2025年金屬材料與熱處理練習(xí)題庫+參考答案一、單項選擇題1.下列金屬晶體結(jié)構(gòu)中，塑性最好的是（）A.體心立方（BCC）B.面心立方（FCC）C.密排六方（HCP）D.非晶態(tài)結(jié)構(gòu)答案：B。面心立方結(jié)構(gòu)的滑移系數(shù)量多且滑移方向密排，原子間結(jié)合力均勻，塑性優(yōu)于體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)。2.鐵碳相圖中，共析反應(yīng)的產(chǎn)物是（）A.萊氏體（Ld）B.珠光體（P）C.奧氏體（A）D.鐵素體（F）答案：B。共析反應(yīng)為A（0.77%C）→F（0.0218%C）+Fe?C（6.69%C），產(chǎn)物是珠光體。3.下列熱處理工藝中，以獲得馬氏體為主要目的的是（）A.完全退火B(yǎng).正火C.淬火D.球化退火答案：C。淬火通過快速冷卻（大于臨界冷卻速度）使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。4.40Cr鋼屬于（）A.碳素結(jié)構(gòu)鋼B.合金滲碳鋼C.合金調(diào)質(zhì)鋼D.合金工具鋼答案：C。40Cr含碳量約0.4%，Cr為合金元素，主要用于調(diào)質(zhì)處理獲得綜合力學(xué)性能。5.鑄鐵中石墨形態(tài)為片狀時，其材料類型是（）A.灰鑄鐵B.可鍛鑄鐵C.球墨鑄鐵D.蠕墨鑄鐵答案：A。灰鑄鐵的石墨呈片狀，割裂基體嚴(yán)重，塑性和韌性低。6.金屬發(fā)生加工硬化后，其（）A.強(qiáng)度提高，塑性降低B.強(qiáng)度降低，塑性提高C.強(qiáng)度和塑性均提高D.強(qiáng)度和塑性均降低答案：A。加工硬化因位錯密度增加、滑移阻力增大，導(dǎo)致強(qiáng)度上升，但位錯纏結(jié)限制了進(jìn)一步變形，塑性下降。7.下列回火工藝中，用于制造刀具（要求高硬度）的是（）A.低溫回火（150-250℃）B.中溫回火（350-500℃）C.高溫回火（500-650℃）D.時效處理答案：A。低溫回火可保持馬氏體的高硬度（58-64HRC），同時消除淬火應(yīng)力。8.衡量材料抵抗局部塑性變形能力的指標(biāo)是（）A.強(qiáng)度B.硬度C.韌性D.疲勞強(qiáng)度答案：B。硬度反映材料表面抵抗壓入或劃痕的能力，與局部塑性變形密切相關(guān)。9.鋁合金固溶處理后進(jìn)行時效的目的是（）A.提高耐蝕性B.消除內(nèi)應(yīng)力C.析出強(qiáng)化相D.細(xì)化晶粒答案：C。時效通過過飽和固溶體分解，析出細(xì)小彌散的第二相粒子，阻礙位錯運動，實現(xiàn)強(qiáng)化。10.下列組織中，硬度最高的是（）A.鐵素體（F）B.奧氏體（A）C.滲碳體（Fe?C）D.珠光體（P）答案：C。滲碳體是鐵與碳的間隙化合物，硬度約800HBW，遠(yuǎn)高于其他組織。二、判斷題（正確√，錯誤×）1.所有金屬在固態(tài)下都是晶體結(jié)構(gòu)。（）答案：×。非晶態(tài)金屬（如金屬玻璃）在固態(tài)下為無序結(jié)構(gòu)，但工程中常見金屬多為晶體。2.鋼的含碳量越高，其淬火后的硬度一定越高。（）答案：×。當(dāng)含碳量超過0.77%時，淬火后殘余奧氏體量增加，硬度不再顯著提高，甚至下降。3.正火的冷卻速度比退火快，因此正火后的組織更細(xì)，強(qiáng)度和硬度更高。（）答案：√。正火采用空冷，冷卻速度大于退火（爐冷），得到的珠光體片層更薄，力學(xué)性能更優(yōu)。4.球墨鑄鐵通過石墨球化處理，其塑性和韌性可接近鋼材。（）答案：√。球狀石墨對基體的割裂作用小，應(yīng)力集中低，故球墨鑄鐵（如QT600-3）具有較高的強(qiáng)度和韌性。5.馬氏體轉(zhuǎn)變是一種無擴(kuò)散的切變過程，因此轉(zhuǎn)變后不發(fā)生體積變化。（）答案：×。馬氏體比容大于奧氏體，轉(zhuǎn)變時會引起體積膨脹，易導(dǎo)致淬火裂紋。6.加工硬化現(xiàn)象僅在冷變形時發(fā)生，熱變形過程中不會出現(xiàn)。（）答案：×。熱變形中加工硬化與動態(tài)回復(fù)/再結(jié)晶同時進(jìn)行，若后者速率大于前者，則無明顯加工硬化；否則仍可能殘留。7.灰鑄鐵不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，因其石墨形態(tài)無法改變。（）答案：×?；诣T鐵可通過表面淬火提高表層硬度，或通過退火消除內(nèi)應(yīng)力，但整體力學(xué)性能受石墨形態(tài)限制。8.鋁合金的時效強(qiáng)化效果隨時間延長持續(xù)增強(qiáng)。（）答案：×。時效存在“最佳時效”階段，過時效后析出相粗化，強(qiáng)化效果減弱。9.