金屬材料與熱處理基礎(chǔ)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.純金屬結(jié)晶時，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度將（）。A.越高B.越低C.接近于理論結(jié)晶溫度D.沒有變化答案：B。冷卻速度越快，過冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度，且冷卻速度越快實(shí)際結(jié)晶溫度越低。2.鐵素體的機(jī)械性能特點(diǎn)是（）。A.強(qiáng)度高、塑性好、硬度低B.強(qiáng)度低、塑性差、硬度低C.強(qiáng)度低、塑性好、硬度低D.強(qiáng)度高、塑性差、硬度高答案：C。鐵素體是碳溶于αFe中形成的間隙固溶體，強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性好。3.共析鋼的含碳量為（）。A.0.77%B.2.11%C.0.0218%D.4.3%答案：A。共析鋼是含碳量為0.77%的鋼，在平衡結(jié)晶時會發(fā)生共析反應(yīng)。4.下列組織中，硬度最高的是（）。A.珠光體B.索氏體C.托氏體D.滲碳體答案：D。滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，硬度很高，塑性和韌性幾乎為零。而珠光體、索氏體、托氏體都是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，硬度相對滲碳體較低。5.完全退火主要適用于（）。A.亞共析鋼B.共析鋼C.過共析鋼D.所有碳鋼答案：A。完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050℃，保溫一定時間后緩慢冷卻的熱處理工藝，主要用于亞共析鋼消除熱加工缺陷等。共析鋼和過共析鋼一般不采用完全退火。6.淬火鋼回火時，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.先升高后降低答案：B?；鼗鸬哪康氖窍慊饝?yīng)力，降低脆性。隨著回火溫度升高，鋼的組織發(fā)生變化，強(qiáng)度和硬度降低，塑性和韌性提高。7.下列材料中，淬透性最好的是（）。A.45鋼B.T8鋼C.40Cr鋼D.HT200答案：C。合金元素能提高鋼的淬透性，40Cr鋼是合金結(jié)構(gòu)鋼，含有鉻元素，相比45鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）、T8鋼（碳素工具鋼）淬透性更好。HT200是灰鑄鐵，一般不進(jìn)行淬火處理，不存在淬透性的比較。8.為了改善高速鋼鑄態(tài)組織中的粗大魚骨狀碳化物，應(yīng)采用（）。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.多次高溫回火答案：B。高速鋼鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀碳化物，通過球化退火可以使碳化物球狀化，改善其組織和性能。9.下列鋁合金中，屬于變形鋁合金的是（）。A.鑄造鋁合金B(yǎng).超硬鋁合金C.鋁硅合金D.鋁銅合金答案：B。變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金等。鑄造鋁合金是用于鑄造的鋁合金；鋁硅合金、鋁銅合金既可以是鑄造鋁合金也可以是變形鋁合金的組成部分，但這里問的是屬于變形鋁合金的，所以選超硬鋁合金。10.黃銅是指（）。A.銅鋅合金B(yǎng).銅錫合金C.銅鋁合金D.銅鎳合金答案：A。黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金；銅錫合金是青銅；銅鋁合金、銅鎳合金分別是鋁青銅、白銅。11.金屬在冷變形后產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象，其本質(zhì)原因是（）。A.晶粒破碎細(xì)化B.晶格發(fā)生畸變C.位錯密度增加D.殘余應(yīng)力的存在答案：C。金屬冷變形時，位錯密度不斷增加，位錯之間相互作用、纏結(jié)，使位錯運(yùn)動的阻力增大，從而導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度和硬度提高，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。晶粒破碎細(xì)化、晶格畸變也是冷變形的結(jié)果，但本質(zhì)原因是位錯密度增加。殘余應(yīng)力是冷變形產(chǎn)生的另一個結(jié)果，不是加工硬化的本質(zhì)原因。12.下列金屬材料中，焊接性能最好的是（）。A.低碳鋼B.中碳鋼C.高碳鋼D.鑄鐵答案：A。低碳鋼含碳量低，焊接時不易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋，焊接性能良好。中碳鋼和高碳鋼含碳量較高，焊接時容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，焊接性能相對較差。鑄鐵的焊接性更差，因?yàn)槠浜剂扛?，組織不均勻，焊接時容易出現(xiàn)白口組織和裂紋等問題。13.灰鑄鐵的性能特點(diǎn)是（）。A.強(qiáng)度高、塑性好、韌性好B.強(qiáng)度低、塑性差、韌性差C.強(qiáng)度高、塑性差、韌性好D.強(qiáng)度低、塑性好、韌性差答案：B?