(2025年)金屬材料與熱處理試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.面心立方晶體（FCC）的致密度為（）A.0.68B.0.74C.0.52D.0.822.鐵素體（F）是碳在（）中的間隙固溶體A.α-FeB.γ-FeC.δ-FeD.β-Fe3.下列哪種缺陷屬于線缺陷（）A.空位B.位錯C.晶界D.夾雜物4.亞共析鋼的室溫平衡組織為（）A.鐵素體+珠光體B.珠光體+二次滲碳體C.萊氏體+珠光體D.馬氏體+殘余奧氏體5.完全退火的加熱溫度通常為（）A.Ac1以上30-50℃B.Ac3以上30-50℃C.Accm以上30-50℃D.Ar1以下30-50℃6.45鋼經(jīng)840℃水淬后得到的組織是（）A.回火索氏體B.馬氏體C.貝氏體D.珠光體7.下列材料中，適合制造汽車齒輪的是（）A.Q235B.T12C.20CrMnTiD.ZG270-5008.鋁合金的固溶處理與鋼的（）工藝類似A.退火B(yǎng).正火C.淬火D.回火9.鑄鐵中石墨形態(tài)為片狀時，其材料類型為（）A.灰鑄鐵B.球墨鑄鐵C.可鍛鑄鐵D.蠕墨鑄鐵10.高碳鋼回火時，隨回火溫度升高，硬度變化趨勢為（）A.先升高后降低B.持續(xù)升高C.持續(xù)降低D.先降低后升高二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)主要有________、________和密排六方（HCP）三種典型類型。2.鐵碳合金相圖中，共晶反應(yīng)的溫度是________℃，反應(yīng)式為________。3.熱處理工藝的三要素是________、________和冷卻方式。4.馬氏體的硬度主要取決于________，其形成條件是________冷卻。5.常見的表面淬火方法有________和________，其目的是提高零件表層的________。6.鋁合金的強(qiáng)化方法主要有________和________，其中________需要加熱至固溶線以上。7.球墨鑄鐵通過________處理使石墨呈球狀，其力學(xué)性能接近________。8.高速鋼（如W18Cr4V）的熱處理工藝包括________、________和多次回火，最終組織為________。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.所有金屬的結(jié)晶過程都需要過冷度。（）2.珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，其含碳量為0.77%。（）3.完全退火適用于過共析鋼，可細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力。（）4.40Cr鋼的淬透性比45鋼好，因此相同淬火條件下，40Cr的淬硬層更深。（）5.黃銅是銅鋅合金，青銅是銅錫合金，白銅是銅鎳合金。（）6.可鍛鑄鐵可以鍛造，因此其塑性優(yōu)于灰鑄鐵。（）7.回火索氏體的綜合力學(xué)性能優(yōu)于正火索氏體，因?yàn)槠浣M織更細(xì)小。（）8.鋁合金的自然時效是指在室溫下發(fā)生的強(qiáng)化過程，人工時效需加熱。（）9.鋼的含碳量越高，其淬火后的硬度越高，因此高碳鋼的耐磨性一定優(yōu)于低碳鋼。（）10.鑄鐵中的石墨對基體有割裂作用，因此石墨數(shù)量越多，材料強(qiáng)度越低。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述位錯對金屬力學(xué)性能的影響。2.比較退火與正火的工藝區(qū)別及應(yīng)用場景。3.說明馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)。4.分析45鋼（含碳量0.45%）從液態(tài)緩慢冷卻至室溫的組織轉(zhuǎn)變過程（結(jié)合鐵碳相圖）。5.為什么鋁合金通常采用固溶處理+時效強(qiáng)化，而不能通過單純的淬火提高硬度？五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某汽車變速箱齒輪要求表面高硬度（58-62HRC）、心部良好韌性（180-220HBW），需承受交變載荷和沖擊。請選擇合適的材料（牌號），并設(shè)計熱處理工藝路線（包括各工序的溫度、介質(zhì)及目的），分析最終組織。2.現(xiàn)有T12鋼（含碳量1.2%）制造的沖頭，使用中發(fā)現(xiàn)刃口易磨損且脆斷。請分析可能的原因，并提出改進(jìn)的熱處理工藝（需說明工藝參數(shù)及組織變化）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.A3.B4.A5.B6.B7.C8.C9.A10.A二、填空題1.