2025年工程材料復習試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種晶體缺陷屬于線缺陷？A.空位B.位錯C.晶界D.間隙原子答案：B2.鐵碳合金中，含碳量為0.77%的鋼在平衡冷卻時，室溫組織為：A.鐵素體+珠光體B.珠光體C.珠光體+二次滲碳體D.萊氏體答案：B3.高分子材料的粘彈性表現(xiàn)為：A.應力與應變成正比，無時間依賴性B.應變滯后于應力，具有時間依賴性C.僅在高溫下表現(xiàn)彈性D.變形不可恢復答案：B4.下列哪種工藝屬于表面熱處理？A.完全退火B(yǎng).感應淬火C.球化退火D.正火答案：B5.陶瓷材料的主要結合鍵是：A.金屬鍵B.共價鍵和離子鍵C.分子間作用力D.氫鍵答案：B6.鋁合金中添加鎂元素的主要目的是：A.提高耐蝕性B.細化晶粒C.固溶強化D.降低密度答案：C7.復合材料的界面作用不包括：A.傳遞載荷B.阻止裂紋擴展C.降低材料密度D.協(xié)調兩相變形答案：C8.下列哪種材料屬于功能材料？A.45鋼B.聚乙烯C.壓電陶瓷D.鋁合金答案：C9.鐵素體的晶體結構為：A.面心立方（FCC）B.體心立方（BCC）C.密排六方（HCP）D.簡單立方答案：B10.材料的疲勞強度是指：A.材料在靜載荷下的最大應力B.材料在循環(huán)載荷下經(jīng)無限次循環(huán)不破壞的最大應力C.材料在沖擊載荷下的斷裂應力D.材料在高溫下的持久強度答案：B11.下列熱處理工藝中，能顯著提高鋼的硬度和耐磨性的是：A.退火B(yǎng).正火C.淬火+低溫回火D.高溫回火答案：C12.普通黃銅的主要組元是：A.銅和鋅B.銅和錫C.銅和鋁D.銅和鎳答案：A13.下列高分子材料中，屬于熱固性塑料的是：A.聚乙烯（PE）B.聚氯乙烯（PVC）C.環(huán)氧樹脂（EP）D.聚丙烯（PP）答案：C14.鑄鐵中石墨的形態(tài)對性能影響最大的是：A.片狀石墨B.球狀石墨C.蠕蟲狀石墨D.團絮狀石墨答案：A（注：片狀石墨會嚴重割裂基體，降低力學性能；球狀石墨對基體割裂最小，性能最優(yōu)，此處題目考察“影響最大”，故正確選項為A）15.材料的斷裂韌性KIC反映了：A.材料抵抗塑性變形的能力B.材料抵抗裂紋擴展的能力C.材料的硬度D.材料的彈性模量答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.晶體與非晶體的根本區(qū)別是______。答案：原子排列是否長程有序2.金屬的塑性變形主要通過______和______兩種方式進行。答案：滑移；孿生3.鐵碳相圖中，PSK線（A1線）的溫度是______℃，其對應的反應為______。答案：727；共析反應（奧氏體→鐵素體+滲碳體）4.鋼的淬透性主要取決于______，淬硬性主要取決于______。答案：臨界冷卻速度（或合金元素含量）；含碳量5.陶瓷材料的主要性能特點包括高硬度、高熔點、______和______。答案：脆性大；耐蝕性好（或導電性差等）6.高分子材料的分子結構可分為______、______和網(wǎng)狀結構三種。答案：線型；支化型7.復合材料按增強體形態(tài)分類，主要有______、______和顆粒增強復合材料。答案：纖維增強；晶須增強8.鋁合金的強化方法主要有______、______和時效強化。答案：固溶強化；加工硬化9.材料的沖擊韌性是指材料在______載荷下抵抗______的能力。答案：沖擊；斷裂10.鑄鐵的石墨化過程分為三個階段，其中第一階段是______的析出，第二階段是______的析出。答案：液態(tài)和凝固時一次石墨；奧氏體冷卻時二次石墨三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述固溶強化的機理及影響因素。答案：固溶強化是指溶質原子溶入溶劑晶格形成固溶體后，使溶劑晶格發(fā)生畸變，阻礙位錯運動，從而提高材料強度的現(xiàn)象。影響因素包括：（1）溶質原子濃度：濃度越高，晶格畸變越顯著，強化效果越強；（2）溶質原子尺寸：與溶劑原子尺寸差異越大，畸變能越高，強化效果越好；（3）溶質原子與溶劑的化學鍵結合力：結合力越強，位錯運動阻力越大；（4）固溶體類型：間隙固溶體的強化效果通常比置換固溶體更顯著（因間隙原子引起的晶格畸變更大）。2.比較退火與正火的工藝區(qū)別及應用場合。答案：工藝區(qū)別：（1）加熱溫度：退火一般在Ac1或Ac3以上30-50℃（完全退火），正火加熱溫度更高（Ac3或Accm以上30-50℃）；（2）冷卻方式：退火采用緩慢冷卻（隨爐冷或坑冷），正火采用空冷（冷卻速度較快）；（3）組織與性能：退火得到平衡或接近平衡的組織（如珠光體+鐵素體），硬度較低；正火得到更細的珠光體組織，硬度、強度高于退火。應用場合：退火用于消除內應力、改善切削加工性、細化晶粒（完全退火）或使鋼軟化（球化退火）；正火用于提高低碳鋼的硬度（避免切削粘刀）、消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體（為球化退火做準備），或作為普通結構件的最終熱處理。3.