2025年材料成型技術(shù)基礎(chǔ)試題答案知識(shí)一、選擇題（每題2分，共20分）1.灰鑄鐵件澆鑄時(shí)，若冷卻速度過快，易產(chǎn)生的主要缺陷是（）。A.縮孔B.白口C.氣孔D.夾渣答案：B解析：灰鑄鐵的石墨化程度受冷卻速度影響顯著。冷卻速度過快時(shí)，碳原子來不及析出形成石墨，易形成滲碳體（Fe?C），導(dǎo)致白口組織，使鑄件硬脆，加工性能下降。縮孔主要與凝固收縮和補(bǔ)縮不足有關(guān)；氣孔由氣體卷入或析出引起；夾渣多因熔渣未上浮或型砂混入。2.以下哪種鍛造工藝更適合生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高的齒輪毛坯？（）A.自由鍛B(tài).胎模鍛C.模鍛D.軋制答案：C解析：模鍛利用專用鍛模對(duì)金屬施加壓力，可精確控制毛坯形狀和尺寸，適合批量生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件（如齒輪）。自由鍛僅靠簡(jiǎn)單工具，形狀精度低；胎模鍛需在自由鍛設(shè)備上使用可移動(dòng)模具，效率和精度低于模鍛；軋制主要生產(chǎn)板材、型材，不適合齒輪類復(fù)雜件。3.焊接低碳鋼時(shí)，熱影響區(qū)中組織性能最脆的區(qū)域是（）。A.熔合區(qū)B.過熱區(qū)C.正火區(qū)D.不完全重結(jié)晶區(qū)答案：A解析：熔合區(qū)（半熔化區(qū)）是焊縫與母材的過渡區(qū)域，寬度僅0.1-0.4mm。該區(qū)晶粒粗大且成分不均勻，部分金屬熔化后重新凝固，存在嚴(yán)重的晶格畸變和應(yīng)力集中，是焊接接頭中力學(xué)性能最差、最易產(chǎn)生裂紋的區(qū)域。過熱區(qū)雖晶粒粗大，但通過后續(xù)正火可改善；正火區(qū)組織均勻細(xì)小，性能良好；不完全重結(jié)晶區(qū)僅有部分晶粒細(xì)化，脆化程度較低。4.粉末冶金工藝中，壓制階段的主要目的是（）。A.使粉末顆粒初步結(jié)合B.消除內(nèi)部孔隙C.提高材料密度D.形成最終化學(xué)成分答案：A解析：壓制是將松散粉末在模具中加壓，通過顆粒間機(jī)械嚙合和塑性變形實(shí)現(xiàn)初步結(jié)合，形成具有一定強(qiáng)度和形狀的坯體（生坯）。消除孔隙和提高密度主要通過燒結(jié)階段完成；最終化學(xué)成分在粉末配比時(shí)已確定，壓制不改變成分。5.鋁合金壓鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免壁厚過厚的主要原因是（）。A.增加成本B.易產(chǎn)生縮松C.流動(dòng)性下降D.脫模困難答案：B解析：鋁合金凝固時(shí)收縮率較大（約1.2-1.8%），厚壁區(qū)域冷卻慢，內(nèi)部液態(tài)金屬補(bǔ)縮不足，易形成分散的縮松缺陷（微小孔洞），降低鑄件致密性和力學(xué)性能。壁厚過厚雖可能增加成本，但非主要原因；壓射壓力下鋁合金流動(dòng)性受溫度影響更大；脫模困難主要與拔模斜度設(shè)計(jì)有關(guān)。6.以下哪種塑性加工方式屬于體積成形？（）A.板料沖壓B.軋制C.拉拔D.彎曲答案：B解析：體積成形是通過改變材料體積分布實(shí)現(xiàn)形狀變化，主要包括鍛造、軋制、擠壓等，材料變形量大且內(nèi)部組織致密。板料沖壓、彎曲屬于板料成形（分離或變形），拉拔屬于線材/管材的減徑加工，變形集中在表層，體積變化較小。7.砂型鑄造中，起模斜度的作用是（）。A.減少造型材料消耗B.便于起模時(shí)型腔不被破壞C.提高鑄件表面精度D.增強(qiáng)型芯強(qiáng)度答案：B解析：起模斜度是為了在起模時(shí)減少砂型與模樣的摩擦，避免型腔邊緣脫落或塌陷，保證鑄型完整性。其設(shè)計(jì)與鑄件尺寸、表面粗糙度相關(guān)，但主要目的是工藝可行性而非減少材料或提高精度。8.電阻焊與電弧焊相比，最顯著的特點(diǎn)是（）。A.熱輸入小B.設(shè)備簡(jiǎn)單C.可焊厚大工件D.