體心立方（BCC）、面心立方（FCC）2.1148、L→A+Fe3C（共晶萊氏體）3.加熱溫度、保溫時間4.含碳量、快速（大于臨界冷卻速度）5.感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱淬火、硬度（或耐磨性）6.固溶時效強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、固溶時效強(qiáng)化7.球化、鋼8.高溫淬火（1270-1280℃）、預(yù)熱（800-850℃）、回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體三、判斷題1.√2.√3.×（完全退火適用于亞共析鋼）4.√5.√6.×（可鍛鑄鐵不可鍛造）7.√8.√9.×（高碳鋼韌性差，耐磨性還與組織有關(guān)）10.√四、簡答題1.位錯是金屬中的線缺陷，其存在使金屬的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度（1分）。位錯密度增加時，位錯間相互阻礙運(yùn)動，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度提高（如加工硬化）（2分）；位錯密度降低時（如退火），金屬塑性和韌性提高（2分）。因此，位錯是影響金屬強(qiáng)度與塑性的關(guān)鍵因素（1分）。2.工藝區(qū)別：退火加熱后隨爐緩慢冷卻，正火加熱后在空氣中冷卻（2分）；退火溫度一般為Ac1或Ac3以上30-50℃，正火溫度略高于退火（1分）。應(yīng)用場景：退火用于消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削性能（亞共析鋼完全退火，過共析鋼球化退火）（1分）；正火用于細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度（代替部分退火，或作為中碳鋼的最終熱處理）（2分）。3.馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：①無擴(kuò)散性（碳原子不擴(kuò)散，僅晶格切變）（1分）；②轉(zhuǎn)變速度極快（瞬間完成，形成表面浮凸）（1分）；③轉(zhuǎn)變不完全（存在殘余奧氏體）（1分）；④體積膨脹（易導(dǎo)致淬火應(yīng)力和變形）（1分）；⑤馬氏體的硬度主要取決于含碳量（1分）；⑥轉(zhuǎn)變溫度范圍（Ms-Mf），低于Ms開始轉(zhuǎn)變，Mf以下停止（1分）。4.45鋼（亞共析鋼）冷卻過程：液態(tài)→凝固為δ鐵素體（1495℃以上）（1分）；δ鐵素體→γ奧氏體（1495℃-912℃）（1分）；冷卻至Ar3（約780℃）時，開始從奧氏體中析出先共析鐵素體（1分）；冷卻至Ar1（727℃）時，剩余奧氏體（含碳0.77%）發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（鐵素體+滲碳體）（2分）；室溫組織為鐵素體（白色）+珠光體（層片狀）（1分）。5.鋁合金的強(qiáng)化需依賴第二相析出（1分）。單純淬火（固溶處理）使合金元素溶于基體，形成過飽和固溶體，但此時硬度不高（2分）；時效過程中，過飽和固溶體析出細(xì)小彌散的第二相（如θ'相），阻礙位錯運(yùn)動，顯著提高強(qiáng)度（2分）。若僅淬火不時效，無法形成強(qiáng)化相，因此需固溶+時效（1分）。五、綜合分析題1.材料選擇：20CrMnTi（滲碳鋼，適合表面強(qiáng)化）（2分）。工藝路線：①正火（900-920℃空冷）→細(xì)化晶粒、改善切削性能（2分）；②滲碳（900-930℃，滲碳劑中保溫，使表層含碳量達(dá)0.8-1.0%）→提高表層含碳量（2分）；③淬火（830-850℃油淬）→表層高碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，心部低碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體或屈氏體（2分）；④低溫回火（180-200℃）→消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織（2分）。最終組織：表層為回火馬氏體+殘余奧氏體+少量碳化物（高硬度）；心部為回火低碳馬氏體+鐵素體（良好韌性）（2分）。2.原因分析：T12鋼含碳量高（1.2%），淬火后殘余奧氏體多，且馬氏體脆性大（2分）；若回火不足，內(nèi)應(yīng)力未消除，導(dǎo)致刃口易脆斷；未進(jìn)行表面強(qiáng)化，耐磨性不足（2分）。改進(jìn)工藝：①球化退火（730-750℃