轮廓分离的工序是（）A.落料/冲孔B.弯曲C.拉深D.翻边14.以下焊接方法中，属于熔化焊的是（）A.电阻点焊B.摩擦焊C.钨极氩弧焊D.硬钎焊15.焊接普通低碳钢结构件，批量生产中通常选用的焊条是（）A.E4303酸性焊条B.E5015碱性焊条C.Z308铸铁焊条D.A102不锈钢焊条16.低碳钢焊接热影响区中，力学性能最差，最容易产生焊接失效的区域是（）A.熔合区B.过热区C.正火区D.不完全重结晶区17.评价金属材料可锻性好坏的核心指标是（）A.强度和硬度B.塑性和变形抗力C.韧性和硬度D.弹性和刚度18.连续批量生产碳纤维增强环氧树脂长型材，最合适的成形工艺是（）A.手糊成形B.拉挤成形C.热压罐成形D.模压成形19.共晶成分的铁碳合金铸造流动性好于固溶体合金，根本原因是（）A.结晶温度区间大B.恒温结晶C.熔点更低D.密度更大20.钢经调质处理后获得的组织是（）A.淬火马氏体B.回火马氏体C.回火索氏体D.回火屈氏体二、多项选择题（每题2分，共20分。多选、少选、错选均不得分，将正确答案代号填在括号内）1.以下金属晶格类型中，属于面心立方晶格的有（）A.α-FeB.γ-FeC.纯铝D.纯铜E.纯镁2.金属冷塑性变形产生的加工硬化，在工业生产中的主要应用包括（）A.提高低强度低碳钢的强度，满足结构件使用要求B.提高金属零件在使用过程中的安全可靠性C.作为冷成形加工的中间工序，保证成形顺利进行D.降低金属硬度，方便后续切削加工E.细化晶粒，显著提高材料韧性3.以下热处理工艺中，属于化学热处理的有（）A.渗碳B.渗氮C.感应淬火D.调质E.碳氮共渗4.低合金高强度结构钢相较于普通低碳碳素结构钢，具备的特点包括（）A.更高的强度，屈强比更高B.更好的耐腐蚀性和耐低温性C.良好的焊接成形性能D.在相同承载条件下可以减轻结构重量E.生产成本远高于低碳钢，性价比低5.砂型铸造分型面选择的基本原则包括（）A.尽量使铸件全部或大部分放在同一砂箱内B.尽量减少分型面的数量C.尽量使型腔和主要型芯位于下砂箱D.分型面应选在铸件的最大轮廓处E.优先采用平直分型面，减少活块和型芯数量6.自由锻的基本工序包括以下哪些类型（）A.镦粗B.拔长C.冲孔D.弯曲E.扭转7.影响金属材料焊接性的主要因素包括（）A.材料本身的化学成分B.所采用的焊接方法和焊接材料C.焊接构件的使用工况要求D.焊接工艺参数和预热、后热工艺E.焊接作业的环境温度和湿度8.注塑成形工艺中，影响产品质量的核心工艺参数包括（）A.料筒各段温度B.注射压力和注射速度C.保压压力和保压时间D.模具温度E.冷却时间9.粉末冶金成形工艺的主要优点包括（）A.可以制备难熔金属、硬质合金等特殊材料零件B.可以制备可控孔隙度的多孔材料，如过滤材料C.材料利用率高，少无切削加工，生产成本低D.适合大批量生产小型、精密异形零件E.可以生产任意大尺寸的复杂零件，不受设备限制10.冲压生产中，拉深工序常见的缺陷包括（）A.起皱B.拉裂C.回弹D.毛刺E.刚度不足三、填空题（每空1分，共20分。请将正确答案填在横线上）1.金属结晶的两个基本过程是________和________。2.Fe-Fe₃C相图中，共析钢的碳质量分数为________%，室温平衡状态下共析钢的组织为________。3.钢的淬透性是指钢在淬火时获得________的能力，淬硬性是指钢淬火后________的最高硬度。4.铸铁按石墨存在形态不同，分为灰铸铁、________、________和蠕墨铸铁四大类。5.锻造工艺按成形方式不同，分为________和________两大类。6.焊接按焊接过程的物理本质不同，分为熔焊、________和________三大类。7.砂型铸造中，型芯的主要作用是形成铸件的________和________。8.高聚物注塑成形的四个主要工艺阶段是加料、________、________、冷却脱模。9.