(2025年)工程材料期末考試試題及答案一、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.純鐵在912℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，晶體結(jié)構(gòu)由體心立方（BCC）轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎剑‵CC），此時其密度會：A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：A（FCC原子堆積更緊密）3.下列材料中，屬于非晶態(tài)材料的是：A.工業(yè)純鋁B.普通玻璃C.鑄鐵D.銅合金答案：B4.為提高45鋼表面硬度和耐磨性，最常用的熱處理工藝是：A.完全退火B(yǎng).正火C.表面淬火D.回火答案：C5.高分子材料的“粘流溫度”（Tf）是指材料從高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界溫度，其主要影響因素是：A.分子量B.結(jié)晶度C.交聯(lián)程度D.以上均是答案：D6.陶瓷材料的主要結(jié)合鍵是：A.金屬鍵B.離子鍵和共價鍵C.分子間作用力D.氫鍵答案：B7.鋁合金中添加Mg元素的主要目的是：A.提高耐腐蝕性B.細(xì)化晶粒C.固溶強化D.降低密度答案：C（Mg在Al中固溶度較高，形成固溶體強化）8.下列哪種強化機制在提高材料強度的同時，會顯著降低塑性？A.細(xì)晶強化B.固溶強化C.第二相強化（彌散強化）D.加工硬化答案：D（加工硬化使位錯密度增加，塑性下降明顯）9.鐵碳合金中，含碳量為0.77%的鋼稱為共析鋼，其室溫平衡組織為：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：B10.以下哪種高分子材料屬于熱固性塑料？A.聚乙烯（PE）B.環(huán)氧樹脂（EP）C.聚丙烯（PP）D.聚苯乙烯（PS）答案：B11.復(fù)合材料的“界面”是指增強體與基體之間的結(jié)合區(qū)域，其主要作用不包括：A.傳遞載荷B.抑制裂紋擴展C.提高材料密度D.協(xié)調(diào)兩相變形答案：C12.鈦合金按組織分類，α+β型鈦合金的典型特點是：A.強度高、塑性好B.密度低、耐蝕性差C.高溫性能優(yōu)異D.可焊性極佳答案：A13.鑄鐵中石墨形態(tài)為團絮狀時，稱為：A.灰鑄鐵B.可鍛鑄鐵C.球墨鑄鐵D.蠕墨鑄鐵答案：B14.為改善低碳鋼的切削加工性能，通常采用的預(yù)處理工藝是：A.完全退火B(yǎng).球化退火C.正火D.淬火+低溫回火答案：C（正火提高硬度，改善切削性）15.下列材料中，適合用于制造高溫爐管（工作溫度1000℃以上）的是：A.Q235鋼B.鋁合金C.碳化硅陶瓷D.聚乙烯答案：C（陶瓷耐高溫性能優(yōu)異）二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬晶體中最常見的兩種密排結(jié)構(gòu)是面心立方（FCC）和________（HCP）。答案：密排六方2.材料的強度指標(biāo)主要包括屈服強度（σs）和________（σb）。答案：抗拉強度3.鋼的熱處理工藝中，“四把火”指退火、正火、________和回火。答案：淬火4.高分子材料的力學(xué)狀態(tài)隨溫度變化可分為玻璃態(tài)、________和粘流態(tài)。答案：高彈態(tài)5.陶瓷材料的主要性能特點是高硬度、高熔點、________和脆性大。答案：耐蝕性好（或化學(xué)穩(wěn)定性高）6.鋁合金的強化方式主要有固溶強化、________和時效強化。答案：加工硬化（或形變強化）7.鐵碳合金相圖中，共晶反應(yīng)的溫度是________℃，反應(yīng)式為L→A+Fe3C。答案：11488.