無需填充材料答案：D解析：電阻焊（如點(diǎn)焊、縫焊）利用電流通過工件接觸面產(chǎn)生的電阻熱實(shí)現(xiàn)焊接，無需額外填充材料；電弧焊需焊條或焊絲作為填充金屬。熱輸入方面，電阻焊因作用時(shí)間短，熱影響區(qū)較小，但“最顯著”特點(diǎn)是無填充材料。設(shè)備復(fù)雜（需大電流電源）、難以焊接厚大工件（一般≤3mm）是其局限性。9.鍛造比（Y）的計(jì)算公式為（）。A.Y=變形前截面積/變形后截面積B.Y=變形后截面積/變形前截面積C.Y=變形前長(zhǎng)度/變形后長(zhǎng)度D.Y=變形后長(zhǎng)度/變形前長(zhǎng)度答案：A解析：鍛造比是衡量金屬變形程度的重要參數(shù)，定義為變形前橫截面積（F?）與變形后橫截面積（F?）的比值（Y=F?/F?）。對(duì)于拔長(zhǎng)工序（長(zhǎng)度增加、截面積減?。?，Y＞1；對(duì)于鐓粗工序（長(zhǎng)度減小、截面積增大），Y=1/（H?/H?）（H為高度）。10.以下哪種鑄造方法最適合生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體（復(fù)雜薄壁灰鑄鐵件）？（）A.砂型鑄造B.金屬型鑄造C.壓力鑄造D.熔模鑄造答案：A解析：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜（含大量空腔、薄壁）、尺寸較大（長(zhǎng)×寬×高約500×300×400mm），砂型鑄造靈活性高，可通過型芯組合形成復(fù)雜內(nèi)腔，且灰鑄鐵流動(dòng)性好，適合砂型中充型。金屬型冷卻快，易導(dǎo)致薄壁件澆不足；壓力鑄造適用于鋁、鎂等非鐵合金，鑄鐵熔點(diǎn)高，模具壽命低；熔模鑄造成本高，適合小型精密件。二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述順序凝固與同時(shí)凝固的區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景。順序凝固是指鑄件從遠(yuǎn)離冒口的部分開始凝固，依次向冒口方向進(jìn)行，使縮孔集中在冒口內(nèi)，最終切除冒口獲得致密鑄件。其特點(diǎn)是通過設(shè)置冒口和冷鐵（如在厚大部位放置冷鐵加速冷卻），形成由薄到厚的溫度梯度。適用于收縮大、易產(chǎn)生縮孔的合金（如鑄鋼、鋁青銅）及厚大鑄件（如機(jī)床床身、大型齒輪毛坯）。同時(shí)凝固是指鑄件各部分幾乎同時(shí)完成凝固，無明顯溫度梯度，通過減小內(nèi)應(yīng)力防止變形和裂紋。其特點(diǎn)是不設(shè)置冒口（或僅用小冒口），通過均勻壁厚、對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。適用于收縮小的合金（如灰鑄鐵、錫青銅）及薄壁、易變形的鑄件（如箱體類零件、平板類鑄件）。2.沖壓成型的主要工序有哪些？各工序的作用是什么？沖壓工序分為分離工序和變形工序兩大類：（1）分離工序：通過模具使板料局部斷裂分離，包括落料（沖下部分為工件）、沖孔（沖下部分為廢料）、剪切（直線切割）、修邊（去除毛坯邊緣多余材料）等。作用是獲得所需形狀和尺寸的平板零件或毛坯。（2）變形工序：使板料在不破裂的前提下發(fā)生塑性變形，包括拉深（將平板變?yōu)榭招募?，如汽車覆蓋件）、彎曲（將板料彎成一定角度或形狀，如支架）、翻邊（在孔或邊緣處翻出豎立邊，如加強(qiáng)筋）、脹形（將空心件局部向外擴(kuò)張，如波紋管）等。作用是將平板料加工成具有一定立體形狀的零件。3.焊接應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是什么？如何減小焊接應(yīng)力？焊接應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因是焊接過程中局部加熱和冷卻導(dǎo)致的不均勻熱脹冷縮。具體表現(xiàn)為：（1）加熱時(shí)焊縫及附近金屬膨脹受周圍低溫金屬限制，產(chǎn)生壓應(yīng)力；冷卻時(shí)收縮受限制，產(chǎn)生拉應(yīng)力。