；诣T鐵中石墨呈片狀，割裂基體，使其強(qiáng)度、塑性和韌性都較差。14.球墨鑄鐵的組織可以是（）。A.鐵素體+珠光體+球狀石墨B.鐵素體+片狀石墨C.珠光體+片狀石墨D.鐵素體+滲碳體+片狀石墨答案：A。球墨鑄鐵中石墨呈球狀，其組織可以是鐵素體、珠光體或鐵素體+珠光體與球狀石墨的組合。片狀石墨是灰鑄鐵的特征，滲碳體一般不是球墨鑄鐵的常見組織組成。15.為了使鍛造后的金屬零件獲得良好的綜合力學(xué)性能，一般應(yīng)進(jìn)行（）。A.正火B(yǎng).淬火C.調(diào)質(zhì)處理D.回火答案：C。調(diào)質(zhì)處理是淬火加高溫回火，能使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能，即較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。正火主要用于改善低碳鋼和中碳鋼的切削性能等；淬火會使零件硬度提高，但塑性和韌性降低；回火一般是在淬火后進(jìn)行，以消除淬火應(yīng)力等。二、判斷題（每題1分，共10分）1.金屬的結(jié)晶過程是由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成的。（）答案：對。金屬結(jié)晶時，首先在液態(tài)金屬中形成一些微小的晶體作為晶核，然后晶核不斷長大，直至液態(tài)金屬全部結(jié)晶完畢。2.過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷度越大。（）答案：對。過冷度是指實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值，冷卻速度越快，實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過冷度就越大。3.珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。（）答案：對。珠光體是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是由鐵素體和滲碳體片層相間排列形成的機(jī)械混合物。4.鋼的含碳量越高，其硬度越高，塑性和韌性越低。（）答案：對。隨著鋼中含碳量的增加，滲碳體的含量增多，硬度提高，而塑性和韌性降低。5.淬火加熱溫度越高，淬火后鋼的硬度越高。（）答案：錯。在一定范圍內(nèi)，淬火加熱溫度升高，奧氏體的均勻化程度提高，淬火后硬度會升高。但加熱溫度過高，會使奧氏體晶粒粗大，淬火后形成粗大的馬氏體，不僅硬度有所降低，還會使鋼的脆性增大。6.所有的金屬材料都可以進(jìn)行時效強(qiáng)化。（）答案：錯。時效強(qiáng)化主要適用于一些能形成過飽和固溶體的合金，并不是所有金屬材料都能進(jìn)行時效強(qiáng)化。7.鋁合金的時效處理與鋼的淬火時效本質(zhì)上是相同的。（）答案：錯。鋁合金的時效處理是通過過飽和固溶體的分解，析出細(xì)小彌散的強(qiáng)化相來提高強(qiáng)度和硬度。而鋼的淬火時效是由于淬火后鋼中存在過飽和的碳、氮原子，在室溫或低溫下以碳化物、氮化物的形式析出，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度和硬度提高，兩者本質(zhì)不同。8.銅合金的耐蝕性一般比純銅好。（）答案：對。在銅中加入合金元素可以改變其表面的氧化膜結(jié)構(gòu)和性能，提高其耐蝕性，所以一般銅合金的耐蝕性比純銅好。9.金屬的熱加工是指在高溫下進(jìn)行的加工，冷加工是指在低溫下進(jìn)行的加工。（）答案：錯。熱加工是指在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的加工，冷加工是指在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的加工，而不是簡單地以高溫和低溫來劃分。10.可鍛鑄鐵比灰鑄鐵的塑性好，因此可以進(jìn)行鍛造加工。（）答案：錯?？慑戣T鐵實(shí)際上并不可鍛，它是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到的，其塑性比灰鑄鐵好，但由于其組織中存在石墨，鍛造時容易開裂，所以不能進(jìn)行鍛造加工。三、填空題（每題2分，共20分）1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)主要有______、______和密排六方三種。答案：體心立方；面心立方2.鐵碳合金的基本組織有鐵素體、______、______、珠光體和萊氏體。答案：奧氏體；滲碳體3.鋼的熱處理工藝一般由______、______和冷卻三個階段組成。答案：加熱；保溫4.淬火鋼回火的種類有低溫回火、______和______。答案：中溫回火；高溫回火5.鋁合金按其成分和工藝特點(diǎn)可分為______和______兩大類。答案：變形鋁合金；鑄造鋁合金6.銅合金按其主要合金元素的不同可分為______、______和白銅。答案：黃銅；青銅7.金屬的冷變形會產(chǎn)生______現(xiàn)象，使金屬的強(qiáng)度和硬度______，塑性和韌性______。答案：加工硬化；提高；降低8.灰鑄鐵中的石墨呈______狀，可鍛鑄鐵中的石墨呈______狀，球墨鑄鐵中的石墨呈______狀。答案：片；團(tuán)絮；球9.金屬的鍛造性取決于金屬的______和______。答案：本質(zhì)；加工條件10.焊接接頭由______區(qū)、______區(qū)和熱影響區(qū)組成。