2025年金屬失效分析試題及答案

第一類型題：單項選擇題（每題2分，共20分）

1.金屬疲勞失效的主要特征是：

A.瞬時斷裂

B.斷口呈粗糙顆粒狀

C.斷口有明顯的疲勞輝紋

D.無明顯變形

答案：C

解析：金屬疲勞失效的斷口通常具有明顯的疲勞輝紋或海灘紋，這是疲勞裂紋擴展過程中留下的典型特征。疲勞失效是一個漸進過程，包括裂紋萌生、擴展和最終斷裂三個階段。

2.下列哪種腐蝕形式最容易導致金屬構(gòu)件突然失效？

A.均勻腐蝕

B.點蝕

C.電偶腐蝕

D.應力腐蝕開裂

答案：D

解析：應力腐蝕開裂(SCC)是一種在拉應力和特定腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生的腐蝕形式，它通常無明顯預兆，導致構(gòu)件突然斷裂，危害性極大。

3.金屬氫脆的主要原因是：

A.氫氣在金屬中形成氣泡

B.氫原子與金屬原子形成化合物

C.氫原子擴散到金屬中導致脆化

D.氫氣與金屬表面發(fā)生化學反應

答案：C

解析：金屬氫脆主要是由于氫原子擴散到金屬內(nèi)部，在晶界或缺陷處聚集，導致金屬局部脆化，降低材料的韌性，使其在較低應力下發(fā)生脆性斷裂。

4.下列哪種方法最適合用于檢測金屬表面的微小裂紋？

A.目視檢查

B.超聲波檢測

C.磁粉檢測

D.射線檢測

答案：C

解析：磁粉檢測對表面和近表面裂紋非常敏感，可以檢測出微小的表面裂紋，且操作相對簡單，成本較低，是檢測表面微小裂紋的常用方法。

5.金屬應力腐蝕開裂的必要條件是：

A.僅存在拉應力

B.僅存在腐蝕環(huán)境

C.拉應力和腐蝕環(huán)境同時存在

D.高溫和高壓環(huán)境

答案：C

解析：金屬應力腐蝕開裂必須同時滿足三個條件：特定材料、特定腐蝕環(huán)境和拉應力(外加應力或殘余應力)，三者缺一不可。

6.下列哪種元素最容易導致不銹鋼晶間腐蝕？

A.鉻

B.鎳

C.碳

D.鉬

答案：C

解析：碳容易與鉻形成碳化物，導致晶界附近貧鉻，降低不銹鋼的耐腐蝕性，從而引發(fā)晶間腐蝕。降低碳含量或添加穩(wěn)定化元素(如鈦、鈮)可以防止晶間腐蝕。

7.金屬疲勞壽命的主要影響因素是：

A.材料成分

B.載荷大小和循環(huán)次數(shù)

C.環(huán)境溫度

D.所有上述因素

答案：D

解析：金屬疲勞壽命受多種因素影響，包括材料成分、載荷大小和循環(huán)次數(shù)、環(huán)境溫度、應力集中、表面質(zhì)量等，是一個綜合因素作用的結(jié)果。

8.下列哪種失效模式通常與高溫環(huán)境有關(guān)？

A.蠕變

B.疲勞

C.脆性斷裂

D.腐蝕疲勞

答案：A

解析：蠕變是材料在高溫和恒定應力下隨時間發(fā)生的緩慢塑性變形過程，是高溫金屬構(gòu)件失效的主要原因之一。

9.金屬失效分析中最常用的金相樣品制備方法是：

A.直接觀察

B.化學腐蝕

C.電解拋光

D.機械拋光和腐蝕

答案：D

解析：機械拋光和腐蝕是金相樣品制備最常用的方法，通過機械研磨和拋光獲得光滑表面，再用適當?shù)母g劑顯示組織結(jié)構(gòu)。

10.下列哪種檢測方法最適合用于分析金屬斷口的微觀形貌？

A.光學顯微鏡

B.掃描電子顯微鏡

C.透射電子顯微鏡

D.X射線衍射

答案：B

解析：掃描電子顯微鏡(SEM)具有高放大倍數(shù)和大景深，能夠清晰顯示斷口的微觀形貌，是金屬斷口分析最常用的工具。

第二類型題：填空題（每題2分，共12分）

1.金屬疲勞失效通常包括三個階段：裂紋萌生、裂紋擴展和最終斷裂。

解析：金屬疲勞失效是一個漸進過程，首先是裂紋萌生，然后是裂紋穩(wěn)定擴展，最后是當裂紋達到臨界尺寸時發(fā)生快速斷裂。

2.金屬腐蝕按照腐蝕機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。

解析：化學腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學作用而引起的腐蝕，如高溫氧化；電化學腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中由于電化學作用而引起的腐蝕，如大多數(shù)大氣腐蝕。

3.金屬應力腐蝕開裂的英文縮寫是SCC。

解析：SCC是StressCorrosionCracking的縮寫，是金屬在拉應力和特定腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生的開裂現(xiàn)象。

