2025年鎂合金性能測試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種元素通常作為鎂合金的主要合金化元素以提高其強(qiáng)度？（）A.鋁（Al）B.銅（Cu）C.鎳（Ni）D.鉛（Pb）答案：A。解析：鋁是鎂合金中最常用的合金化元素之一，它可以與鎂形成強(qiáng)化相，有效提高鎂合金的強(qiáng)度。而銅、鎳、鉛在鎂合金中一般不作為主要的強(qiáng)化元素，且鉛是有害元素，會(huì)降低鎂合金的性能。2.鎂合金的密度大約是（）g/cm3。A.1.71.9B.2.72.9C.3.73.9D.4.74.9答案：A。解析：鎂合金具有低密度的特點(diǎn)，其密度通常在1.71.9g/cm3之間，這使得鎂合金在航空航天、汽車等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化。3.鎂合金在大氣環(huán)境中表面會(huì)形成一層氧化膜，這層氧化膜（）。A.致密且穩(wěn)定，能有效保護(hù)基體B.疏松多孔，不能有效保護(hù)基體C.具有自修復(fù)能力D.主要成分是氧化鎂和氧化鋁答案：B。解析：鎂合金在大氣中形成的氧化膜疏松多孔，不能有效阻止外界介質(zhì)與基體的接觸，所以不能很好地保護(hù)基體。鎂合金的氧化膜主要成分是氧化鎂，一般不含氧化鋁。而且該氧化膜不具有自修復(fù)能力。4.提高鎂合金耐蝕性的方法不包括（）。A.表面處理B.合金化C.降低純度D.控制加工工藝答案：C。解析：提高鎂合金耐蝕性可以通過表面處理（如陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等）在表面形成防護(hù)層；合金化可以加入一些能提高耐蝕性的元素；控制加工工藝可以減少內(nèi)部缺陷，提高組織均勻性，從而提高耐蝕性。而降低純度會(huì)引入更多雜質(zhì)，會(huì)降低鎂合金的耐蝕性。5.鎂合金的室溫塑性變形主要通過（）機(jī)制進(jìn)行。A.孿生B.滑移C.擴(kuò)散D.扭折答案：A。解析：由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下獨(dú)立滑移系較少，所以室溫塑性變形主要通過孿生機(jī)制進(jìn)行?；圃诟邷叵聦︽V合金變形更為重要；擴(kuò)散主要在高溫長時(shí)間過程中起作用；扭折不是鎂合金室溫塑性變形的主要機(jī)制。6.以下哪種鎂合金的鑄造性能較好？（）A.AZ91B.WE43C.ZK60D.AM60答案：A。解析：AZ91鎂合金具有良好的鑄造性能，它的流動(dòng)性較好，收縮率適中，能夠鑄造出形狀復(fù)雜的零件。WE43主要以其良好的高溫性能和抗蠕變性能著稱；ZK60具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性；AM60具有較好的韌性，但鑄造性能相對AZ91稍差。7.鎂合金的彈性模量約為（）GPa。A.4045B.7075C.100105D.130135答案：A。解析：鎂合金的彈性模量相對較低，大約在4045GPa之間，這與鋁合金（約7075GPa）等材料相比有明顯差異。較低的彈性模量使得鎂合金在一些需要減震、緩沖的應(yīng)用場景中有優(yōu)勢。8.鎂合金在高溫下的強(qiáng)度下降主要是由于（）。A.晶粒長大B.相溶解C.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加劇D.以上都是答案：D。解析：在高溫下，鎂合金的晶粒會(huì)長大，導(dǎo)致晶界強(qiáng)化作用減弱；合金中的強(qiáng)化相可能會(huì)發(fā)生溶解，失去強(qiáng)化效果；同時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加劇，材料更容易發(fā)生塑性變形，這些因素共同導(dǎo)致鎂合金在高溫下強(qiáng)度下降。9.測定鎂合金硬度常用的方法是（）。A.布氏硬度測試B.洛氏硬度測試C.維氏硬度測試D.肖氏硬度測試答案：C。解析：維氏硬度測試適用于較薄的試樣和微小區(qū)域的硬度測定，對于鎂合金這種可以制備成較薄試樣且需要精確測定硬度的材料較為合適。布氏硬度測試一般用于較軟、較厚的材料；洛氏硬度測試常用于鋼鐵等材料；肖氏硬度測試主要用于測定金屬材料的動(dòng)態(tài)硬度，在鎂合金中應(yīng)用相對較少。10.鎂合金的疲勞壽命與（）因素?zé)o關(guān)。A.應(yīng)力幅值B.加載頻率C.材料密度D.表面質(zhì)量答案：C。解析：應(yīng)力幅值越大，材料在交變載荷下越容易發(fā)生疲勞破壞，會(huì)降低疲勞壽命；加載頻率會(huì)影響材料內(nèi)部的損傷積累速度，從而影響疲勞壽命；表面質(zhì)量不好，如存在裂紋、劃痕等缺陷，會(huì)成為疲勞裂紋的萌生源，降低疲勞壽命。