機(jī)械工程材料專升本試題(及答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.下列材料中，屬于金屬材料的是（）A.陶瓷B.橡膠C.鋁合金D.塑料答案：C。陶瓷屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，橡膠和塑料屬于高分子材料，鋁合金是金屬材料。2.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于（）A.強(qiáng)度不同B.硬度不同C.原子排列是否規(guī)則D.密度不同答案：C。晶體中原子呈規(guī)則排列，非晶體中原子排列不規(guī)則，這是二者的根本區(qū)別。3.金屬發(fā)生塑性變形的基本方式是（）A.孿生和滑移B.位錯(cuò)的攀移C.晶界的遷移D.晶格的轉(zhuǎn)變答案：A。金屬塑性變形的基本方式是孿生和滑移。位錯(cuò)攀移是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式；晶界遷移主要與晶粒長(zhǎng)大等過(guò)程有關(guān)；晶格轉(zhuǎn)變是相變過(guò)程。4.下列哪種因素會(huì)使金屬的強(qiáng)度提高而塑性降低（）A.細(xì)化晶粒B.固溶強(qiáng)化C.消除殘余應(yīng)力D.去應(yīng)力退火答案：B。固溶強(qiáng)化是通過(guò)溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，使晶格發(fā)生畸變，從而提高金屬的強(qiáng)度，但會(huì)降低其塑性。細(xì)化晶粒能同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性；消除殘余應(yīng)力和去應(yīng)力退火主要是改善材料的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)強(qiáng)度和塑性的影響與強(qiáng)化無(wú)關(guān)。5.鐵碳合金中，含碳量為0.77%的是（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過(guò)共析鋼D.共晶白口鑄鐵答案：B。含碳量為0.77%的鐵碳合金是共析鋼；亞共析鋼含碳量小于0.77%；過(guò)共析鋼含碳量大于0.77%；共晶白口鑄鐵含碳量為4.3%。6.完全退火主要用于（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過(guò)共析鋼D.白口鑄鐵答案：A。完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac?以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后緩慢冷卻的工藝，主要用于亞共析鋼。共析鋼一般采用球化退火；過(guò)共析鋼也多采用球化退火；白口鑄鐵通常不采用完全退火。7.淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為（）A.正火B(yǎng).退火C.調(diào)質(zhì)處理D.時(shí)效處理答案：C。淬火加高溫回火的工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，可使鋼獲得良好的綜合力學(xué)性能。正火是將鋼加熱到Ac?或Accm以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻；退火是將金屬材料加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻；時(shí)效處理是指合金在淬火后，在室溫或較高溫度下放置一定時(shí)間，其強(qiáng)度、硬度隨時(shí)間而顯著提高的現(xiàn)象。8.下列刀具材料中，硬度最高的是（）A.碳素工具鋼B.合金工具鋼C.高速鋼D.硬質(zhì)合金答案：D。硬質(zhì)合金的硬度最高，一般可達(dá)89-93HRA；高速鋼硬度次之，為62-65HRC；合金工具鋼和碳素工具鋼硬度相對(duì)較低。9.制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，通常選用（）A.45鋼B.T10鋼C.65Mn鋼D.HT200答案：A。45鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后可用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。T10鋼是碳素工具鋼，主要用于制造刀具等工具；65Mn鋼主要用于制造彈簧等彈性元件；HT200是灰鑄鐵，常用于制造承受壓力和要求減震的零件，如機(jī)床床身等。10.下列材料中，鑄造性能最好的是（）A.鑄鋼B.灰鑄鐵C.鋁合金D.銅合金答案：B?；诣T鐵的鑄造性能最好，因?yàn)樗牧鲃?dòng)性好，收縮率小，偏析傾向小等。鑄鋼的鑄造性能相對(duì)較差，需要采取特殊的工藝措施；鋁合金和銅合金的鑄造性能也較好，但不如灰鑄鐵。11.