分析為什么陶瓷材料通常具有高硬度但脆性大的特點。答案：陶瓷材料的結合鍵主要為離子鍵和共價鍵，鍵能高、結合牢固，因此原子（離子）間結合力強，宏觀表現(xiàn)為高熔點、高硬度。但離子鍵和共價鍵的方向性和飽和性導致位錯運動困難（共價鍵需破壞鍵才能滑移，離子鍵滑移時異號離子相鄰會產(chǎn)生斥力），材料在受力時難以通過塑性變形吸收能量，微小裂紋易快速擴展，因此表現(xiàn)出極大的脆性。4.說明高分子材料的“老化”現(xiàn)象及防止措施。答案：老化是指高分子材料在長期使用或儲存過程中，因受光、熱、氧、水、化學介質等環(huán)境因素作用，分子鏈發(fā)生斷裂（降解）或交聯(lián)，導致性能（如強度、彈性、耐蝕性）下降的現(xiàn)象。防止措施包括：（1）添加穩(wěn)定劑（如抗氧劑、光穩(wěn)定劑）抑制降解反應；（2）表面涂覆保護層（如涂料）隔絕環(huán)境介質；（3）控制加工和使用條件（如避免高溫、強紫外線照射）；（4）采用共聚、交聯(lián)等改性方法提高分子鏈穩(wěn)定性（如硫化橡膠通過交聯(lián)提高耐老化性）。5.簡述鐵碳合金中含碳量對力學性能的影響規(guī)律。答案：含碳量對鐵碳合金力學性能的影響主要表現(xiàn)為：（1）當含碳量＜0.9%時，隨含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降（因珠光體含量增加，鐵素體減少）；（2）當含碳量＞0.9%時，隨含碳量繼續(xù)增加，強度開始下降（因二次滲碳體沿晶界呈網(wǎng)狀分布，割裂基體），但硬度仍繼續(xù)升高（滲碳體總量增加）；（3）鑄鐵（含碳量＞2.11%）中，隨含碳量增加，石墨含量增多，若石墨為片狀（如灰鑄鐵），則強度、塑性顯著降低；若石墨為球狀（如球墨鑄鐵），則強度下降較緩，塑性、韌性仍較好。四、計算題（每題8分，共16分）1.已知某鐵碳合金在730℃時的組織為奧氏體（γ）和鐵素體（α），其中奧氏體的質量分數(shù)為30%。根據(jù)鐵碳相圖（假設A3線為912℃→727℃時從0.022%→0.77%的線性變化），計算該合金的含碳量（C%）。答案：設730℃時，A3線對應的碳含量為Cγ（奧氏體的最大碳含量）。由于A3線在727℃（A1）時對應0.77%，912℃時對應0.022%，溫度與碳含量呈線性關系，故730℃時的溫度差為730-727=3℃，總溫度差為912-727=185℃。因此，Cγ=0.77%-(0.77%-0.022%)×(3/185)≈0.77%-0.748%×0.0162≈0.77%-0.0121%≈0.7579%（近似為0.76%）。設合金含碳量為C0，根據(jù)杠桿定律，奧氏體質量分數(shù)Wγ=(C0-Cα)/(Cγ-Cα)，其中Cα為鐵素體的碳含量（730℃時，鐵素體的碳含量接近室溫，約0.022%）。已知Wγ=30%=0.3，代入得：0.3=(C0-0.022%)/(0.76%-0.022%)解得：C0=0.3×(0.738%)+0.022%≈0.2214%+0.022%≈0.2434%因此，該合金的含碳量約為0.24%。2.某鋁合金的彈性模量E=70GPa，斷裂韌性KIC=25MPa·m?，若材料中存在長度為2a=2mm的穿透裂紋（a=1mm），計算其臨界斷裂應力σc（假設裂紋尖端為張開型，Y=1.12）。答案：斷裂韌性公式為KIC=Yσc√(πa)，其中a為半裂紋長度（1mm=0.001m），Y=1.12。代入數(shù)據(jù)得：25=1.12×σc×√(π×0.001)計算√(π×0.001)=√(0.0031416)≈0.0561則σc=25/(1.12×0.0561)≈25/0.0628≈398MPa因此，臨界斷裂應力約為398MPa。五、綜合分析題（14分）某機械零件要求表面硬度高（HRC58-62）、心部具有良好的強韌性（抗拉強度≥1000MPa，沖擊韌性≥50J/cm2），需選擇合適的材料并設計熱處理工藝。試分析：（1）應選擇何種類型的鋼？說明理由；（2）熱處理工藝的具體步驟及各步驟的目的；（3）若零件尺寸較大（直徑100mm），需考慮材料的淬透性，應如何調整材料選擇？答案：（1）應選擇中碳低合金滲碳鋼（如20CrMnTi）或中碳調質鋼（如40Cr）。但根據(jù)表面高硬度、心部強韌性的要求，更適合的是滲碳鋼。理由：滲碳鋼含碳量低（0.15%-0.25%），心部塑性、韌性好；通過滲碳可使表面含碳量提高至0.8%-1.0%，淬火后表面獲得高硬度的馬氏體，滿足耐磨性要求。（2）熱處理工藝步驟：①滲碳：將零件加熱至900-950℃，在滲碳介質中保溫，使表面增碳至0.8%-1.0%，形成一定深度的滲碳層（如0.8-1.2mm）；目的是提高表面碳含量，為后續(xù)淬火做準備。②預冷淬火：滲碳后隨爐冷卻至830-850℃（略高于心部Ac3，低于表層Accm），直接淬火（水或油冷）；表層高碳奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，心部低碳奧氏體轉變?yōu)榈吞捡R氏體或貝氏體，獲得較高心部強度。③低溫回火：180-200℃回火2-3