而材料密度與疲勞壽命沒有直接關(guān)系。二、填空題（每題3分，共30分）1.鎂合金按成型工藝可分為______鎂合金和______鎂合金。答案：變形；鑄造。解析：鎂合金根據(jù)成型工藝的不同，可分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。變形鎂合金通過壓力加工（如軋制、擠壓、鍛造等）制成各種形狀的產(chǎn)品；鑄造鎂合金則是通過鑄造方法（如砂型鑄造、壓鑄等）直接成型。2.鎂合金中常見的強(qiáng)化機(jī)制有固溶強(qiáng)化、______強(qiáng)化、______強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。答案：沉淀；彌散。解析：固溶強(qiáng)化是通過溶質(zhì)原子溶入鎂基體中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來提高強(qiáng)度；沉淀強(qiáng)化是通過時(shí)效處理使合金中析出細(xì)小的強(qiáng)化相；彌散強(qiáng)化是通過加入細(xì)小的彌散質(zhì)點(diǎn)來阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；細(xì)晶強(qiáng)化是通過細(xì)化晶粒，增加晶界面積，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來提高強(qiáng)度。3.鎂合金的耐蝕性主要取決于其______和______。答案：化學(xué)成分；組織結(jié)構(gòu)。解析：化學(xué)成分決定了鎂合金中各種元素的含量和種類，不同元素對耐蝕性有不同的影響；組織結(jié)構(gòu)包括晶粒大小、相分布等，均勻致密的組織結(jié)構(gòu)有利于提高耐蝕性。4.鎂合金的高溫性能主要包括高溫強(qiáng)度、______和______。答案：抗蠕變性能；熱穩(wěn)定性。解析：高溫強(qiáng)度是指鎂合金在高溫下抵抗變形和破壞的能力；抗蠕變性能是指在長時(shí)間恒定溫度和恒定應(yīng)力作用下，材料抵抗塑性變形的能力；熱穩(wěn)定性是指材料在高溫下保持其組織結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的能力。5.影響鎂合金塑性變形的因素有溫度、______、______和材料的組織結(jié)構(gòu)。答案：應(yīng)變速率；應(yīng)力狀態(tài)。解析：溫度升高，材料的塑性變形能力一般會(huì)增強(qiáng)；應(yīng)變速率越快，材料的變形抗力越大，塑性可能降低；應(yīng)力狀態(tài)不同，材料的變形方式和難易程度也不同；材料的組織結(jié)構(gòu)（如晶粒大小、相組成等）對塑性變形有重要影響。6.鎂合金的表面處理方法有陽極氧化、______、______和涂裝等。答案：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜；微弧氧化。解析：陽極氧化是在陽極上通過電化學(xué)方法形成氧化膜；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是通過化學(xué)反應(yīng)在表面形成一層保護(hù)膜；微弧氧化是在陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)，能形成更厚、更致密的氧化膜；涂裝是在表面涂覆一層有機(jī)涂層來保護(hù)基體。7.測定鎂合金的拉伸性能時(shí)，主要測試的指標(biāo)有______、______和伸長率。答案：屈服強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度。解析：屈服強(qiáng)度是材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度是材料所能承受的最大拉應(yīng)力；伸長率是材料在拉伸斷裂后伸長的長度與原始長度的比值，反映材料的塑性變形能力。8.鎂合金的焊接方法有______、______和攪拌摩擦焊等。答案：鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）；熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）。解析：TIG焊是利用鎢極與工件之間的電弧產(chǎn)生熱量來熔化金屬，通過惰性氣體保護(hù)熔池；MIG焊是采用可熔化的焊絲作為電極，同樣用惰性氣體保護(hù)；攪拌摩擦焊是一種固相焊接方法，通過攪拌頭的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)使材料發(fā)生塑性變形而實(shí)現(xiàn)焊接。