（2）相變應(yīng)力：某些鋼種（如中碳鋼）焊接時(shí)，熱影響區(qū)發(fā)生奧氏體→馬氏體轉(zhuǎn)變（體積膨脹），與周圍未相變區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力差。（3）拘束應(yīng)力：焊件剛性大（如厚板、固定焊），變形受限制，應(yīng)力無法釋放。減小焊接應(yīng)力的措施包括：（1）設(shè)計(jì)上：減少焊縫數(shù)量和尺寸，避免焊縫集中；采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。（2）工藝上：焊前預(yù)熱（降低冷卻速度，減小溫差）；焊后緩冷（如用石棉覆蓋）；采用小熱輸入焊接（如氬弧焊代替手弧焊）；錘擊焊縫（使焊縫金屬延展，釋放應(yīng)力）。（3）熱處理：焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火（500-650℃保溫后緩冷），通過原子擴(kuò)散消除內(nèi)應(yīng)力。4.粉末冶金工藝中，燒結(jié)的作用是什么？影響燒結(jié)質(zhì)量的主要因素有哪些？燒結(jié)是粉末冶金的關(guān)鍵工序，作用是通過加熱使生坯中粉末顆粒間產(chǎn)生原子擴(kuò)散和結(jié)合，形成具有一定強(qiáng)度、密度和性能的材料。具體表現(xiàn)為：（1）顆粒間形成冶金結(jié)合（晶界或固溶體），提高強(qiáng)度；（2）孔隙減少、尺寸收縮，密度增加；（3）成分均勻化（如合金粉末中的元素?cái)U(kuò)散）。影響燒結(jié)質(zhì)量的因素：（1）燒結(jié)溫度：需高于粉末材料的0.7-0.8倍熔點(diǎn)（如鐵基材料約1100-1300℃），溫度過低則結(jié)合不充分，過高易導(dǎo)致晶粒粗大或熔化。（2）燒結(jié)時(shí)間：需足夠使原子充分?jǐn)U散（通常30-120分鐘），時(shí)間過短則收縮不完全，過長(zhǎng)增加成本。（3）燒結(jié)氣氛：需保護(hù)粉末不氧化（如氫氣、氮?dú)猓?，活性氣氛（如分解氨）可還原表面氧化物，改善結(jié)合。（4）生坯密度：密度越高，顆粒接觸面積越大，燒結(jié)后性能越好（一般壓制壓力為200-600MPa）。5.簡(jiǎn)述金屬液態(tài)成型中“充型能力”的概念及影響因素。充型能力是指液態(tài)金屬填滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀完整鑄件的能力。它直接影響鑄件是否產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。影響因素包括：（1）金屬性質(zhì)：流動(dòng)性（液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，如灰鑄鐵＞鑄鋼，共晶合金＞亞共晶合金）；凝固方式（逐層凝固的合金充型能力優(yōu)于糊狀凝固，因凝固層表面光滑，流動(dòng)阻力?。?；表面張力（張力越小，越易填充細(xì)小間隙）。（2）鑄型條件：鑄型導(dǎo)熱性（金屬型導(dǎo)熱快，液態(tài)金屬冷卻快，充型能力下降；砂型導(dǎo)熱慢，有利充型）；型腔阻力（砂型透氣性差、型腔復(fù)雜時(shí)，氣體排出困難，阻礙金屬流動(dòng)）；鑄型溫度（預(yù)熱鑄型可延緩金屬冷卻，提高充型能力）。（3）澆注條件：澆注溫度（溫度越高，流動(dòng)性越好，但過高易氧化、縮孔；通常鑄鋼1520-1580℃，鑄鐵1250-1380℃）；澆注速度（速度快則充型時(shí)間短，熱量損失少；但過快易卷氣）；充型壓力（壓力鑄造、低壓鑄造通過增加壓力提高充型能力）。三、分析題（每題15分，共30分）1.某企業(yè)擬生產(chǎn)鋁合金汽車輪轂（直徑600mm，輪輻帶加強(qiáng)筋，要求高強(qiáng)度、高致密性），需選擇合適的成型工藝。試分析砂型鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造的適用性，并推薦最優(yōu)方案。