工程材料及成形技术基础作业题库及答案

工程材料及成形技术基础作业题库及答案一、单项选择题（每题只有一个正确答案）1.材料在外力作用下发生不可逆的永久变形，同时不发生断裂破坏的性能称为（）A.强度B.塑性C.硬度D.韧性答案：B2.下列金属材料中，晶格类型为体心立方晶格的是（）A.纯铝B.工业纯铜C.室温下的α-FeD.912℃以上的γ-Fe答案：C3.铁碳合金中的共晶反应指的是（）A.一定成分的液相在恒温下同时结晶出两种不同固相的反应B.一定成分的固相在恒温下分解为一种液相和一种新固相的反应C.一定成分的固相在恒温下分解为两种不同新固相的反应D.一定成分的液相和固相反应生成一种新固相的反应答案：A4.牌号为45钢的优质碳素结构钢，其平均含碳量为（）A.0.45%B.4.5%C.0.045%D.0.45‰答案：A5.灰口铸铁中石墨的存在形态是（）A.团絮状B.片状C.球状D.蠕虫状答案：B6.铝合金进行固溶处理+时效热处理的主要目的是（）A.消除内应力B.提高塑性改善切削性能C.强化提高强度硬度D.细化晶粒均匀组织答案：C7.下列焊接方法中，属于熔焊的是（）A.电阻点焊B.锡钎焊C.埋弧电弧焊D.搅拌摩擦焊答案：C8.拉深成形工序中，凸缘部位产生起皱缺陷的根本原因是（）A.拉应力过大B.切向压应力过大C.径向拉应力过大D.模具表面摩擦力过大答案：B9.晶体中的位错缺陷属于（）A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.体缺陷答案：B10.过共析钢的正常淬火加热温度选择范围是（）A.Ac1以上30~50℃B.Ac3以上30~50℃C.Acm以上30~50℃D.A1以上100~150℃答案：A11.下列工程材料中，属于复合材料的是（）A.6061变形铝合金B.碳纤维增强环氧树脂C.钢化玻璃D.氮化硅结构陶瓷答案：B12.熔模铸造最突出的工艺特点是（）A.可以生产形状复杂、尺寸精度高的精密小型铸件B.适合生产单件大型铸件C.生产成本低、生产周期短D.铸件表面质量差、尺寸精度低答案：A13.金属冷变形和热变形的分界温度是（）A.临界变形度对应的温度B.金属的再结晶温度C.金属的熔点D.金属的回复温度答案：B14.钢淬火后得到的马氏体的硬度主要取决于（）A.钢的含碳量B.淬火冷却速度C.奥氏体晶粒大小D.淬火转变温度答案：A15.下列锻造工艺中，最适合生产百吨级以上大型锻件的是（）A.模型锻造B.自由锻C.胎模锻D.径向锻造答案：B16.晶界处低熔点杂质原子富集偏聚的现象称为（）A.内吸附B.织构C.弥散D.位错塞积答案：A17.奥氏体是碳在以下哪种基体中形成的间隙固溶体（）A.α-FeB.γ-FeC.δ-FeD.渗碳体答案：B18.钎焊焊接方法最主要的缺点是（）A.接头强度低、高温工作性能差B.焊接变形大、尺寸精度低C.不能焊接异种金属材料D.生产效率低、不适合批量生产答案：A19.钢的调质处理指的是以下哪种热处理工艺组合（）A.正火+低温回火B.淬火+低温回火C.淬火+中温回火D.淬火+高温回火答案：D20.为了提高钢的淬透性，冶炼过程中通常会向钢中加入（）A.硫、磷等合金元素B.适量的铬、锰、硅等合金元素C.碳元素D.氧等气体元素答案：B二、多项选择题（每题有两个及以上正确答案，错选、漏选均不得分）1.下列金属材料中，晶格类型为体心立方晶格的有（）A.室温α-FeB.钨C.钼D.γ-FeE.工业纯铝答案：ABC2.钢按回火温度范围划分，回火可分为哪几类（）A.低温回火B.中温回火C.高温回火D.