9.鎂合金中有害雜質(zhì)元素主要有______、______和鐵等。答案：銅；鎳。解析：銅和鎳在鎂合金中會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶，降低合金的耐蝕性和熱裂傾向；鐵也會(huì)降低鎂合金的耐蝕性，因?yàn)殍F會(huì)與鎂形成微電池，加速腐蝕。10.鎂合金的金相組織觀察通常需要經(jīng)過______、______和腐蝕等步驟。答案：取樣；磨拋。解析：首先要從鎂合金工件或試樣上選取合適的觀察部位進(jìn)行取樣；然后對樣品進(jìn)行磨拋，使表面達(dá)到光滑平整的狀態(tài)，以便后續(xù)觀察；最后用合適的腐蝕劑對樣品表面進(jìn)行腐蝕，顯示出組織形態(tài)。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答案：優(yōu)點(diǎn)：（1）密度低：鎂合金的密度一般在1.71.9g/cm3之間，約為鋁的2/3，鋼的1/4，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化，在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。（2）比強(qiáng)度和比剛度高：雖然鎂合金的絕對強(qiáng)度和剛度不是很高，但由于其密度低，其比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度之比）和比剛度（剛度與密度之比）較高，能夠在減輕重量的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度。（3）良好的切削加工性能：鎂合金的切削加工性好，切削力小，刀具磨損小，加工表面質(zhì)量高，能夠以較高的生產(chǎn)效率加工出各種復(fù)雜形狀的零件。（4）良好的阻尼性能：鎂合金具有優(yōu)異的阻尼性能，能夠吸收振動(dòng)和噪音，可用于制造需要減震降噪的部件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體等。（5）電磁屏蔽性能好：鎂合金對電磁波有良好的屏蔽作用，可用于電子設(shè)備的外殼，防止電磁干擾。缺點(diǎn)：（1）耐蝕性差：鎂是一種活潑金屬，在大氣、水和大多數(shù)介質(zhì)中容易發(fā)生腐蝕，其表面形成的氧化膜疏松多孔，不能有效保護(hù)基體，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥硖岣吣臀g性。（2）高溫性能不佳：鎂合金在高溫下強(qiáng)度和抗蠕變性能下降較快，限制了其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。（3）塑性變形能力有限：由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下獨(dú)立滑移系較少，塑性變形能力相對較差，成型加工難度較大。（4）生產(chǎn)成本較高：鎂的冶煉和提純難度較大，鎂合金的生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。2.分析提高鎂合金耐蝕性的主要途徑。答案：（1）合金化：通過加入一些能提高耐蝕性的元素來改善鎂合金的耐蝕性。例如，加入鋁可以形成致密的氧化鋁保護(hù)膜；加入稀土元素（如釔、鈰等）可以細(xì)化晶粒，提高氧化膜的穩(wěn)定性和致密性；加入鋅可以改善合金的組織結(jié)構(gòu)，提高耐蝕性。（2）表面處理：陽極氧化：在陽極上通過電化學(xué)方法形成一層氧化膜，這層氧化膜可以提高鎂合金的耐蝕性和耐磨性。陽極氧化膜的厚度和性能可以通過控制工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：通過化學(xué)反應(yīng)在鎂合金表面形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，如鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜等。這些轉(zhuǎn)化膜可以作為防護(hù)層，阻止外界介質(zhì)與基體的接觸，提高耐蝕性。微弧氧化：在陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)，通過微弧放電在鎂合金表面形成一層厚而致密的氧化陶瓷膜，具有良好的耐蝕性、耐磨性和絕緣性。涂裝：在鎂合金表面涂覆一層有機(jī)涂層，如油漆、粉末涂料等，可以隔絕外界介質(zhì)，提高耐蝕性。涂裝前通常需要對鎂合金表面進(jìn)行預(yù)處理，以提高涂層的附著力。（3）控制加工工藝：控制鑄造工藝：優(yōu)化鑄造工藝參數(shù)，如澆注溫度、冷卻速度等，減少鑄造缺陷（如氣孔、夾渣等），提高鑄件的致密度和組織均勻性，從而提高耐蝕性?？