2025《金屬工藝學(xué)》下冊(cè)考試題及參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.下列鑄造工藝中，最適合生產(chǎn)鋁合金薄壁復(fù)雜件的是（）A.砂型鑄造B.金屬型鑄造C.壓力鑄造D.熔模鑄造2.自由鍛件設(shè)計(jì)時(shí)，為便于鍛造和減少缺陷，應(yīng)避免的結(jié)構(gòu)是（）A.橫截面變化小B.有凸臺(tái)、肋板C.階梯軸相鄰直徑差小D.軸線平直3.焊接Q235鋼時(shí)，若采用酸性焊條，其型號(hào)最可能為（）A.E4303B.E5015C.E6016D.E70184.為提高45鋼軸類零件表面硬度和耐磨性，同時(shí)保持心部良好韌性，最佳熱處理工藝是（）A.整體淬火+低溫回火B(yǎng).表面淬火+低溫回火C.滲碳淬火+低溫回火D.正火5.鑄造合金的液態(tài)收縮過大易導(dǎo)致（）A.縮孔B.砂眼C.冷隔D.澆不足6.模鍛時(shí)，飛邊槽的主要作用是（）A.減少鍛模磨損B.容納多余金屬，保證鍛件成形C.提高金屬流動(dòng)性D.降低鍛造力7.下列焊接方法中，熱輸入量最小、適合焊接薄板的是（）A.手工電弧焊B.埋弧焊C.氬弧焊D.電阻焊8.灰鑄鐵件進(jìn)行去應(yīng)力退火時(shí)，加熱溫度一般控制在（）A.150-200℃B.300-400℃C.500-600℃D.800-900℃9.鍛造過程中，金屬的纖維組織（）A.可通過熱處理消除B.應(yīng)與零件工作時(shí)的最大拉應(yīng)力方向垂直C.會(huì)降低材料的力學(xué)性能D.應(yīng)與零件工作時(shí)的最大切應(yīng)力方向平行10.鋁合金鑄件常用的變質(zhì)處理是為了（）A.細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能B.提高耐蝕性C.降低熔點(diǎn)D.減少氧化11.焊接熱影響區(qū)中，組織和性能最差的區(qū)域是（）A.熔合區(qū)B.過熱區(qū)C.正火區(qū)D.部分相變區(qū)12.為防止球墨鑄鐵件產(chǎn)生“球化衰退”，生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制（）A.碳當(dāng)量B.殘余鎂量C.硅含量D.冷卻速度13.板料沖壓中，落料與沖孔的主要區(qū)別是（）A.模具間隙不同B.凸凹模尺寸標(biāo)注不同C.材料利用率不同D.分離后的工件用途不同14.感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，電流頻率越高（）A.加熱層越厚B.加熱層越薄C.加熱速度越慢D.淬火硬度越低15.下列材料中，最適合氣割的是（）A.不銹鋼B.銅合金C.低碳鋼D.鋁合金二、填空題（每空1分，共20分）1.砂型鑄造中，分型面選擇應(yīng)盡量使______位于同一砂箱，以減少錯(cuò)箱缺陷。2.自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、______、彎曲等。3.焊條由焊芯和藥皮組成，焊芯的主要作用是______和填充金屬。4.鋼的淬透性主要取決于______，而淬硬性主要取決于______。5.鑄造合金的收縮分為液態(tài)收縮、______和固態(tài)收縮三個(gè)階段。6.模鍛件的分模面應(yīng)選在______處，以便于鍛件從模膛中取出。7.焊接應(yīng)力按產(chǎn)生原因可分為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和______應(yīng)力。8.灰鑄鐵的石墨形態(tài)為______，球墨鑄鐵的石墨形態(tài)為______。9.板料沖壓的基本工序包括分離工序和______工序，其中沖孔屬于______工序。10.感應(yīng)加熱表面淬火的工藝參數(shù)主要包括電流頻率、______和冷卻介質(zhì)。11.鋁合金的強(qiáng)化方法主要有固溶強(qiáng)化、______和細(xì)晶強(qiáng)化。12.為防止鑄件產(chǎn)生縮松，可采用______凝固原則，通過增設(shè)冒口和冷鐵實(shí)現(xiàn)。13.