金屬材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象稱為（）A.塑性變形B.疲勞破壞C.脆性斷裂D.韌性斷裂答案：B。金屬材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象稱為疲勞破壞。塑性變形是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生的永久變形；脆性斷裂是材料在較低應(yīng)力下突然發(fā)生的斷裂，沒(méi)有明顯的塑性變形；韌性斷裂是材料在斷裂前有較大的塑性變形。12.下列熱處理工藝中，能使工件表面硬度提高，心部保持良好韌性的是（）A.淬火B(yǎng).回火C.表面淬火D.化學(xué)熱處理答案：C。表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，使表面獲得高硬度的馬氏體組織，而心部仍保持原來(lái)的韌性狀態(tài)。淬火是將工件整體加熱到淬火溫度后快速冷卻，會(huì)使整個(gè)工件硬度提高，韌性降低；回火是淬火后的后續(xù)處理，主要是消除淬火應(yīng)力，調(diào)整硬度和韌性；化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表面的化學(xué)成分來(lái)提高其性能，如滲碳、滲氮等。13.可鍛鑄鐵中的石墨形態(tài)是（）A.片狀B.球狀C.蠕蟲(chóng)狀D.團(tuán)絮狀答案：D。可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀，這種形態(tài)使可鍛鑄鐵具有一定的塑性和韌性。灰鑄鐵中的石墨是片狀；球墨鑄鐵中的石墨是球狀；蠕墨鑄鐵中的石墨是蠕蟲(chóng)狀。14.下列鋼材中，屬于優(yōu)質(zhì)鋼的是（）A.Q235-AB.45C.T10AD.20CrMnTi答案：B。45鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。Q235-A是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；T10A是高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼；20CrMnTi是合金結(jié)構(gòu)鋼。15.為了改善高碳鋼的切削加工性能，通常采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.正火答案：B。高碳鋼采用球化退火可使?jié)B碳體呈球狀，降低硬度，改善切削加工性能。完全退火適用于亞共析鋼；去應(yīng)力退火主要是消除內(nèi)應(yīng)力；正火一般用于低碳鋼和中碳鋼，提高其硬度和強(qiáng)度，改善切削性能，但對(duì)于高碳鋼不太適用。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型主要有（）A.體心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.簡(jiǎn)單立方晶格答案：ABC。金屬的晶體結(jié)構(gòu)主要有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。簡(jiǎn)單立方晶格在實(shí)際金屬中很少存在。2.影響金屬材料力學(xué)性能的主要因素有（）A.化學(xué)成分B.組織結(jié)構(gòu)C.加工工藝D.溫度答案：ABCD?；瘜W(xué)成分決定了材料的基本性能；組織結(jié)構(gòu)的不同會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能差異；加工工藝如鍛造、軋制等會(huì)改變材料的組織和性能；溫度對(duì)金屬材料的力學(xué)性能也有顯著影響，一般溫度升高，強(qiáng)度降低，塑性增加。3.下列熱處理工藝中，屬于整體熱處理的有（）A.退火B(yǎng).正火C.淬火D.回火答案：ABCD。退火、正火、淬火和回火都是對(duì)工件整體進(jìn)行加熱和冷卻的熱處理工藝，屬于整體熱處理。4.常用的刀具材料有（）A.碳素工具鋼B.合金工具鋼C.高速鋼D.硬質(zhì)合金答案：ABCD。碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼和硬質(zhì)合金都是常用的刀具材料，它們各有特點(diǎn)，適用于不同的加工場(chǎng)合。5.下列材料中，屬于有色金屬的有（）A.銅合金B(yǎng).鋁合金C.鈦合金D.不銹鋼答案：ABC。銅合金、鋁合金和鈦合金都屬于有色金屬。不銹鋼是合金鋼，屬于黑色金屬。三、判斷題（每題1分，共10分）1.所有金屬材料在室溫下都是晶體。（×）有些金屬材料在特定條件下可能形成非晶態(tài)，如快速凝固的金屬玻璃。2.金屬的晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度和塑性越好。（√）細(xì)化晶?？梢酝瑫r(shí)提高金屬的強(qiáng)度和塑性，這是一種重要的強(qiáng)化方法。3.