2025年(完整版)金屬材料與熱處理試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.下列金屬中，室溫下具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)的是（）。A.純鋁（Al）B.純銅（Cu）C.工業(yè)純鐵（Fe）D.純鉛（Pb）2.鐵碳合金中，奧氏體的符號(hào)是（）。A.FB.AC.PD.Fe?C3.亞共析鋼的正常淬火加熱溫度應(yīng)選擇在（）。A.Ac?以下B.Ac?~Ac?之間C.Ac?以上30~50℃D.Accm以上30~50℃4.下列熱處理工藝中，主要用于消除鑄件內(nèi)應(yīng)力的是（）。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.均勻化退火5.鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化主要依賴于（）。A.固溶體中溶質(zhì)原子的偏聚B.第二相粒子的析出C.位錯(cuò)密度的增加D.晶粒細(xì)化6.馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征是（）。A.擴(kuò)散型相變，有成分變化B.無擴(kuò)散切變，體積膨脹C.緩慢形核，長時(shí)間長大D.相變后組織與母相無位向關(guān)系7.45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的組織是（）。A.回火馬氏體B.回火屈氏體C.回火索氏體D.珠光體8.下列材料中，適合制造汽車變速箱齒輪的是（）。A.Q235B.T10C.20CrMnTiD.ZG270-5009.為提高高速鋼刀具的紅硬性，通常需要進(jìn)行（）。A.低溫回火B(yǎng).中溫回火C.高溫回火D.多次回火10.鑄鐵中石墨形態(tài)為團(tuán)絮狀時(shí)，其類型為（）。A.灰鑄鐵B.可鍛鑄鐵C.球墨鑄鐵D.蠕墨鑄鐵11.下列元素中，能顯著提高鋼的淬透性的是（）。A.硅（Si）B.錳（Mn）C.硫（S）D.磷（P）12.鋁-銅合金的自然時(shí)效是指（）。A.室溫下隨時(shí)間延長強(qiáng)度提高B.加熱至100℃以下保溫C.加熱至150~200℃保溫D.水冷后立即強(qiáng)化13.過共析鋼球化退火的主要目的是（）。A.消除網(wǎng)狀滲碳體B.使珠光體中的滲碳體球化C.提高硬度D.細(xì)化晶粒14.下列表面熱處理工藝中，屬于化學(xué)熱處理的是（）。A.感應(yīng)淬火B(yǎng).火焰淬火C.滲氮D.激光表面合金化15.對(duì)于形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的大型鑄鋼件，應(yīng)優(yōu)先選擇的熱處理工藝是（）。A.正火B(yǎng).完全退火C.等溫退火D.擴(kuò)散退火二、填空題（每空1分，共20分）1.純鐵在912℃以下的晶體結(jié)構(gòu)為______，稱為α-Fe；在912~1394℃之間的晶體結(jié)構(gòu)為______，稱為γ-Fe。2.鐵碳合金的基本相包括鐵素體、奧氏體和______，其中______的硬度最高、塑性最差。3.鋼的熱處理工藝由加熱、______和冷卻三個(gè)階段組成，其中______是決定熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。4.常見的淬火冷卻介質(zhì)有______、______和油，其中______的冷卻能力最強(qiáng)。5.鋁合金的強(qiáng)化方法主要有固溶強(qiáng)化、______和細(xì)晶強(qiáng)化；其中______是鋁合金最常用的強(qiáng)化手段。6.馬氏體的形態(tài)主要有______和______兩種，其中______馬氏體的硬度更高但脆性更大。7.球墨鑄鐵的石墨形態(tài)為______，其力學(xué)性能接近______，因此常用于制造受力復(fù)雜的機(jī)械零件。8.鋼的回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火，其中高溫回火的溫度范圍是______，回火后的組織為______。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.所有金屬都具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特性。（）2.鋼的含碳量越高，其硬度和強(qiáng)度一定越高。（）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。（）4.感應(yīng)淬火屬于表面熱處理，其目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，心部保持良好的韌性。（）5.過共析鋼淬火時(shí)若加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，淬火后易產(chǎn)生裂紋。（）6.鋁合金的時(shí)效處理必須在加熱條件下進(jìn)行，自然時(shí)效無法達(dá)到強(qiáng)化效果。（）7.灰鑄鐵的石墨形態(tài)為片狀，因此其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度。（）8.高速鋼刀具經(jīng)淬火+多次回火后，硬度可達(dá)62~65HRC，且具有良好的紅硬性。（）9.去應(yīng)力退火的加熱溫度應(yīng)高于Ac?，以確保內(nèi)應(yīng)力完全消除。（）10.固溶處理是鋁合金時(shí)效強(qiáng)化的前提，需將合金加熱至單相區(qū)并快速冷卻得到過飽和固溶體。