電阻焊的三種基本形式是點(diǎn)焊、縫焊和______。14.45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后的組織為______，具有良好的綜合力學(xué)性能。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述砂型鑄造與金屬型鑄造的主要區(qū)別及各自適用范圍。2.自由鍛與模鍛相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？3.分析焊接過程中熱影響區(qū)產(chǎn)生的原因及各區(qū)域的組織特點(diǎn)。4.說明感應(yīng)加熱表面淬火的原理及工藝特點(diǎn)。5.簡(jiǎn)述鋁合金鑄造時(shí)易產(chǎn)生的缺陷及預(yù)防措施。四、分析題（每題8分，共16分）1.某工廠生產(chǎn)的灰鑄鐵機(jī)床床身鑄件，經(jīng)機(jī)加工后發(fā)現(xiàn)表面存在大量分散的小縮松缺陷。試分析可能的原因，并提出改進(jìn)措施。2.用E5015焊條焊接Q345（16Mn）鋼時(shí)，焊縫中出現(xiàn)冷裂紋。結(jié)合焊接冷裂紋的形成機(jī)理，分析可能的影響因素及預(yù)防措施。五、綜合題（14分）某汽車變速箱齒輪（承受交變接觸應(yīng)力、沖擊載荷，要求表面高硬度、心部良好韌性），材料選用20CrMnTi。試設(shè)計(jì)其完整的加工工藝路線，并說明各工序的作用。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C（壓力鑄造利用高壓將液態(tài)金屬壓入金屬型，適合薄壁復(fù)雜件，鋁合金流動(dòng)性好，適合壓力鑄造）2.B（自由鍛難以成形凸臺(tái)、肋板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)）3.A（E4303為酸性焊條，適合焊接低碳鋼Q235）4.B（表面淬火可提高表面硬度，心部保持原始組織（正火或調(diào)質(zhì)）的韌性）5.A（液態(tài)收縮過大導(dǎo)致液態(tài)金屬補(bǔ)縮不足，形成集中縮孔）6.B（飛邊槽容納多余金屬，迫使金屬充滿模膛）7.D（電阻焊利用電流熱效應(yīng)，熱輸入小，適合薄板）8.C（灰鑄鐵去應(yīng)力退火溫度約500-600℃，避免石墨化）9.B（纖維組織應(yīng)與最大拉應(yīng)力方向一致，以提高承載能力）10.A（鋁合金變質(zhì)處理通過添加鈉、鍶等細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能）11.A（熔合區(qū)晶粒粗大，成分不均勻，是焊接接頭最薄弱區(qū)域）12.B（球化衰退與殘余鎂量不足有關(guān)，需控制球化劑加入量和處理時(shí)間）13.D（落料以工件為分離部分，沖孔以廢料為分離部分）14.B（頻率越高，集膚效應(yīng)越強(qiáng)，加熱層越?。?5.C（氣割要求材料燃點(diǎn)低于熔點(diǎn)，低碳鋼符合條件）二、填空題1.全部或大部分加工面2.切割3.導(dǎo)電4.碳及合金元素含量；含碳量5.凝固收縮6.鍛件最大截面7.拘束8.片狀；球狀9.成形；分離10.加熱時(shí)間11.時(shí)效強(qiáng)化12.順序13.對(duì)焊14.回火索氏體三、簡(jiǎn)答題1.砂型鑄造與金屬型鑄造的區(qū)別及適用范圍：砂型鑄造使用砂型（一次性），成本低，適應(yīng)性廣，但鑄件精度低、表面粗糙，適合單件小批生產(chǎn)各類合金（如鑄鐵、鑄鋼）；金屬型鑄造使用金屬模具（可重復(fù)使用），鑄件精度高、表面光潔，生產(chǎn)率高，但模具成本高、工藝靈活性差，適合大批生產(chǎn)非鐵合金（如鋁合金、銅合金）或形狀簡(jiǎn)單的鋼鐵鑄件。2.自由鍛與模鍛的優(yōu)缺點(diǎn)：自由鍛優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、工具通用、可鍛造大型鍛件；缺點(diǎn)：鍛件精度低、加工余量大、生產(chǎn)率低、形狀簡(jiǎn)單。