復(fù)合材料按增強體類型可分為纖維增強、顆粒增強和________增強復(fù)合材料。答案：晶須9.鑄鐵的石墨化過程分為三個階段，其中第一階段是液態(tài)到奧氏體析出________的過程。答案：石墨（或G）10.鈦合金中，α型鈦合金的主要合金元素是________（如Al），β型鈦合金的主要合金元素是Mo、V等。答案：α穩(wěn)定元素11.鋼的淬透性主要取決于________，而淬硬性主要取決于含碳量。答案：臨界冷卻速度（或合金元素種類及含量）12.高分子材料的聚合反應(yīng)分為加聚反應(yīng)和________反應(yīng)兩大類。答案：縮聚13.陶瓷的成型工藝包括干壓成型、等靜壓成型、________和注射成型等。答案：注漿成型14.鎂合金的主要缺點是________和高溫性能差。答案：耐蝕性低（或易氧化）15.銅合金中，黃銅的主要合金元素是________，青銅的主要合金元素是Sn、Al等。答案：Zn（鋅）16.材料的斷裂方式主要有韌性斷裂和________斷裂兩種。答案：脆性17.鋼中常見的有害元素是硫（S）和________（P），前者易導(dǎo)致熱脆，后者易導(dǎo)致冷脆。答案：磷18.復(fù)合材料的性能特點可概括為“可設(shè)計性”、________和多功能性。答案：比強度/比模量高（或綜合性能優(yōu)異）19.高分子材料的老化是指其在________、熱、氧等環(huán)境因素作用下性能劣化的現(xiàn)象。答案：光（或紫外線）20.鋁合金的典型熱處理工藝是________處理，通過固溶+時效提高強度。答案：固溶強化三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述金屬材料的加工硬化現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因。答案：加工硬化是指金屬材料在塑性變形過程中，隨著變形量增加，強度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。其本質(zhì)是塑性變形導(dǎo)致位錯密度增加，位錯之間相互交截、纏結(jié)，阻礙位錯運動，從而提高材料的變形抗力。2.比較熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)差異及性能特點。答案：熱塑性塑料的分子鏈為線性或支化結(jié)構(gòu)，加熱時軟化熔融，可反復(fù)成型；具有較好的塑性和韌性，但耐熱性較低。熱固性塑料的分子鏈通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加熱時不熔融，固化后不可再成型；具有較高的耐熱性和剛性，但脆性較大。3.分析鑄鐵中石墨形態(tài)對其性能的影響（以灰鑄鐵、球墨鑄鐵為例）。答案：灰鑄鐵中的石墨呈片狀，相當(dāng)于內(nèi)部存在大量裂紋，割裂基體，導(dǎo)致其強度、塑性較低，但減震性、耐磨性較好；球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，對基體的割裂作用顯著減小，基體連續(xù)性好，因此強度、塑性接近鋼，同時保留了一定的減震性和耐磨性。4.說明鋼的淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）的目的及組織轉(zhuǎn)變過程。答案：調(diào)質(zhì)處理的目的是獲得良好的綜合力學(xué)性能（高強度與高韌性匹配）。過程為：鋼加熱至Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上，保溫后快速冷卻（淬火）得到馬氏體；隨后在500-650℃高溫回火，馬氏體分解為回火索氏體（鐵素體基體+細(xì)小粒狀滲碳體），該組織具有優(yōu)異的綜合性能。5.簡述復(fù)合材料的“協(xié)同效應(yīng)”及其在工程中的應(yīng)用意義。