4.金屬氫脆通常發(fā)生在含氫環(huán)境中，如酸洗、電鍍等工藝過程。

解析：氫脆主要發(fā)生在含氫環(huán)境中，包括酸洗、電鍍、焊接等工藝過程中氫的滲入，以及含氫介質(zhì)(如H?S)環(huán)境中的暴露。

5.金屬失效分析的基本步驟包括失效信息收集、外觀檢查、無損檢測、斷口分析、金相分析、力學性能測試和綜合分析。

解析：金屬失效分析是一個系統(tǒng)過程，需要按照科學的方法和步驟進行，從收集失效信息開始，經(jīng)過各種檢測手段，最后進行綜合分析，確定失效原因。

6.金屬疲勞斷口的典型特征是海灘紋或貝殼紋，這是疲勞裂紋擴展留下的痕跡。

解析：海灘紋或貝殼紋是疲勞斷口的典型特征，是由于疲勞裂紋在擴展過程中周期性停滯和擴展形成的，類似于海灘上的波紋。

第三類型題：判斷題（每題2分，共12分）

1.金屬疲勞失效與載荷大小無關(guān)，只與載荷循環(huán)次數(shù)有關(guān)。（×）

解析：金屬疲勞失效既與載荷大小有關(guān)，也與載荷循環(huán)次數(shù)有關(guān)。通常，載荷越大，疲勞壽命越短；載荷越小，疲勞壽命越長。

2.所有金屬都會發(fā)生應力腐蝕開裂。（×）

解析：并非所有金屬都會發(fā)生應力腐蝕開裂，只有特定金屬在特定腐蝕環(huán)境和應力條件下才會發(fā)生，如奧氏體不銹鋼在含氯離子環(huán)境中的應力腐蝕開裂。

3.金屬氫脆是一種可逆的失效形式。（×）

解析：金屬氫脆通常是不可逆的，一旦發(fā)生氫脆，金屬的韌性會永久降低，無法通過熱處理等方法恢復。

4.點蝕是一種局部腐蝕形式，危險性比均勻腐蝕更大。（√）

解析：點蝕雖然腐蝕量較小，但由于其局部性和隱蔽性，可能導致構(gòu)件突然失效，因此比均勻腐蝕更危險。

5.金屬蠕變是金屬在高溫和恒定應力下隨時間發(fā)生的緩慢變形。（√）

解析：蠕變是材料在高溫和恒定應力下隨時間發(fā)生的緩慢塑性變形過程，是高溫金屬構(gòu)件失效的主要原因之一。

6.金屬失效分析中，斷口分析是最直接、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。（√）

解析：斷口分析可以直接觀察到失效的起始位置、擴展路徑和最終斷裂形貌，是金屬失效分析中最直接、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

第四類型題：多項選擇題（每題2分，共4分）

1.下列哪些因素會導致金屬疲勞壽命降低？（多選）

A.應力集中

B.腐蝕環(huán)境

C.高溫

D.表面粗糙度增加

E.材料純度提高

答案：A、B、C、D

解析：應力集中會加速裂紋萌生；腐蝕環(huán)境會導致腐蝕疲勞；高溫會降低材料強度；表面粗糙度增加會促進裂紋萌生。而材料純度提高通常會改善材料性能，延長疲勞壽命。

2.下列哪些方法可用于金屬失效分析中的無損檢測？（多選）

A.超聲波檢測

B.射線檢測

C.磁粉檢測

D.滲透檢測

E.金相分析

答案：A、B、C、D

解析：超聲波檢測、射線檢測、磁粉檢測和滲透檢測都是常用的無損檢測方法，可以在不破壞樣品的情況下檢測內(nèi)部缺陷。金相分析則需要制備樣品，屬于破壞性檢測。

第五類型題：簡答題（每題5分，共10分）

1.簡述金屬疲勞失效的三個階段及其特征。

答案：

金屬疲勞失效通常包括三個階段：

（1）裂紋萌生階段：在應力集中區(qū)域，如缺口、劃痕等處，由于循環(huán)應力的作用，微觀裂紋開始形成。此階段占疲勞壽命的大部分，但裂紋尺寸很小，通常難以檢測。

（2）裂紋擴展階段：隨著循環(huán)次數(shù)的增加，微觀裂紋逐漸擴展為宏觀裂紋。此階段的裂紋擴展速率與應力強度因子范圍有關(guān)，斷口上可觀察到典型的疲勞輝紋或海灘紋。

（3）最終斷裂階段：當裂紋尺寸達到臨界值時，剩余截面無法承受載荷，發(fā)生快速斷裂。此階段的斷口通常呈粗糙的顆粒狀，為靜力斷口特征。

解析：理解金屬疲勞失效的三個階段及其特征對于分析疲勞失效原因和預防疲勞失效至關(guān)重要。裂紋萌生階段占疲勞壽命的大部分，因此改善表面質(zhì)量、減少應力集中可以有效延長疲勞壽命。裂紋擴展階段是疲勞失效的核心階段，斷口上的疲勞輝紋是疲勞失效的重要特征。最終斷裂階段是疲勞失效的最后階段，其斷口特征可以幫助判斷載荷大小和方向。

2.金屬應力腐蝕開裂的條件、特征及預防措施有哪些？

答案：

金屬應力腐蝕開裂的條件、特征及預防措施如下：

條件：

（1）特定材料：特定合金在特定環(huán)境中更容易發(fā)生應力腐蝕開裂。

（2）腐蝕環(huán)境：特定的化學介質(zhì)，如氯化物溶液、氫氧化物溶液等。

（3）拉應力：可以是外加應力或殘余應力。

特征：

（1）斷口呈脆性特征，無明顯塑性變形。

（2）斷口上可能有腐蝕產(chǎn)物覆蓋。

（3）裂紋通常呈樹枝狀或網(wǎng)狀擴展。

（4）斷口可能分為應力腐蝕開裂區(qū)和最終斷裂區(qū)。

預防措施：

（1）選擇對應力腐蝕開裂不敏感的材料。

（2）改善設(shè)計，減少應力集中，降低工作應力。