(2025年)材料成型及工藝基礎(chǔ)考試題含答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.以下鑄造方法中，液態(tài)金屬充型時受外力作用最小的是（）。A.砂型鑄造B.壓力鑄造C.離心鑄造D.低壓鑄造答案：A2.塑性變形過程中，若材料的屈強(qiáng)比（σs/σb）越小，則（）。A.成型時易斷裂B.成型后零件尺寸穩(wěn)定性越好C.允許的變形程度越大D.加工硬化現(xiàn)象越弱答案：C3.焊接熱影響區(qū)中，晶粒顯著粗化、力學(xué)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.不完全重結(jié)晶區(qū)答案：B4.粉末冶金工藝中，壓制階段的主要目的是（）。A.提高粉末純度B.使粉末初步成型并具有一定強(qiáng)度C.消除內(nèi)部孔隙D.改善材料導(dǎo)電性答案：B5.鋁合金鑄造時，為減少氣孔缺陷，最有效的工藝措施是（）。A.提高澆注溫度B.增加鑄型透氣性C.延長冷卻時間D.采用酸性熔劑答案：B6.自由鍛生產(chǎn)中，拔長工序的主要作用是（）。A.增加坯料長度，減小橫截面積B.減小坯料長度，增加橫截面積C.改變坯料形狀為圓形D.消除內(nèi)部縮孔答案：A7.以下焊接方法中，屬于壓焊的是（）。A.氬弧焊B.電阻點(diǎn)焊C.埋弧焊D.氣焊答案：B8.鑄造工藝中，設(shè)置冒口的主要目的是（）。A.方便澆注B.增加鑄件美觀度C.補(bǔ)縮液態(tài)收縮和凝固收縮D.減少型砂用量答案：C9.板料沖壓中，落料和沖孔的主要區(qū)別在于（）。A.模具間隙不同B.落料是獲取外部輪廓，沖孔是獲取內(nèi)部孔C.材料厚度要求不同D.所用設(shè)備類型不同答案：B10.影響金屬可鍛性的主要因素是（）。A.鍛造設(shè)備噸位B.金屬的化學(xué)成分和組織C.操作人員技術(shù)水平D.鍛造溫度范圍答案：B11.以下鑄造合金中，流動性最好的是（）。A.鑄鋼B.灰鑄鐵C.鋁合金D.銅合金答案：B12.焊接過程中，產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是（）。A.焊縫金屬含氫量高B.焊接電流過大C.母材碳當(dāng)量低D.冷卻速度過慢答案：A13.模鍛與自由鍛相比，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是（）。A.設(shè)備投資小B.適合生產(chǎn)大型零件C.尺寸精度高、加工余量小D.對操作工人技術(shù)要求低答案：C14.粉末冶金零件的孔隙率主要取決于（）。A.粉末粒度B.壓制壓力C.燒結(jié)溫度D.粉末純度答案：B15.鋁合金擠壓成型時，若擠壓速度過快，最可能出現(xiàn)的缺陷是（）。A.表面裂紋B.內(nèi)部縮松C.尺寸偏差D.氧化皮增厚答案：A二、填空題（每空1分，共20分）1.鑄造工藝中，鑄件的最小壁厚主要取決于（合金流動性）和（鑄造方法）。2.塑性變形的兩個基本方式是（滑移）和（孿生）。3.焊接接頭由（焊縫）、（熔合區(qū)）和（熱影響區(qū)）三部分組成。4.粉末冶金的基本工藝路線為：粉末制備→（混合）→（壓制）→（燒結(jié)）→后處理。5.鍛造溫度范圍是指（始鍛溫度）到（終鍛溫度）之間的溫度區(qū)間。6.砂型鑄造中，型芯的主要作用是（形成鑄件的內(nèi)腔或復(fù)雜外形），其關(guān)鍵性能要求是（強(qiáng)度）、（透氣性）和（潰散性）。7.板料沖壓的基本工序分為（分離工序）和（成型工序）兩大類，其中沖孔屬于（分離工序）。8.鑄造合金的收縮經(jīng)歷三個階段：（液態(tài)收縮）、（凝固收縮）和（固態(tài)收縮），其中（固態(tài)收縮）是產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。三、簡答題（每題6分，共30分）1.比較壓力鑄造與低壓鑄造的工藝特點(diǎn)及適用場景。答：壓力鑄造是在高壓（5-150MPa）下將液態(tài)金屬高速充型并凝固的鑄造方法，特點(diǎn)是充型速度快、鑄件尺寸精度高（IT11-IT13）、表面粗糙度低（Ra1.6-3.2μm），但設(shè)備投資大、鑄件內(nèi)部易產(chǎn)生氣孔（因高壓卷入氣體），適合生產(chǎn)薄壁、形狀復(fù)雜的非鐵合金小件（如鋁合金手機(jī)外殼）。低壓鑄造是在0.02-0.06MPa低壓下使金屬液自下而上充型，特點(diǎn)是充型平穩(wěn)、補(bǔ)縮效果好、鑄件組織致密，適合生產(chǎn)質(zhì)量要求高的鋁合金鑄件（如汽車輪轂）或大型薄壁件。2.分析自由鍛與模鍛的主要區(qū)別及各自適用范圍。答：自由鍛是在鍛錘或壓力機(jī)上通過上下砧塊使坯料變形，無模具約束，特點(diǎn)是靈活性大、設(shè)備簡單，但尺寸精度低（IT15-IT12）、加工余量大、生產(chǎn)率低，適合單件小批生產(chǎn)大型鍛件（如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子）。