答案：協(xié)同效應(yīng)是指復(fù)合材料的性能不等于各組分性能的簡單疊加，而是通過組分間的相互作用產(chǎn)生優(yōu)于單一材料的性能（如比強度、耐疲勞性等）。工程意義：可根據(jù)需求設(shè)計材料性能（如航空用碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料兼顧輕量化與高強度），突破單一材料的性能極限，擴展應(yīng)用場景。四、分析題（每題10分，共20分）1.某汽車變速箱齒輪（工作條件：承受循環(huán)載荷、接觸應(yīng)力大、需耐磨損），原用20鋼制造，使用中出現(xiàn)齒面磨損嚴(yán)重和疲勞斷裂問題。請分析失效原因，并提出材料及工藝改進方案。答案：失效原因：20鋼為低碳鋼，含碳量低，淬火后表面硬度不足（≤45HRC），導(dǎo)致耐磨性差；心部強度低，難以承受循環(huán)載荷，易發(fā)生疲勞斷裂。改進方案：（1）材料選擇：改用20CrMnTi（低碳合金滲碳鋼），含Cr、Mn、Ti等合金元素，可提高淬透性、耐磨性及心部強度。（2）工藝改進：采用滲碳+淬火+低溫回火工藝。滲碳使表層含碳量提高至0.8-1.0%，淬火后表層獲得高硬度馬氏體（58-62HRC），提高耐磨性；心部因合金元素作用保持較高強韌性（低碳馬氏體或回火索氏體），抵抗疲勞斷裂。2.現(xiàn)有三種材料：A（45鋼，正火態(tài)）、B（ZL101鋁合金，鑄態(tài)）、C（Al2O3陶瓷，燒結(jié)態(tài)），需選擇一種用于制造某化工反應(yīng)釜的攪拌槳（工作條件：介質(zhì)為稀硫酸，溫度80℃，轉(zhuǎn)速300r/min）。請從耐蝕性、力學(xué)性能、加工性能三方面分析，選擇最合適的材料并說明理由。答案：選擇B（ZL101鋁合金）。耐蝕性：45鋼（A）在稀硫酸中易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，耐蝕性差；Al2O3陶瓷（C）雖耐酸腐蝕，但脆性大，易受攪拌沖擊斷裂；ZL101鋁合金表面易形成致密Al2O3氧化膜，在稀硫酸中耐蝕性優(yōu)于鋼，且優(yōu)于陶瓷的韌性。力學(xué)性能：攪拌槳需一定強度和韌性。45鋼正火態(tài)強度高但耐蝕性不足；ZL101鑄態(tài)強度（σb≈150-200MPa）可滿足轉(zhuǎn)速要求，且塑性（δ≈2-5%）優(yōu)于陶瓷（幾乎無塑性）。加工性能：45鋼需機加工成型，成本較高；ZL101可鑄造成型，工藝簡單；Al2O3陶瓷需高溫?zé)Y(jié)，成型難度大，且脆性大易加工開裂。綜上，ZL101鋁合金綜合性能最適配。五、綜合題（10分）某企業(yè)擬開發(fā)一款輕量化電動汽車電池包外殼，要求材料具備以下性能：密度≤2.8g/cm3，抗拉強度≥300MPa，延伸率≥8%，耐電化學(xué)腐蝕（電池電解液為LiPF6溶液），可沖壓成型。請結(jié)合材料學(xué)知識，設(shè)計材料選擇方案，并說明理由（需涵蓋材料類型、成分設(shè)計、熱處理/成型工藝及性能調(diào)控機制）。答案：材料選擇方案：選用6061鋁合金（Al-Mg-Si系變形鋁合金）。（1）材料類型與成分設(shè)計：6061屬于Al-Mg-Si系，主要合金元素為Mg（0.8-1.2%）、Si（0.4-0.8%），含少量Cu、Cr（提高耐蝕性和淬透性）。密度約2.7g/cm3，滿足輕量化要求。（2）熱處理工藝：采用T6熱處理（固溶處理+人工時效）。固溶處理（500-520℃加熱后水淬）使Mg2Si相充分溶解，形成過飽和固溶體；隨后人工時效（160-180℃保溫6-10h），析出細(xì)小彌散的β''相（Mg2Si），通過沉淀強化提高強度（抗拉強度可達310-330MPa）。（3）成型工藝：可通過冷軋制得板材，再沖壓成型電池包外殼。6061鋁合金塑性良好（退火態(tài)延伸率≥16%），沖壓成型性優(yōu)于鋼和陶瓷。（4）性能調(diào)控機制：-輕量化：Al基體密度低，合金