扩散回火E.去应力回火答案：ABC3.砂型铸造中常见的铸件缺陷包括（）A.缩孔B.疏松C.热裂纹D.成分偏析E.氧化夹渣答案：ABCDE4.冷冲压工序分为分离工序和成形工序两大类，下列属于成形工序的有（）A.落料B.弯曲C.拉深D.冲孔E.切边答案：BC5.复合材料按照增强相的形态不同，可以分为哪几类（）A.纤维增强复合材料B.颗粒增强复合材料C.叠层复合材料D.晶须增强复合材料E.功能复合材料答案：ABCD6.影响金属锻造性能的主要因素包括（）A.材料的化学成分B.晶体晶格类型C.变形温度D.变形速度E.变形时的应力状态答案：ABCDE7.下列焊接缺陷中，会严重降低焊接接头的强度和韧性，属于危险性最高的缺陷是（）A.焊缝裂纹B.未焊透C.球形气孔D.点状夹渣E.轻微咬边答案：AB8.关于钢的淬透性和淬硬性，下列说法正确的有（）A.淬透性指钢淬火时获得淬透层深度的能力，主要受合金元素含量影响B.淬硬性指钢淬火后能达到的最高硬度，主要受钢的含碳量影响C.淬透性越高的钢，淬硬性一定越高D.同一钢种，冷却能力越强的淬火介质，获得的淬透层深度越大答案：ABD9.冷塑性变形过程中产生加工硬化的原因主要有（）A.变形后金属位错密度显著增加，位错相互缠结阻碍运动B.变形后晶粒被破碎细化，晶界增多阻碍位错运动C.变形产生内应力，增大变形抗力D.溶质原子发生偏聚，钉扎位错答案：ABC10.砂型铸造相比特种铸造的优点包括（）A.对铸件尺寸、形状、材质的适应性广，几乎所有铸件都可以生产B.原材料来源广泛，生产成本低C.生产准备周期短，适合单件小批量生产D.铸件尺寸精度高，表面质量好E.适合大批量自动化生产答案：ABC三、填空题1.多晶体金属中，原子排列规则的晶粒区域称为____，晶粒之间原子排列不规则的交界区域称为____。答案：晶粒晶界2.铁碳二元合金中，共析钢的含碳量为____wt%，共晶白口铸铁的含碳量为____wt%。答案：0.774.33.按照结合键性质分类，工程材料分为金属材料、____、____、复合材料四大类。答案：陶瓷材料高分子材料4.锻造前对金属坯料加热的核心目的是____，____，改善坯料的锻造性能。答案：提高塑性降低变形抗力5.焊条电弧焊使用的焊条由____和____两部分组成。答案：焊芯药皮6.零件选材的三大基本原则是____、工艺性能、____。答案：使用性能经济性7.钢淬火获得的马氏体按组织形态分为____马氏体和____马氏体，前者硬度高韧性差，后者韧性好硬度稍低。答案：孪晶（片状）位错（板条状）8.铸件浇注系统中，内浇口的主要作用是____、____。答案：导入金属液调整铸件温度分布9.普通冲裁获得的工件断面分为四个区域，分别是圆角带、____、____、毛刺。答案：光亮带断裂带10.冷变形金属再结晶过程与液态结晶过程的本质区别是再结晶过程不产生____，不会改变金属的晶格类型。答案：新相（相变）11.固溶强化的核心原理是溶质原子阻碍____运动，从而提高合金的强度硬度。答案：位错12.钢的过冷奥氏体转变分为三个温度区间，高温发生____转变，中温发生____转变，低温发生马氏体转变。答案：珠光体贝氏体13.钎焊按照钎料熔点不同分为____和____，其中钎料熔点低于450℃的为前者。答案：软钎焊硬钎焊14.铸铁生产中，孕育处理的主要目的是____石墨化，____石墨和基体组织，提高铸铁力学性能。答案：促进细化15.铸件的凝固方式分为逐层凝固、____、____三种。答案：中间凝固体积凝固16.低碳钢切削加工前，通常进行预先热处理____，提高硬度改善切削加工性能。