模鍛是在專用鍛模中成型，坯料在模膛內(nèi)受約束變形，特點(diǎn)是尺寸精度高（IT12-IT10）、表面質(zhì)量好、生產(chǎn)率高，但模具成本高、適合中批量生產(chǎn)中小型復(fù)雜鍛件（如汽車連桿）。3.簡述焊接熱影響區(qū)中各區(qū)域的組織與性能特點(diǎn)。答：焊接熱影響區(qū)分為：①熔合區(qū)（半熔化區(qū)）：晶粒粗大，成分不均，力學(xué)性能最差，是裂紋敏感區(qū)；②過熱區(qū)：晶粒嚴(yán)重粗化（奧氏體晶粒長大），塑性、韌性顯著下降；③正火區(qū)：加熱至Ac3以上，發(fā)生重結(jié)晶，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)于母材；④不完全重結(jié)晶區(qū)（部分相變區(qū)）：部分鐵素體未溶解，晶粒大小不均，力學(xué)性能略低于正火區(qū)。4.說明粉末冶金工藝中燒結(jié)工序的作用及影響因素。答：燒結(jié)的作用是通過加熱使粉末顆粒間產(chǎn)生原子擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合，提高零件強(qiáng)度和密度。影響因素包括：①燒結(jié)溫度：溫度過高易導(dǎo)致晶粒粗化或熔化，過低則結(jié)合不充分；②燒結(jié)時間：時間不足則擴(kuò)散不徹底，過長增加能耗；③燒結(jié)氣氛：常用還原性氣氛（如H?）防止氧化，或惰性氣氛（如N?）保護(hù)；④粉末成分：合金元素影響擴(kuò)散速率和結(jié)合強(qiáng)度。5.列舉三種減少鑄造應(yīng)力的工藝措施。答：①采用同時凝固原則：設(shè)置冷鐵使鑄件各部分溫差小，減少熱應(yīng)力；②改善鑄型和型芯的退讓性：使用潰散性好的型砂（如有機(jī)粘結(jié)劑砂），減少機(jī)械應(yīng)力；③合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)：避免壁厚突變，采用圓角過渡，減少應(yīng)力集中；④時效處理：鑄件冷卻后進(jìn)行自然時效或人工時效（加熱至500-600℃保溫后緩冷），消除內(nèi)部殘余應(yīng)力。四、分析題（每題10分，共20分）1.某企業(yè)需生產(chǎn)一批汽車發(fā)動機(jī)連桿（材料為40Cr，要求高疲勞強(qiáng)度、內(nèi)部組織致密），現(xiàn)有砂型鑄造、模鍛、粉末冶金三種工藝可選。試分析應(yīng)選擇哪種工藝，并說明理由。答：應(yīng)選擇模鍛工藝。理由：①砂型鑄造連桿內(nèi)部易產(chǎn)生縮松、氣孔等缺陷，組織致密度差，無法滿足高疲勞強(qiáng)度要求；②粉末冶金連桿雖可近凈成型，但燒結(jié)后仍存在一定孔隙率（通常5%-15%），疲勞性能低于致密金屬；③模鍛通過塑性變形使金屬流線沿連桿輪廓分布，內(nèi)部組織致密（無孔隙），晶粒細(xì)化，顯著提高疲勞強(qiáng)度（比鑄造件高30%-50%），且模鍛尺寸精度高（加工余量小），適合批量生產(chǎn)汽車連桿（年需求量通常數(shù)萬件以上）。2.某鋁合金薄壁殼體（壁厚2mm，形狀復(fù)雜）鑄造時，經(jīng)常出現(xiàn)澆不足和冷隔缺陷。試分析可能的原因及解決措施。答：可能原因：①鋁合金流動性較差（液態(tài)粘度高），薄壁件充型困難；②澆注溫度過低，金屬液在流動中提前凝固；③鑄型溫度低（如金屬型未預(yù)熱），加速金屬液冷卻；④澆道設(shè)計不合理（如澆口截面過小、流程過長），充型阻力大；⑤鑄型透氣性差，型腔氣體阻礙金屬液填充。解決措施：①提高澆注溫度（鋁合金通常控制在700-750℃，薄壁件可適當(dāng)提高至720-760℃）；②預(yù)熱鑄型（金屬型預(yù)熱至200-300℃），減緩金屬液冷卻；③優(yōu)化澆道設(shè)計（采用開放式澆道，增大內(nèi)澆口截面積，縮短流程）；④使用流動性更好的合金（如添加2%-4%的Si形成Al-Si合金，提高流動性）；⑤改善鑄型透氣性（砂型增加排氣道，金屬型設(shè)置排氣槽）。五、計算題（10分）已知某鑄鐵件的體積為V=1200cm3，表面積A=500cm2，采用頂注式澆注系統(tǒng)，需設(shè)置圓柱形冒口（直徑d=高度h）。假設(shè)鑄件的凝固時間t?=K(V/A)2（K=2.5min·cm2/cm?），冒口的凝固時間t?需至少為1.2t?，試計算冒口的尺寸（d和h）。解：（1）計算鑄件的凝固時間t?：t?=K(V/A)2=2.5×(1200/500)2=2.5×(2.4)2=2.5×5.76=14.4min（2）冒口的凝固時間t?≥1.2t?=1.2×14.4=17.28min（3）冒口為圓柱體，體積V冒=πd2h/4（d=h），故V冒=πd3/4；表面積A冒=πd2/2（頂部和底部面積）+πdh（側(cè)面積）=πd2/2+πd2=3πd2/2（因h=d）。（4）冒口的凝固時間t?=K(V冒/A冒)2≥17.28min，代入V冒和A冒表達(dá)式：t?=2.5×[(πd3/4)/(3πd2/2)]2=2.5×[(d/4)/(3/2)]2=2.5×(d/6)2=2.5×d2/36（5）令t?≥17.28min，解得：2.5×d2/36≥17.28→d2≥(17.