鐵碳合金中，隨著含碳量的增加，硬度不斷提高，塑性和韌性不斷降低。（√）含碳量增加，滲碳體含量增多，導(dǎo)致硬度升高，塑性和韌性下降。4.淬火后的鋼必須及時(shí)進(jìn)行回火。（√）淬火后鋼內(nèi)存在很大的內(nèi)應(yīng)力，且脆性大，及時(shí)回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度和韌性。5.硬質(zhì)合金刀具的熱硬性比高速鋼刀具好。（√）硬質(zhì)合金具有很高的熱硬性，能在較高溫度下保持高硬度，而高速鋼的熱硬性相對(duì)較差。6.可鍛鑄鐵可以進(jìn)行鍛造加工。（×）可鍛鑄鐵實(shí)際上不可鍛造，只是其韌性比一般鑄鐵好，因石墨呈團(tuán)絮狀而得名。7.金屬材料的疲勞極限與抗拉強(qiáng)度有關(guān)，一般抗拉強(qiáng)度越高，疲勞極限也越高。（√）通常情況下，材料的抗拉強(qiáng)度越高，其疲勞極限也相對(duì)較高。8.表面淬火和化學(xué)熱處理都能提高工件表面的硬度和耐磨性。（√）表面淬火通過(guò)改變表面組織提高硬度和耐磨性，化學(xué)熱處理通過(guò)改變表面化學(xué)成分來(lái)達(dá)到相同目的。9.灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高。（√）灰鑄鐵中石墨的存在使其抗拉強(qiáng)度較低，但抗壓強(qiáng)度較高。10.正火的冷卻速度比退火快，所以正火后的硬度比退火后的硬度高。（√）正火在空氣中冷卻，冷卻速度較快，得到的組織比退火后的組織更細(xì)，硬度更高。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述金屬材料強(qiáng)化的主要方法及其原理。答：金屬材料強(qiáng)化的主要方法及原理如下：-固溶強(qiáng)化：原理是溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，使晶格發(fā)生畸變，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的強(qiáng)度和硬度。例如，在鐵中加入碳、硅、錳等元素形成固溶體，可提高鋼的強(qiáng)度。-細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高材料的強(qiáng)度和塑性。原理是晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用越強(qiáng)，同時(shí)晶粒細(xì)化也使變形更均勻，從而提高強(qiáng)度和塑性。如通過(guò)控制鑄造工藝、進(jìn)行壓力加工和熱處理等方法細(xì)化晶粒。-加工硬化：金屬材料在塑性變形過(guò)程中，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降。原理是塑性變形使位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)之間相互作用加劇，阻礙位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致材料強(qiáng)化。例如，金屬板材在軋制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。-彌散強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）：通過(guò)過(guò)飽和固溶體的時(shí)效處理，使第二相（細(xì)小彌散的沉淀相）從固溶體中析出，這些沉淀相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。如鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化，通過(guò)淬火和時(shí)效處理，使合金元素形成細(xì)小的沉淀相，提高鋁合金的強(qiáng)度。-相變強(qiáng)化：通過(guò)熱處理等方法使金屬發(fā)生相變，獲得強(qiáng)化相組織來(lái)提高強(qiáng)度。例如，鋼的淬火，將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)后快速冷卻，得到馬氏體組織，馬氏體具有很高的硬度和強(qiáng)度。2.說(shuō)明碳鋼的分類方法及各類碳鋼的特點(diǎn)和用途。答：碳鋼的分類方法及各類碳鋼的特點(diǎn)和用途如下：-按含碳量分類：-低碳鋼（含碳量小于0.25%）：特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性好，具有良好的焊接性和冷成型性。用途廣泛，常用于制造各種薄板、鋼管、鉚釘、螺栓等，也可用于滲碳處理后制造表面耐磨、心部韌性好的零件，如齒輪、軸等。-中碳鋼（含碳量0.25%-0.6%）：具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性也較好。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能。