模鍛優(yōu)點(diǎn)：鍛件精度高、形狀復(fù)雜、加工余量小、生產(chǎn)率高；缺點(diǎn)：模具成本高、設(shè)備投資大、適合中小型鍛件大批生產(chǎn)。3.焊接熱影響區(qū)的原因及組織特點(diǎn)：焊接時(shí)，焊縫附近母材因受熱發(fā)生組織變化，形成熱影響區(qū)。各區(qū)域：-熔合區(qū)：焊縫與母材交界，晶粒粗大，成分不均，性能差；-過熱區(qū)：晶粒嚴(yán)重粗化（魏氏組織），塑性、韌性低；-正火區(qū)：加熱至Ac3以上，發(fā)生重結(jié)晶，晶粒細(xì)小，性能優(yōu)于母材；-部分相變區(qū)：部分組織（鐵素體）未相變，晶粒大小不均，性能略低于母材。4.感應(yīng)加熱表面淬火原理及工藝特點(diǎn)：原理：利用交變電流在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），表層快速加熱至Ac3以上，隨后噴水冷卻，實(shí)現(xiàn)表面淬火。特點(diǎn)：加熱速度快（幾秒至幾十秒），表層組織細(xì)（馬氏體），硬度高；心部未受熱，保持原有韌性；變形??；適合中碳鋼（如45鋼）或中碳低合金鋼的軸類、齒輪等表面強(qiáng)化。5.鋁合金鑄造缺陷及預(yù)防：易產(chǎn)生缺陷：氧化夾渣（鋁易氧化生成Al2O3）、氣孔（氫溶解度隨溫度下降顯著降低）、縮松（結(jié)晶溫度范圍寬，糊狀凝固）。預(yù)防措施：①熔煉時(shí)使用覆蓋劑（如熔劑）隔絕空氣，精煉除氣；②采用快速冷卻（金屬型鑄造）減少氣體析出；③優(yōu)化澆注系統(tǒng)（底注式），避免卷氣；④對(duì)糊狀凝固合金采用同時(shí)凝固，增設(shè)冷鐵減少縮松。四、分析題1.灰鑄鐵床身縮松缺陷原因及改進(jìn)：可能原因：①灰鑄鐵碳硅含量高，結(jié)晶溫度范圍寬，糊狀凝固，補(bǔ)縮困難；②澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理（如冒口尺寸小、位置不當(dāng)），無法有效補(bǔ)縮；③冷卻速度慢（砂型導(dǎo)熱性差），凝固時(shí)間長(zhǎng)，液態(tài)金屬補(bǔ)縮不足；④鐵液成分不當(dāng)（如碳當(dāng)量過高），加劇縮松傾向。改進(jìn)措施：①調(diào)整成分，降低碳當(dāng)量（適當(dāng)降低碳、硅含量），縮小結(jié)晶溫度范圍；②采用同時(shí)凝固原則，增設(shè)冷鐵（如在厚大部位放置鑄鐵冷鐵），加快局部冷卻速度；③優(yōu)化澆注系統(tǒng)，采用較大冒口或補(bǔ)貼，增強(qiáng)補(bǔ)縮；④改用金屬型鑄造或覆砂金屬型，提高冷卻速度，減少縮松。2.Q345鋼焊接冷裂紋原因及預(yù)防：冷裂紋形成機(jī)理：由氫（擴(kuò)散氫）、淬硬組織（馬氏體）和拘束應(yīng)力共同作用。Q345鋼含Mn（合金元素），焊接時(shí)熱影響區(qū)易形成淬硬組織；E5015為堿性焊條（氫含量低），但若烘干不充分或環(huán)境潮濕，仍有氫侵入；焊接接頭拘束度大（床身等剛性結(jié)構(gòu)），殘余應(yīng)力高。可能因素：①焊條未充分烘干（含氫量高）；②焊前未預(yù)熱（冷卻速度快，熱影響區(qū)淬硬）；③焊接工藝參數(shù)不當(dāng)（電流過小，冷卻快）；④接頭設(shè)計(jì)不合理（剛性大，應(yīng)力集中）。預(yù)防措施：①焊條烘干（350-400℃保溫2h），使用保溫桶；②焊前預(yù)熱（100-150℃），降低冷卻速度，減少淬硬組織；③采用低氫焊接方法（如CO2氣體保護(hù)焊）；④控制層間溫度，避免冷速過快；⑤焊后及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火（600-650℃），消除殘余應(yīng)力。五、綜合題（20CrMnTi齒輪加工工藝路線）工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→滲碳→淬火→低溫回火→精加工（磨齒）→表面強(qiáng)化（噴丸）。各工序作用：1.鍛造：打碎原材料粗大晶粒，形成沿齒形分布的纖維組織，提高力學(xué)性能；2.正火：調(diào)整鍛造后硬度（170-210HB），改善切削加工性，細(xì)化晶粒；3.粗加工：車削齒坯，留加工余量；4.滲碳