答案：焊縫；熔合四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述金屬結(jié)晶的基本過程。答：金屬的結(jié)晶過程是由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成的。（1）晶核的形成：在液態(tài)金屬中，存在著許多尺寸不同的短程有序原子集團(tuán)。當(dāng)液態(tài)金屬過冷到結(jié)晶溫度以下時，一些尺寸較大的短程有序原子集團(tuán)就成為穩(wěn)定的結(jié)晶核心，稱為晶核。晶核的形成方式有兩種，一種是均勻形核，即完全依靠液態(tài)金屬內(nèi)部的原子自發(fā)聚集形成晶核；另一種是非均勻形核，是液態(tài)金屬中的雜質(zhì)或型壁等提供現(xiàn)成的表面，使原子更容易在這些表面上聚集形成晶核。實(shí)際金屬結(jié)晶時，非均勻形核起主要作用。（2）晶核的長大：晶核形成后，隨著時間的推移，周圍的原子不斷向晶核表面擴(kuò)散并沉積，使晶核不斷長大。晶核的長大方式主要取決于晶核的界面結(jié)構(gòu)和散熱條件。在正的溫度梯度下，晶核以平面狀方式長大；在負(fù)的溫度梯度下，晶核以樹枝狀方式長大。隨著晶核的不斷長大，相鄰晶核彼此相遇，結(jié)晶過程結(jié)束。2.說明淬火鋼回火的目的及回火的種類和應(yīng)用。答：（1）回火的目的：①消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂。②調(diào)整工件的硬度和韌性，獲得所需要的力學(xué)性能。③穩(wěn)定工件尺寸。（2）回火的種類和應(yīng)用：①低溫回火（150250℃）：回火組織為回火馬氏體，主要目的是降低淬火應(yīng)力，提高韌性，保持高硬度和高耐磨性。常用于各種刃具、量具、冷沖模及滾動軸承等。②中溫回火（350500℃）：回火組織為回火托氏體，具有較高的彈性極限、屈服強(qiáng)度和一定的韌性。主要用于各種彈簧和模具等。③高溫回火（500650℃）：回火組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學(xué)性能，即較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。常用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿等。淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。3.比較灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的組織和性能特點(diǎn)。答：（1）灰鑄鐵：組織：石墨呈片狀分布在金屬基體上，基體組織可以是鐵素體、珠光體或鐵素體+珠光體。性能特點(diǎn)：由于片狀石墨的存在，割裂了基體組織，降低了基體的承載能力，使灰鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性較差，但具有良好的鑄造性能、切削加工性能、減震性和低的缺口敏感性。（2）可鍛鑄鐵：組織：石墨呈團(tuán)絮狀分布在金屬基體上，基體組織可以是鐵素體或珠光體。性能特點(diǎn)：團(tuán)絮狀石墨對基體的割裂作用比片狀石墨小，因此可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性比灰鑄鐵好，但可鍛鑄鐵實(shí)際上并不可鍛。它具有一定的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性，常用于制造一些形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁小件。（3）球墨鑄鐵：組織：石墨呈球狀分布在金屬基體上，基體組織可以是鐵素體、珠光體或鐵素體+珠光體。性能特點(diǎn)：球狀石墨對基體的割裂作用最小，應(yīng)力集中現(xiàn)象也最小，因此球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和韌性，其力學(xué)性能接近或部分超過鑄鋼，同時還具有良好的鑄造性能、切削加工性能和減震性等。廣泛應(yīng)用于制造各種受力復(fù)雜、強(qiáng)度和韌性要求較高的零件。五、綜合分析題（10分）某機(jī)床主軸要求具有良好的綜合力學(xué)性能，軸頸部分要求有較高的硬度和耐磨性。現(xiàn)選用45鋼制造，其加工工藝路線為：下料→鍛造→熱處理1→粗加工→熱處理2→精加工→熱處理3→磨削。試分析：（1）各熱處理工序的名稱和作用。（2）軸頸部分最終的組織和性能特點(diǎn)。答：（1）各熱處理工序的名稱和作用：①熱處理1：正火。正火的目的是消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善切削加工性能。對于45鋼，正火后得到細(xì)片狀珠光體和少量鐵素體組織，硬度適中，便于后續(xù)的粗加工。②熱處理2：調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）。調(diào)質(zhì)處理可以使主軸獲得良好的綜合力學(xué)性能，即較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。淬火后得到馬氏體組織，高溫回火后組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，使主軸整體具有合適的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性，以