金属塑性变形按变形温度不同，分为________和________两大类。10.复合材料按增强相的形态不同，分为________复合材料、颗粒增强复合材料和________复合材料三大类。四、简答题（每题6分，共30分）1.什么是金属的加工硬化？简述加工硬化的产生原因和工业应用。2.什么是同素异构转变？以纯铁为例说明同素异构转变的过程。3.简述模锻和自由锻相比，模锻的优缺点。4.简述低碳钢埋弧焊焊接过程中，熔合比的概念和影响。5.简述应力松弛对高分子材料零件使用性能的影响。五、综合应用题（共60分，每题20分）1.含碳质量分数为0.45%的铁碳合金，平衡冷却到室温，请根据Fe-Fe₃C相图回答下列问题：（1）该合金属于哪一类铁碳合金？（4分）（2）列式计算该合金在室温下平衡组织中，先共析铁素体和珠光体的质量分数。（8分）（3）说明室温下该合金的组织组成和相组成，对比分析含碳量为0.2%的低碳钢，该合金的强度、硬度、塑性有什么变化规律？（8分）2.某机床厂要生产一批6000mm长的大型机床床身，材料为HT200，单件小批量生产，要求床身导轨面耐磨，整体刚度满足要求：（1）选择最合适的成形工艺方法，说明选择理由。（8分）（2）确定该工艺的主要工艺过程，说明各工序的主要内容。（6分）（3）为了提高导轨面的耐磨性，应采用什么热处理工艺，说明原理。（6分）3.某汽车厂要生产变速箱输出轴，要求轴颈表面硬度50~55HRC，心部硬度22~28HRC，整体有良好的综合力学性能，承受冲击载荷，材料选用40Cr：（1）设计合理的加工工艺路线，从下料到成品。（10分）（2）说明工艺路线中各热处理工序的作用。（10分）参考答案---一、单项选择题（每题1分，共20分）1.B2.B3.D4.B5.A6.A7.A8.C9.B10.B11.A12.C13.A14.C15.A16.B17.B18.B19.B20.C二、多项选择题（每题2分，共20分）1.BCD2.ABC3.ABE4.ABCD5.ABCDE6.ABCDE7.ABCDE8.ABCDE9.ABCD10.ABC三、填空题（每空1分，共20分）1.形核；晶核长大2.0.77；珠光体3.马氏体；马氏体4.可锻铸铁；球墨铸铁5.自由锻；模锻6.压焊；钎焊7.内腔；孔洞8.注射充模；保压补缩9.冷塑性变形；热塑性变形10.纤维增强；层状增强四、简答题（每题6分，共30分）1.加工硬化是指金属在冷塑性变形过程中，随着变形程度增加，金属的强度、硬度不断升高，塑性、韧性不断下降的现象，也叫形变强化。（2分）产生原因：金属塑性变形时，位错不断增殖，位错密度显著升高，位错之间发生相互作用，产生大量位错缠结和胞状亚结构，导致位错运动阻力增大，变形抗力提高，因此强度硬度升高，塑性下降。（2分）工业应用：①提高低强度钢材的强度，是冷变形强化金属的重要方法，比如冷拔钢丝、冷冲压钢板都利用加工硬化提高强度；②提高零件使用的安全性，零件局部应力过载时，塑性变形引发加工硬化，阻止裂纹继续扩展，提高可靠性；③适合冷成形加工，比如冷弯、冷挤过程中，加工硬化让变形均匀分布，避免局部变形过度，保证成形顺利，答对两点即可给满分。（2分）2.同素异构转变是指金属在固态下，随着温度变化，从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程，也叫同素异晶转变。（2分）纯铁的同素异构转变过程：纯铁在室温到912℃之间，晶体结构为体心立方晶格，称为α-Fe；（1分）当温度升高到912~1394℃之间，α-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe；（1分）温度继续升高到1394℃到熔点1538℃之间，γ-Fe转变为体心立方晶格的δ-Fe；（1分）冷却过程中转变反向进行，纯铁的同素异构转变是钢铁材料能够通过热处理调整性能的根本原因。