金屬材料學(xué)基礎(chǔ)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.金屬晶體中最常見的三種晶體結(jié)構(gòu)不包括以下哪種（）A.體心立方結(jié)構(gòu)B.面心立方結(jié)構(gòu)C.密排六方結(jié)構(gòu)D.簡(jiǎn)單四方結(jié)構(gòu)2.固溶強(qiáng)化的主要原因是（）A.晶格類型發(fā)生變化B.晶粒細(xì)化C.晶格發(fā)生畸變D.形成了化合物3.鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)是（）A.體心立方結(jié)構(gòu)B.面心立方結(jié)構(gòu)C.密排六方結(jié)構(gòu)D.簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)4.珠光體是一種（）A.單相固溶體B.兩相混合物C.金屬化合物D.非晶體5.過冷奧氏體是指（）A.處于臨界溫度以下的奧氏體B.處于室溫的奧氏體C.正在冷卻的奧氏體D.冷卻速度很快的奧氏體6.淬火鋼回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，其強(qiáng)度和硬度（）A.升高B.降低C.不變D.先升高后降低7.下列元素中，能增加鋼的淬透性的是（）A.錳B.硅C.鎳D.以上都是8.鋁合金中，時(shí)效強(qiáng)化效果最顯著的合金系是（）A.AlCu系B.AlMg系C.AlSi系D.AlZn系9.下列材料中，屬于難熔金屬的是（）A.銅B.鋁C.鎢D.鎂10.金屬材料的疲勞斷裂是（）A.脆性斷裂B.韌性斷裂C.先韌性后脆性斷裂D.先脆性后韌性斷裂二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.影響金屬材料強(qiáng)度的主要因素有（）A.晶格類型B.晶粒大小C.合金元素D.加工硬化2.下列關(guān)于金屬晶體缺陷的說法正確的是（）A.點(diǎn)缺陷包括空位、間隙原子等B.線缺陷主要是位錯(cuò)C.面缺陷包括晶界和亞晶界D.晶體缺陷會(huì)降低金屬的強(qiáng)度3.鋼的熱處理工藝一般包括（）A.退火B(yǎng).正火C.淬火D.回火4.金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有（）A.固溶強(qiáng)化B.細(xì)晶強(qiáng)化C.彌散強(qiáng)化D.加工硬化5.鑄鐵中常見的石墨形態(tài)有（）A.片狀B.球狀C.蠕蟲狀D.團(tuán)絮狀三、判斷題（每題2分，共10分）1.所有金屬材料在固態(tài)下都是晶體。（）2.固溶體的強(qiáng)度和硬度一般比組成它的純金屬高。（）3.過冷度越大，金屬結(jié)晶后的晶粒越粗大。（）4.淬火后的鋼回火溫度越高，其韌性越好。（）5.鋁合金的時(shí)效處理可以提高其強(qiáng)度和硬度。（）四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述金屬結(jié)晶的基本過程。2.說明鋼的淬火和回火的目的。3.分析鋁合金時(shí)效強(qiáng)化的原理。五、論述題（25分）論述合金元素在鋼中的主要作用，并舉例說明。答案一、單項(xiàng)選擇題1.D。金屬晶體中最常見的三種晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單四方結(jié)構(gòu)不屬于常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)。2.C。固溶強(qiáng)化是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中形成固溶體而使強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，主要原因是溶質(zhì)原子造成晶格畸變。3.A。鐵素體是碳溶解在αFe中形成的間隙固溶體，αFe是體心立方結(jié)構(gòu)。4.B。珠光體是鐵素體和滲碳體組成的兩相混合物。5.A。過冷奧氏體是指在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體。6.B。淬火鋼回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，碳化物逐漸聚集長(zhǎng)大，晶格畸變減小，強(qiáng)度和硬度降低。7.D。錳、硅、鎳等元素都能增加鋼的淬透性。8.A。AlCu系鋁合金時(shí)效強(qiáng)化效果最顯著。9.C。鎢的熔點(diǎn)很高，屬于難熔金屬，銅、鋁、鎂的熔點(diǎn)相對(duì)較低。10.A。金屬材料的疲勞斷裂是脆性斷裂，斷裂前沒有明顯的塑性變形。二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD。晶格類型、晶粒大小、合金元素和加工硬化都會(huì)影響金屬材料的強(qiáng)度。2.ABC。晶體缺陷并不總是降低金屬的強(qiáng)度，例如位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻會(huì)使金屬?gòu)?qiáng)度提高，點(diǎn)缺陷包括空位、間隙原子等，線缺陷主要是位錯(cuò)，面缺陷包括晶界和亞晶界。3.ABCD。鋼的熱處理工藝一般包括退火、正火、淬火和回火。4.ABCD。