答案：正火17.聚合物按照热加工行为分为____聚合物和____聚合物，前者可以反复加热软化成形，后者一次成形后不溶不熔。答案：热塑性热固性18.焊接接头由焊缝金属、____和____三部分组成。答案：熔合区热影响区19.要使金属冷变形后发生再结晶，需要加热到____温度以上才能发生。答案：最低再结晶20.灰铸铁中石墨的存在相当于在钢基体中分布了大量裂纹，所以灰铸铁的____性能显著低于钢，但____性能优于钢。答案：强度冲击减振耐磨四、简答题1.什么是加工硬化？简述加工硬化在工程实际中的利弊。答案：加工硬化是指金属材料在冷塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度、硬度不断升高，塑性和韧性逐渐下降的现象。有利方面：①是不可热处理强化金属（如纯铜、纯铝、奥氏体不锈钢等）的主要强化手段，满足零件对强度的要求；②提高零件使用安全性，当零件局部应力超过屈服强度时，加工硬化会使局部强度升高，阻止变形继续发展，避免整体断裂失效；③可以改善金属的切削加工性能，防止切削过程中粘刀。不利方面：①增加后续塑性加工的变形抗力，导致后续加工难度增大，需要增加中间退火工序软化材料，提高了生产成本延长了生产周期；②降低材料塑性，增大冷变形过程中开裂的风险。2.为什么共晶成分合金通常具有优异的铸造性能，适合铸造生产？答案：共晶成分合金的熔点为该系合金的最低熔点，且在固定恒温下完成结晶，结晶温度区间为零。结晶温度区间越小，合金液的流动性越好，充型能力越强，不容易产生冷隔、浇不足缺陷；同时结晶温度区间为零，合金以逐层凝固方式凝固，缩孔集中在最后凝固的冒口部位，容易通过补缩消除缩孔缺陷，不容易产生分散疏松，铸件组织更加致密；此外共晶合金熔点低，对熔炉和浇注温度要求低，熔化和浇注难度小，生产成本低，因此共晶成分合金铸造性能优异，适合铸造生产。3.简述焊条电弧焊焊条药皮的主要作用。答案：焊条药皮的作用主要有四个方面：①稳弧作用：药皮中含有钾、钠等稳弧成分，可以降低电弧的起弧电压，保证电弧稳定燃烧，减少焊接飞溅，保证焊接过程稳定；②保护作用：药皮受热熔化后会产生大量保护气体和液态熔渣，覆盖在熔池和焊缝表面，隔绝空气，防止空气中的氧、氮等有害元素侵入焊缝，避免焊缝产生气孔和脆性；③冶金处理作用：药皮中添加脱氧剂、脱硫剂、合金剂等，可以脱去熔池中的氧、硫、磷等有害杂质，同时向焊缝中添加所需的合金元素，调整焊缝成分，保证焊缝的力学性能满足要求；④改善焊接工艺性能：药皮可以调整熔滴过渡特性，适合全位置焊接，提高焊接生产率，保证焊缝成型美观。4.简述模锻相比自由锻的优缺点。答案：优点：①模锻件尺寸精度高，表面粗糙度低，加工余量小，材料利用率高，减少后续加工量；②可以生产形状复杂的锻件，锻件内部纤维组织连续完整，组织致密，力学性能优于自由锻件；③生产效率高，适合大批量生产，容易实现机械化自动化生产。缺点：①锻模设计制造成本高，生产准备周期长，不适合单件小批量生产；②模锻需要大吨位的专用模锻设备，设备投资大，受设备吨位限制，只能生产中小型锻件，无法生产大型、特大型锻件。5.为什么过共析钢的淬火加热温度选择为Ac1以上30~50℃，而不选择Acm以上温度？答案：如果将过共析钢加热到Acm以上，会带来三个不利影响：①加热温度过高会导致奥氏体晶粒显著粗化，淬火后得到粗大马氏体组织，韧性下降，同时淬火应力增大，更容易产生变形和开裂；②渗碳体完全溶解后，奥氏体含碳量升高，淬火后残余奥氏体含量增加，降低钢淬火后的硬度和耐磨性；③加热温度高，能耗大，生产周期长，成本高。