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述細(xì)化金屬晶粒的常用方法及其對(duì)力學(xué)性能的影響。2.比較完全退火與球化退火的工藝參數(shù)、適用材料及目的。3.分析馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)及其對(duì)鋼性能的影響。4.說明時(shí)效強(qiáng)化的基本原理，并舉例說明其在鋁合金中的應(yīng)用。5.列舉三種提高鋼淬透性的方法，并解釋其作用機(jī)制。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某汽車變速箱齒輪需承受較大的接觸應(yīng)力、沖擊載荷和磨損，要求表面高硬度（58~62HRC）、心部良好的強(qiáng)韌性（25~35HRC）。試選擇合適的材料（寫出鋼號(hào)），并設(shè)計(jì)完整的熱處理工藝路線（包括各工序的目的、溫度及冷卻方式）。2.某45鋼軸類零件淬火后發(fā)現(xiàn)硬度不足（僅30~35HRC），而正常淬火硬度應(yīng)為50~55HRC。分析可能的原因（至少列出4種），并提出相應(yīng)的解決措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.C4.C5.B6.B7.C8.C9.D10.B11.B12.A13.B14.C15.B二、填空題1.體心立方（BCC）；面心立方（FCC）2.滲碳體（Fe?C）；滲碳體3.保溫；冷卻4.水；鹽水；鹽水5.時(shí)效強(qiáng)化；時(shí)效強(qiáng)化6.板條；針狀（片狀）；針狀（片狀）7.球狀；鋼8.500~650℃；回火索氏體三、判斷題1.×2.×3.√4.√5.√6.×7.√8.√9.×10.√四、簡答題1.細(xì)化晶粒的常用方法：①增加過冷度（提高冷卻速度），促進(jìn)形核；②變質(zhì)處理（添加形核劑），增加晶核數(shù)量；③塑性變形+再結(jié)晶退火（通過冷加工后加熱使晶粒重新形核長大）。細(xì)化晶?？赏瑫r(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性（“細(xì)晶強(qiáng)化”是唯一能同時(shí)改善強(qiáng)度和塑性的強(qiáng)化方式）。2.完全退火：工藝參數(shù)為加熱至Ac?以上30~50℃，保溫后隨爐緩冷；適用于亞共析鋼；目的是細(xì)化晶粒、均勻組織、降低硬度、改善切削加工性。球化退火：加熱至Ac?以上20~30℃，保溫后緩冷或等溫冷卻；適用于過共析鋼（如工具鋼）；目的是使網(wǎng)狀或片狀滲碳體球化，降低硬度、改善切削性，并為淬火做組織準(zhǔn)備。3.馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：①無擴(kuò)散性（原子不發(fā)生長程遷移）；②切變共格性（原子集體切變形成新相，與母相保持位向關(guān)系）；③高速性（轉(zhuǎn)變速度極快，瞬間完成）；④體積膨脹（馬氏體比容大于奧氏體，易導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力和變形）。對(duì)性能的影響：馬氏體是鋼中最硬的組織，可顯著提高強(qiáng)度和硬度，但脆性大（尤其是針狀馬氏體）；需通過回火改善韌性。4.時(shí)效強(qiáng)化原理：固溶處理后得到過飽和固溶體，在室溫或加熱條件下，溶質(zhì)原子從固溶體中析出（脫溶），形成細(xì)小彌散的第二相粒子，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高強(qiáng)度。例如，Al-Cu合金（如2024鋁合金）經(jīng)固溶處理（加熱至單相區(qū)后水冷）得到過飽和α固溶體，隨后在室溫（自然時(shí)效）或120~180℃（人工時(shí)效）下，Cu原子析出形成θ'（Al?Cu）相，顯著提高合金強(qiáng)度。5.提高淬透性的方法：①加入合金元素（如Mn、Cr、Ni、Mo等），它們能抑制珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，延長“鼻尖”時(shí)間，使C曲線右移；②增加含碳量（0.4%~0.6%范圍內(nèi)），碳能提高過冷奧氏體穩(wěn)定性；③細(xì)化奧氏體晶粒（通過控制加熱溫度和時(shí)間），細(xì)晶?？稍黾泳Ы缑娣e，阻礙碳及合金元素?cái)U(kuò)散，延緩相變。五、綜合分析題1.材料選擇：20CrMnTi（低合金滲碳鋼）。熱處理工藝路線：①預(yù)備熱處理：正火（加熱至Ac?以上30~50℃，空冷）→目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、調(diào)整硬度（170~217HBW），改善切削加工性。②滲碳：加熱至900~950℃，通入滲碳劑（如煤油+甲醇），保溫4~6h→目的：使表層含碳量達(dá)0.8%~1.0%，形成0.8~1.2mm的滲碳層。③淬火：預(yù)冷至830~850℃（略高于心部Ac?，低于表層Accm），油冷→目的：表層形成高碳馬氏體（高硬度），心部形成低碳馬氏體（良好強(qiáng)韌性）。④低溫回火：180~200℃，保溫2~3h，空冷→目的：消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，表層硬度達(dá)58~62HRC，心部25~35HRC。2.可能原因及解決措施：①加熱溫度不足（未達(dá)到Ac?）：奧氏體未完全形成，殘余鐵素體未溶解→提高加熱溫度至Ac?以上30~50℃（45鋼Ac?約780℃，加熱溫度應(yīng)控制在810~830℃）。②保溫時(shí)間過短