鐵素體的含碳量低于奧氏體，因此其溶碳能力更強(qiáng)。（）答案：×。奧氏體的面心立方結(jié)構(gòu)間隙更大，溶碳能力（最大2.11%C）遠(yuǎn)高于鐵素體（最大0.0218%C）。10.回火索氏體與索氏體的區(qū)別在于，前者由馬氏體回火形成，后者由奧氏體直接轉(zhuǎn)變形成。（）答案：√?；鼗鹚魇象w是淬火馬氏體在高溫回火后形成的鐵素體+粒狀滲碳體組織，而索氏體是奧氏體在正火或等溫轉(zhuǎn)變中形成的層狀珠光體。三、簡答題1.簡述細(xì)晶強(qiáng)化的原理及實現(xiàn)方法。答案：細(xì)晶強(qiáng)化是通過細(xì)化晶粒提高材料強(qiáng)度的方法。原理：晶粒越細(xì)，晶界越多，晶界阻礙位錯運動的能力越強(qiáng)（晶界處原子排列不規(guī)則，位錯需額外能量才能穿過）；同時，細(xì)晶粒的應(yīng)力集中較小，斷裂所需能量更高。實現(xiàn)方法：①增加過冷度（如提高冷卻速度），增加形核率；②變質(zhì)處理（加入形核劑，如鋼中加鈦、鋁）；③振動或攪拌（促進(jìn)晶核形成）；④控制變形量與再結(jié)晶溫度（通過冷變形+再結(jié)晶獲得細(xì)晶）。2.比較完全退火與球化退火的工藝、目的及應(yīng)用。答案：工藝：完全退火是將鋼加熱至Ac3以上30-50℃，保溫后隨爐緩慢冷卻；球化退火是加熱至Ac1以上20-30℃（或交替加熱冷卻），保溫后緩冷。目的：完全退火用于細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度（改善切削性能），主要針對亞共析鋼；球化退火使?jié)B碳體球化，降低硬度（≤200HBW）、改善切削性并為淬火作準(zhǔn)備，主要用于過共析鋼（如工具鋼）。應(yīng)用：完全退火用于中碳鋼（如45鋼）的鍛件、鑄件；球化退火用于T10鋼等高碳鋼的刀具毛坯。3.說明馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點。答案：①無擴(kuò)散性：原子不進(jìn)行長程擴(kuò)散，僅作切變位移；②切變共格性：馬氏體與母相奧氏體保持共格關(guān)系，形成表面浮凸；③高速性：轉(zhuǎn)變速度極快（接近聲速），通常在Ms-Mf溫度范圍內(nèi)瞬間完成；④不完全性：冷卻至Mf以下仍有部分奧氏體未轉(zhuǎn)變（殘余奧氏體）；⑤高硬度性：馬氏體含碳量越高，硬度越高（主要因過飽和碳固溶引起晶格畸變）；⑥體積膨脹：馬氏體比容大于奧氏體，導(dǎo)致零件尺寸增大。4.分析45鋼（含碳0.45%）淬火后硬度不足的可能原因。答案：①加熱溫度不足：未達(dá)到Ac3（約780℃），奧氏體未充分形成，淬火后殘留鐵素體，硬度降低；②保溫時間過短：奧氏體成分不均勻（局部碳含量低），淬火后馬氏體量減少；③冷卻速度不夠：小于臨界冷卻速度（V臨），部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或貝氏體，未全部轉(zhuǎn)馬氏體；④鋼材成分偏差：實際含碳量低于0.45%（如冶煉誤差），馬氏體中碳含量不足；⑤表面脫碳：加熱時未保護(hù)，表層碳被氧化，淬火后表層馬氏體含碳量低，硬度下降；⑥淬火介質(zhì)選擇不當(dāng)：如水溫過高（>30℃），冷卻能力下降，或使用油冷（對45鋼而言冷卻速度可能不足）。四、綜合分析題某汽車變速箱齒輪（承受交變載荷、沖擊及齒面磨損），要求表面高硬度（58-62HRC）、心部良好強(qiáng)韌性（25-35HRC）?，F(xiàn)有20CrMnTi、45鋼、T12鋼三種材料可選，試：（1）選擇合適材料；（2）設(shè)計熱處理工藝路線；（3）說明各工藝的作用。答案：（1）材料選擇：20CrMnTi。原因：齒輪需表面高硬度（耐磨）、心部強(qiáng)韌性（抗沖擊），20CrMnTi為合金滲碳鋼，含碳量低（0.17-0.23%）保證心部韌性，Cr、Mn、Ti提高淬透性并細(xì)化晶粒，適合滲碳淬火處理。（2）熱處理工藝路線：下料→鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳（900-950℃，滲碳層深0.8-1.2mm）→預(yù)冷淬火（830-850℃油冷）→低溫回火（180-200℃，1-2h）→噴丸→磨齒。（3）各工藝作用：①正火：消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度（170-217HBW），改善切削性能；②滲碳：增加表層碳含量（0.8-1.0%C），形成高碳奧氏體區(qū)；③預(yù)冷淬火：表層高碳奧氏體以大于V臨的速度冷卻轉(zhuǎn)馬氏體（高硬度），心部低碳奧氏體因淬透性好也轉(zhuǎn)馬氏體（或貝氏體），保證心部強(qiáng)度；④低溫回火：消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定