金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和加工硬化。5.ABCD。鑄鐵中常見的石墨形態(tài)有片狀、球狀、蠕蟲狀和團(tuán)絮狀。三、判斷題1.錯(cuò)。大部分金屬材料在固態(tài)下是晶體，但也有非晶態(tài)金屬。2.對(duì)。固溶體由于溶質(zhì)原子的存在造成晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度和硬度一般比組成它的純金屬高。3.錯(cuò)。過冷度越大，形核率越高，金屬結(jié)晶后的晶粒越細(xì)小。4.對(duì)。淬火后的鋼回火溫度越高，內(nèi)應(yīng)力消除越徹底，碳化物聚集長(zhǎng)大，韌性越好。5.對(duì)。鋁合金的時(shí)效處理通過形成彌散分布的強(qiáng)化相，提高其強(qiáng)度和硬度。四、簡(jiǎn)答題1.金屬結(jié)晶的基本過程包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。形核分為均勻形核和非均勻形核。均勻形核是在過冷液體中，依靠液態(tài)金屬自身的能量變化，由原子自發(fā)聚集形成晶核；非均勻形核是在液態(tài)金屬中，依附于雜質(zhì)或型壁等現(xiàn)成的固體表面形成晶核。晶核形成后，原子不斷從液相向晶核表面遷移，使晶核不斷長(zhǎng)大，同時(shí)又有新的晶核形成，直到液態(tài)金屬全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體。2.鋼的淬火目的：提高鋼的硬度和耐磨性，獲得馬氏體等組織，以滿足零件的使用性能要求。例如，刀具、模具等需要高硬度的零件通常要進(jìn)行淬火處理。鋼的回火目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，防止零件變形和開裂；調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系，使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能；穩(wěn)定組織和尺寸，保證零件在使用過程中的尺寸精度。3.鋁合金時(shí)效強(qiáng)化的原理：鋁合金在淬火后形成過飽和固溶體，在室溫或較高溫度下放置時(shí)，過飽和固溶體中的溶質(zhì)原子會(huì)發(fā)生擴(kuò)散和偏聚。在時(shí)效初期，溶質(zhì)原子形成富溶質(zhì)原子的原子團(tuán)，即GP區(qū)。GP區(qū)與基體保持共格關(guān)系，引起基體晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使合金強(qiáng)度和硬度提高。隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，GP區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡相，過渡相與基體部分共格，晶格畸變進(jìn)一步增大，強(qiáng)化效果更加明顯。繼續(xù)時(shí)效，過渡相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相，與基體失去共格關(guān)系，晶格畸變減小，合金強(qiáng)度和硬度開始下降，出現(xiàn)過時(shí)效現(xiàn)象。五、論述題合金元素在鋼中的主要作用及舉例如下：1.強(qiáng)化鐵素體：合金元素溶入鐵素體中，形成固溶體，使鐵素體強(qiáng)化。例如，硅、錳等元素能溶入鐵素體，提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度。硅在鋼中固溶強(qiáng)化作用較強(qiáng)，能提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限，常用于彈簧鋼中。2.細(xì)化晶粒：一些合金元素能阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。例如，鈦、釩、鈮等元素能形成難溶的碳化物或氮化物，在加熱時(shí)能阻止奧氏體晶粒的粗化。在建筑用鋼中加入適量的鈦，可以細(xì)化晶粒，提高鋼材的綜合力學(xué)性能。3.提高淬透性：合金元素能降低奧氏體向珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變的速度，增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而提高鋼的淬透性。例如，鉻、鎳、錳等元素都能顯著提高鋼的淬透性。在大型機(jī)械零件中，為了使零件整個(gè)截面都能獲得良好的力學(xué)性能，常加入這些提高淬透性的合金元素。4.提高回火穩(wěn)定性：合金元素能阻礙回火時(shí)馬氏體的分解和碳化物的聚集長(zhǎng)大，使回火過程推遲，提高鋼的回火穩(wěn)定性。例如，鉬、鎢等元素能提高鋼的回火穩(wěn)定性，使鋼在較高溫度回火時(shí)仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度。高速鋼中加入大量的鎢和鉬，使鋼在高溫下仍具有高硬度和紅硬性，適用于制造高速切削刀具。5.形成合金碳化物：強(qiáng)碳化物形成元素如鉻、鉬、釩等與碳結(jié)合形成合金碳化物。合金碳化物具有高硬度、高熔點(diǎn)和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，能提高鋼