（1）砂型鑄造：利用砂型成型，成本低、工藝靈活，但鋁合金流動(dòng)性一般（液態(tài)收縮率約6%），砂型導(dǎo)熱慢，輪轂厚大部位（如輪輞）易產(chǎn)生縮松，且砂型透氣性導(dǎo)致鑄件內(nèi)部可能殘留氣孔，難以滿足高強(qiáng)度（要求σb≥280MPa）和高致密性（需經(jīng)X射線探傷無≥0.5mm缺陷）要求。（2）低壓鑄造：在密封坩堝中通入0.02-0.07MPa低壓，使鋁液自下而上充型，充型平穩(wěn)、補(bǔ)縮效果好（壓力持續(xù)至凝固完成）。輪轂輪輻和輪輞可順序凝固，減少縮松；鑄件致密度高（氣孔少），力學(xué)性能較砂型鑄造提高10-20%（σb可達(dá)300MPa）。但需要專用低壓鑄造機(jī)，模具成本較高，適合批量生產(chǎn)（＞10萬件/年）。（3）擠壓鑄造（液態(tài)模鍛）：將定量鋁液澆入模具，在壓力（50-200MPa）下凝固并產(chǎn)生少量塑性變形。壓力消除了內(nèi)部孔隙，鑄件幾乎無縮松、氣孔，致密度接近鍛件（σb≥320MPa），且尺寸精度高（IT10-IT12），表面粗糙度Ra3.2-1.6μm。但設(shè)備噸位大（需800-1500噸壓力機(jī)），模具壽命受高壓影響較短，適合高附加值、小批量（1-5萬件/年）或高性能要求的輪轂（如賽車、高端乘用車）。綜合考慮：汽車輪轂屬于批量生產(chǎn)（通常＞10萬件/年），且需要高強(qiáng)度（滿足280-320MPa）和高致密性。低壓鑄造在成本、效率和性能之間取得平衡，雖力學(xué)性能略低于擠壓鑄造，但能滿足大部分乘用車需求，且模具壽命較長(zhǎng)（可達(dá)5-8萬次），是最優(yōu)選擇。2.某工廠生產(chǎn)的灰鑄鐵機(jī)床床身（厚大部位200mm，薄壁部位15mm）出現(xiàn)縮孔缺陷，試分析可能原因并提出改進(jìn)措施。可能原因：（1）凝固順序不合理：厚大部位（200mm）冷卻慢，液態(tài)收縮未得到有效補(bǔ)縮，導(dǎo)致內(nèi)部形成縮孔。（2）冒口設(shè)計(jì)不當(dāng)：冒口尺寸過?。w積未達(dá)到被補(bǔ)縮部位的4-6%），或位置遠(yuǎn)離厚大區(qū)域，無法提供足夠補(bǔ)縮金屬液。（3）澆注溫度過高：高溫導(dǎo)致液態(tài)收縮量增加（灰鑄鐵液態(tài)收縮率約1.2%，溫度每升高100℃，收縮率增加0.2-0.3%），補(bǔ)縮需求增大。（4）型砂性能差：砂型退讓性不足（如黏土含量過高），厚大部位凝固時(shí)收縮受砂型阻礙，內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，加劇縮孔形成。改進(jìn)措施：（1）優(yōu)化凝固順序：在厚大部位設(shè)置冷鐵（如鑄鐵冷鐵或石墨冷鐵），加速其冷卻，使凝固順序變?yōu)椤氨”凇癖凇翱凇保_保冒口最后凝固，持續(xù)補(bǔ)縮。（2）調(diào)整冒口參數(shù)：采用保溫冒口（如覆蓋保溫劑或使用發(fā)熱冒口套），延長(zhǎng)冒口內(nèi)金屬液的凝固時(shí)間；冒口體積按公式V冒=V補(bǔ)×（K+1）計(jì)算（K為補(bǔ)縮效率，灰鑄鐵取0.2-0.3），確保體積足夠。（3）控制澆注溫度：在保證充型的前提下降低溫度（如從1380℃降至1320℃），減少液態(tài)收縮量。（4）改善型砂性能：增加型砂中煤粉或鋸末含量（提高退讓性），降低黏土比例（控制在8-12%），避免砂型過早硬化阻礙收縮。（5）采用順序凝固工藝：在床身厚大部位與薄壁之間設(shè)置澆道，使金屬液先填充薄壁，再通過澆道補(bǔ)縮厚大區(qū)域，配合冒口形成溫度梯度。四、計(jì)算題（10分）某廠采用平砧拔長(zhǎng)工藝生產(chǎn)42CrMo鋼軸類鍛件，原始坯料尺寸為φ200mm×500mm（直徑×長(zhǎng)度），拔長(zhǎng)后尺寸為φ100mm×L（長(zhǎng)度）。已知42CrMo鋼的鍛造比需≥3，試計(jì)算拔長(zhǎng)后的最小長(zhǎng)度L，并判斷是否滿足鍛造比要求（假設(shè)體積不變）。解：