刂谱冃渭庸すに嚕涸谧冃渭庸み^程中，合理控制加工溫度、變形量和應(yīng)變速率等參數(shù)，避免產(chǎn)生裂紋、殘余應(yīng)力等缺陷，同時(shí)細(xì)化晶粒，提高組織均勻性，改善耐蝕性。熱處理工藝：通過合適的熱處理工藝（如固溶處理、時(shí)效處理等），調(diào)整鎂合金的組織結(jié)構(gòu)，消除殘余應(yīng)力，提高耐蝕性。（4）提高純度：降低鎂合金中的雜質(zhì)含量，特別是有害雜質(zhì)元素（如鐵、銅、鎳等）的含量，可以減少微電池的形成，提高耐蝕性。高純度的鎂合金通常具有更好的耐蝕性。3.闡述鎂合金的塑性變形機(jī)制及其影響因素。答案：塑性變形機(jī)制：（1）孿生：由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，室溫下獨(dú)立滑移系較少，孿提供為室溫塑性變形的主要機(jī)制。孿生是晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變，形成鏡面對稱的晶體結(jié)構(gòu)。孿生可以迅速改變晶體的取向，使原來不利于滑移的取向變?yōu)橛欣诨频娜∠?，從而促進(jìn)進(jìn)一步的塑性變形。（2）滑移：滑移是晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對于另一部分發(fā)生相對滑動(dòng)。在高溫下，鎂合金的滑移系增多，滑移成為主要的塑性變形機(jī)制。鎂合金中常見的滑移系有基面滑移、柱面滑移和錐面滑移。（3）擴(kuò)散：在高溫長時(shí)間的變形過程中，原子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)也會(huì)對塑性變形產(chǎn)生影響。擴(kuò)散可以使原子發(fā)生遷移，協(xié)調(diào)晶體的變形，緩解局部應(yīng)力集中，促進(jìn)塑性變形的進(jìn)行。影響因素：（1）溫度：溫度對鎂合金的塑性變形機(jī)制有顯著影響。室溫下，孿生是主要的變形機(jī)制；隨著溫度升高，滑移系增多，滑移逐漸成為主要的變形機(jī)制；在更高溫度下，擴(kuò)散的作用也會(huì)增強(qiáng)。溫度升高還會(huì)降低材料的變形抗力，提高塑性變形能力。（2）應(yīng)變速率：應(yīng)變速率越快，材料的變形抗力越大，塑性可能降低。在高應(yīng)變速率下，孿生更容易發(fā)生，因?yàn)閷\生的變形速度較快；而在低應(yīng)變速率下，滑移和擴(kuò)散有更多的時(shí)間進(jìn)行，有利于材料的塑性變形。（3）應(yīng)力狀態(tài)：不同的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)影響鎂合金的塑性變形方式和難易程度。壓應(yīng)力狀態(tài)有利于塑性變形，因?yàn)閴簯?yīng)力可以抑制裂紋的擴(kuò)展；而拉應(yīng)力狀態(tài)下，材料更容易發(fā)生開裂，塑性變形能力降低。（4）材料的組織結(jié)構(gòu)：晶粒大小對塑性變形有重要影響，細(xì)晶粒材料的晶界面積大，晶界可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度和塑性。相組成和分布也會(huì)影響塑性變形，例如，第二相的存在可能會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，改變變形機(jī)制。此外，材料的織構(gòu)也會(huì)影響塑性變形的各向異性。四、論述題（10分）論述鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)勢及面臨的挑戰(zhàn)。答案：應(yīng)用現(xiàn)狀：目前，鎂合金在汽車工業(yè)中已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，鎂合金被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋罩、油底殼、進(jìn)氣歧管等部件；在傳動(dòng)系統(tǒng)中，用于制造變速箱殼體、離合器外殼等；在車身結(jié)構(gòu)中，用于制造儀表盤骨架、座椅骨架、車門內(nèi)板等。隨著汽車輕量化的需求不斷增加，鎂合金的應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大。優(yōu)勢：（1）輕量化：鎂合金的密度低，使用鎂合金部件可以顯著減輕汽車的重量。汽車重量的減輕可以降低燃油消耗，減少尾氣排放，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車重量每減輕10%，燃油消耗可降低6%8%。（2）