常用于制造承受較大載荷的機(jī)械零件，如軸、連桿、齒輪等。-高碳鋼（含碳量大于0.6%）：強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低。主要用于制造刀具、模具、量具等要求高硬度和耐磨性的零件。-按質(zhì)量分類：-普通碳素鋼：硫、磷等雜質(zhì)含量較高，質(zhì)量相對(duì)較低。價(jià)格便宜，常用于一般工程結(jié)構(gòu)，如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等。-優(yōu)質(zhì)碳素鋼：硫、磷等雜質(zhì)含量較低，質(zhì)量較好。可用于制造較重要的機(jī)械零件。-高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：硫、磷等雜質(zhì)含量更低，質(zhì)量更高，常用于制造對(duì)性能要求較高的零件。-按用途分類：-碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于工程結(jié)構(gòu)，一般在熱軋狀態(tài)下使用，具有良好的塑性和焊接性。如Q235鋼，廣泛用于建筑、橋梁、船舶等結(jié)構(gòu)。-碳素工具鋼：用于制造各種工具，含碳量較高，具有較高的硬度和耐磨性。如T8、T10等鋼，可制造刀具、模具等。3.簡(jiǎn)述淬火、回火的目的和工藝特點(diǎn)。答：淬火的目的和工藝特點(diǎn)如下：-目的：提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。通過(guò)淬火獲得馬氏體或下貝氏體等組織，使鋼具有較高的力學(xué)性能，滿足不同零件的使用要求。例如，刀具、模具等需要高硬度的零件都需要進(jìn)行淬火處理。-工藝特點(diǎn)：將鋼加熱到臨界溫度以上（亞共析鋼加熱到Ac?以上，共析鋼和過(guò)共析鋼加熱到Ac?以上），保溫一定時(shí)間，然后迅速冷卻。冷卻速度非?？?，一般采用水、油等冷卻介質(zhì)。但淬火冷卻速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致零件變形甚至開(kāi)裂，因此需要根據(jù)鋼的成分和零件形狀等合理選擇冷卻介質(zhì)和冷卻方式?；鼗鸬哪康暮凸に囂攸c(diǎn)如下：-目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，調(diào)整硬度和韌性，使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能。淬火后的鋼硬度高、脆性大，內(nèi)應(yīng)力也大，直接使用容易發(fā)生開(kāi)裂等問(wèn)題，通過(guò)回火可以改善這些性能。-工藝特點(diǎn)：將淬火后的鋼加熱到低于臨界溫度的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后冷卻。根據(jù)回火溫度的不同，可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火（150-250℃）主要用于降低淬火應(yīng)力，保持高硬度和耐磨性，常用于刀具、量具等；中溫回火（350-500℃）可獲得較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，常用于彈簧等零件；高溫回火（500-650℃）與淬火配合稱為調(diào)質(zhì)處理，可使鋼獲得良好的綜合力學(xué)性能，常用于軸、連桿等承受交變載荷的零件。五、綜合分析題（15分）現(xiàn)有一根直徑為20mm的45鋼軸，要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韌性。請(qǐng)制定合理的加工工藝路線，并說(shuō)明各工序的作用。答：加工工藝路線及各工序作用如下：1.下料：根據(jù)軸的尺寸要求，將45鋼原材料切割成合適長(zhǎng)度的坯料。作用是為后續(xù)加工提供合適尺寸的毛坯。2.鍛造：對(duì)坯料進(jìn)行鍛造，通過(guò)鍛造可以改善金屬的組織，使其晶粒細(xì)化，提高材料的力學(xué)性能，同時(shí)還能使金屬纖維合理分布，提高軸的強(qiáng)度和韌性。3.正火：將鍛造后的軸加熱到Ac?以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻。正火的作用是消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，改善切削加工性能，為后續(xù)的淬火和回火做組織準(zhǔn)備。4.粗加工：對(duì)軸進(jìn)行粗車等加工，去除大部分余量，使軸接近最終尺寸。作用是提高加工效率，為后續(xù)的精加工留適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?.調(diào)質(zhì)處理：將軸加熱到Ac?以上30-50℃，保溫后淬火，然后在500-650℃進(jìn)行高溫回火。調(diào)質(zhì)處理可以使軸的心部獲得良好的綜合力學(xué)性