（1分）3.模锻相较于自由锻的优点：①模锻生产的锻件尺寸精度更高，表面粗糙度更低，加工余量小，材料利用率高，减少后续切削加工量；（1分）②模锻可以生产形状更复杂的锻件，锻件的纤维组织分布更合理，零件强度寿命更高；（1分）③模锻生产效率高，适合大批量生产，操作简单，容易实现机械化自动化。（1分）缺点：①模锻需要专用的模锻设备，模具制造成本高，生产准备周期长；（1分）②模锻受到设备吨位限制，不能生产大型锻件，一般只能生产中小型锻件；（1分）③生产成本比自由锻高，不适合单件小批量生产。（1分）4.熔合比是指埋弧焊等熔化焊接头中，母材熔化后在焊缝金属中所占的质量比例。（2分）影响：①熔合比直接影响焊缝金属的化学成分，如果母材中含有较多的硫、磷等有害杂质，熔合比过大会导致焊缝杂质含量升高，塑性韧性下降，容易产生裂纹；（2分）②调整熔合比可以调整焊缝成分，比如焊接低碳钢时，如果采用合适的熔合比，可以利用母材稀释，减少焊丝合金元素添加量，降低生产成本，焊接合金结构钢时，需要严格控制熔合比保证焊缝合金成分符合要求，避免成分不合格导致性能下降。（2分）5.应力松弛是指高分子材料在恒定变形条件下，内部应力随时间延长逐渐降低的现象，是高分子材料特有的力学行为。（2分）影响：①有利影响：密封用橡胶密封圈、垫片，安装后产生的预紧应力，即使发生少量松弛，仍然可以保持足够的密封应力，保证密封性能，同时避免应力长期过高导致材料老化开裂，延长使用寿命；（2分）②不利影响：对于预应力结构的高分子零件，比如预应力塑料齿轮、压力管道接头，应力松弛会导致预紧应力逐渐下降，引发零件松动、密封失效、传动精度下降，长期使用后会影响零件的正常工作，对于承受恒定载荷的结构零件，应力松弛会导致变形逐渐增大，降低结构的尺寸稳定性，影响零件使用精度。（2分）五、综合应用题（共60分，每题20分）1.（1）该合金含碳量0.45%，在0.0218%~2.11%范围内，属于亚共析碳素钢，即亚共析铁碳合金。（4分）（2）根据Fe-Fe₃C相图杠杆定律计算，室温下铁素体的碳含量近似为0.0008%，珠光体的碳含量为0.77%，设珠光体质量分数为w(P)，先共析铁素体质量分数为w(F)，则：w(P)=(0.450.0008)/(0.770.0008)≈0.45/0.77≈58.4%（4分）w(F)=1w(P)=158.4%=41.6%（4分，近似计算不扣分，过程正确即可）（3）室温下该合金的组织组成为：先共析铁素体+珠光体，相组成为：铁素体+渗碳体。（2分）和含碳0.2%的低碳钢相比，该合金含碳量更高，组织中硬脆相渗碳体（主要分布在珠光体中）含量更高，因此强度、硬度均高于低碳钢，塑性低于低碳钢。（3分）变化规律：对于亚共析钢，随着钢中含碳量升高，组织中珠光体含量不断增加，先共析铁素体含量不断减少，因此强度、硬度随含碳量升高近似线性升高，塑性、韧性随含碳量升高逐渐降低。（3分）2.（1）选择的成形工艺：砂型铸造，单件小批量生产采用木模手工造型。（3分）理由：①机床床身为大型复杂结构零件，单件小批量生产，砂型铸造对零件尺寸、生产批量适应性强，工艺准备周期短，模具成本远低于其他特种铸造方法，适合大型单件铸件生产；②HT200灰铸铁流动性好，收缩率低，适合砂型铸造生产大型复杂件，不易产生浇不足、冷隔、开裂等缺陷；③砂型铸造可以满足床身的尺寸精度和性能要求，后续切削加工可以保证导轨面的精度要求，综合成本最低。（5分）（2）主要工艺过程：①模样制备：根据床身图纸设计制作木质模样，按照内腔形状制作型芯木模，制备型芯砂；（2分）②造型造芯：手工造型，制作上下砂型，制备型芯，烘干型芯后合箱，完成铸型准备；（2分）③熔炼浇注：按照HT200成分要求熔炼铁液，出炉前除渣、孕育处理，将铁液浇注入铸型型腔；（1分）④落砂清理：铸件冷却凝固后，落砂去除型砂，切除浇冒口，清理飞边毛刺，检验缺陷得到铸件毛坯。（1分）（3）导轨面采用火焰