而将加热温度选择在Ac1以上30~50℃，此时组织为细小奥氏体+未溶二次渗碳体，未溶渗碳体硬度高，有利于提高钢的耐磨性，同时奥氏体晶粒细小，淬火后得到细小马氏体，强度韧性好，残余奥氏体含量少，硬度高，因此选择该加热温度范围。6.为什么铸件不能通过再结晶退火消除粗大晶粒等铸造缺陷？答案：再结晶过程发生的核心驱动力是冷塑性变形后金属内部储存的变形能，只有发生了足够程度的冷塑性变形，产生足够的储存能，才能驱动再结晶的形核和长大过程。而铸件是液态金属冷却结晶得到的，没有经过冷塑性变形，内部没有足够的储存变形能作为再结晶的驱动力，无法发生再结晶，因此不能通过再结晶退火消除铸造粗大晶粒等缺陷，铸件一般通过均匀化退火或者孕育处理细化晶粒改善组织。五、综合分析与计算题1.含碳量为1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷却到室温，分析其结晶过程，计算室温下各组织组成物的相对含量。答案：结晶过程：①温度高于液相线时，合金为均匀单相液态（L）；②冷却到液相线与固相线之间，从液态中不断结晶出奥氏体（A），随着温度降低，奥氏体含量不断增加，液相含量不断减少，奥氏体含碳量沿固相线逐渐升高；③冷却到固相线温度，液相完全结晶，得到单相奥氏体组织；④继续冷却到Acm线与Ac1线之间，组织保持单相奥氏体不变，随着温度降低，奥氏体溶碳能力下降，从奥氏体中不断析出二次渗碳体（Fe3CⅡ），奥氏体含碳量逐渐降低；⑤冷却到共析转变温度727℃时，奥氏体含碳量降低到共析成分0.77%，发生共析转变，奥氏体转变为珠光体（P），二次渗碳体不参与转变，保持不变；⑥继续冷却到室温，组织不再发生变化，最终室温组织为珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ。计算相对含量：根据杠杆定律，室温下组织组成物相对含量为：w(P)=(6.691.0)/(6.690.77)=5.69/5.92≈96.1%w(Fe3CⅡ)=1w(P)≈3.9%2.某汽车零部件厂需要大批量生产载重汽车变速箱齿轮，要求齿轮齿面硬度高、耐磨性好，心部韧性好、能承受冲击载荷，材料选择为20CrMnTi，分析回答以下问题：(1)选择齿轮的成形工艺路线，写出各工序的名称和作用；(2)说明最终热处理后齿轮表层和心部的组织和性能。答案：(1)成形工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火+低温回火→精加工。各工序作用：①下料：切割出所需尺寸的坯料；②锻造：锻制齿轮毛坯，获得接近成品形状的毛坯，同时打碎铸态组织，细化晶粒，使纤维分布合理，提高毛坯力学性能；③正火：消除锻造应力，细化晶粒，均匀组织，提高硬度改善切削加工性能，为后续热处理做组织准备；④切削加工：加工出齿轮的基本形状尺寸；⑤渗碳：使齿轮表层渗入碳原子，提高表层含碳量，达到高碳成分要求；⑥淬火+低温回火：使表层高碳奥氏体淬火后获得高碳马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，提高表层硬度和耐磨性，心部低碳成分淬火后获得低碳马氏体，保持良好的强韧性，同时低温回火消除淬火应力，减少变形开裂倾向；⑦精加工：修正热处理变形，得到最终尺寸精度满足要求的齿轮。(2)最终热处理后，表层组织为：高碳回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