(2025年)工程材料考試復(fù)習(xí)試卷(及答案)一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于晶體與非晶體的描述，錯誤的是（）。A.晶體具有固定熔點，非晶體無固定熔點B.晶體的原子排列長程有序，非晶體僅短程有序C.常見金屬多為晶體，玻璃屬于非晶體D.晶體的各向同性比非晶體更顯著2.位錯是晶體中的（）。A.點缺陷B.線缺陷C.面缺陷D.體缺陷3.鐵碳合金相圖中，ES線（Acm線）表示（）。A.共晶轉(zhuǎn)變線B.共析轉(zhuǎn)變線C.奧氏體中碳的溶解度曲線D.鐵素體中碳的溶解度曲線4.以下熱處理工藝中，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.正火5.鋁合金中，通過時效處理可顯著強化的合金類型是（）。A.變形鋁合金B(yǎng).鑄造鋁合金C.硬鋁合金（Al-Cu-Mg系）D.防銹鋁合金（Al-Mn系）6.陶瓷材料的主要結(jié)合鍵是（）。A.金屬鍵B.共價鍵和離子鍵C.分子鍵D.氫鍵7.以下高分子材料中，屬于熱固性塑料的是（）。A.聚乙烯（PE）B.聚氯乙烯（PVC）C.酚醛樹脂（PF）D.聚丙烯（PP）8.復(fù)合材料中，增強相的主要作用是（）。A.傳遞載荷B.提供韌性C.降低密度D.提高耐高溫性9.布氏硬度試驗中，當試樣厚度較小時，應(yīng)選擇的壓頭和載荷組合是（）。A.硬質(zhì)合金球，大載荷B.鋼球，小載荷C.金剛石圓錐，大載荷D.金剛石四棱錐，小載荷10.以下關(guān)于馬氏體轉(zhuǎn)變的描述，正確的是（）。A.轉(zhuǎn)變過程需要原子擴散B.轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度隨含碳量增加而升高C.轉(zhuǎn)變溫度越高，馬氏體片越粗大D.所有鋼種的馬氏體轉(zhuǎn)變均能100%完成二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬材料的力學(xué)性能指標中，衡量材料抵抗塑性變形能力的是______，衡量材料斷裂前吸收能量能力的是______。2.體心立方晶格的致密度為______，常見金屬有______（舉1例）。3.鐵碳合金中，室溫下含碳量為0.77%的鋼稱為______，其平衡組織為______。4.淬火加高溫回火的工藝稱為______，所得組織為______。5.灰鑄鐵的石墨形態(tài)為______，可鍛鑄鐵的石墨形態(tài)為______。6.高分子材料的三種力學(xué)狀態(tài)是______、______和粘流態(tài)。7.陶瓷材料的強化方式主要有______強化、______強化和相變強化。8.鋁合金的固溶處理是將合金加熱至______區(qū)，保溫后快速冷卻，使第二相______在基體中。9.復(fù)合材料按增強相形態(tài)分類，可分為______復(fù)合材料、______復(fù)合材料和顆粒增強復(fù)合材料。10.材料的斷裂韌性KIC值越大，說明材料抵抗______擴展的能力越強。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述加工硬化的概念、產(chǎn)生原因及工程應(yīng)用意義。2.比較索氏體與回火索氏體的形成條件、組織特征及性能差異。3.分析陶瓷材料脆性大的主要原因（從化學(xué)鍵、結(jié)構(gòu)缺陷、變形能力角度說明）。4.固溶強化是金屬材料的重要強化方式，試解釋其作用機制，并列舉2種影響固溶強化效果的因素。5.高分子材料的粘彈性表現(xiàn)為哪兩種現(xiàn)象？分別說明其定義及溫度對二者的影響規(guī)律。四、分析題（每題10分，共20分）1.某鋼種成分為0.45%C（質(zhì)量分數(shù)），試根據(jù)鐵碳合金相圖分析其平衡結(jié)晶過程（從液態(tài)到室溫），并指出室溫下的組織組成物及相對含量（需列出計算式）。2.45鋼（含碳0.45%）經(jīng)不同熱處理后得到以下組織：①珠光體+鐵素體；②馬氏體；③回火索氏體；④上貝氏體。試分別說明每種組織對應(yīng)的熱處理工藝，并比較四種組織的硬度（從高到低排序）。五、綜合應(yīng)用題（10分）某汽車變速箱齒輪需滿足以下性能要求：表面高硬度（58-62HRC）、心部良好的強韌性（200-300HBW）、整體耐疲勞。請為其選擇合適的材料（鋼種），設(shè)計熱處理工藝路線，并說明各工藝步驟的作用。答案一、單項選擇題1.D2.B3.C4.C5.C6.B7.C8.A9.B10.B二、填空題1.屈服強度；沖擊韌性（或沖擊吸收功）2.0.68；α-Fe（或鉻、鉬等）3.共析鋼；珠光體4.調(diào)質(zhì)處理；回火索氏體5.片狀；團絮狀6.玻璃態(tài)；高彈態(tài)7.細晶；彌散（或顆粒）8.單相固溶；溶解9.纖維增強；晶須增強10.裂紋三、簡答題1.加工硬化：金屬材料在塑性變形過程中，隨著變形量增加，強度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。原因：塑性變形導(dǎo)致位錯密度增加，位錯間相互交割、纏結(jié)，阻礙位錯運動。工程意義：可作為材料的強化手段（如冷軋鋼板）；提高零件在偶然過載時的安全性（避免局部變形過大）；為后續(xù)加工（如冷沖壓）提供變形均勻性。2.索氏體：由過冷奧氏體在600-650℃等溫轉(zhuǎn)變或正火得到，組織為片層較細的珠光體（片層間距0.25-0.3μm），硬度25-35HRC，塑性、韌性較好?；鼗鹚魇象w：淬火鋼經(jīng)500-650℃高溫回火得到，組織為鐵素體基體上分布顆粒狀滲碳體，鐵素體呈多邊形（無方向性），硬度20-35HRC，與索氏體相比，塑性、韌性更優(yōu)（因滲碳體顆?；瘻p少應(yīng)力集中）。3.①化學(xué)鍵：陶瓷以共價鍵、離子鍵為主，鍵能高但無自由電子，位錯運動困難（滑移系少），變形主要依賴彈性變形；②結(jié)構(gòu)缺陷：陶瓷制備過程中易形成氣孔、微裂紋等缺陷，受力時缺陷尖端易產(chǎn)生應(yīng)力集中，引發(fā)脆性斷裂；③變形能力：室溫下幾乎無法發(fā)生塑性變形（位錯難以啟動和運動），斷裂前無明顯塑性變形，表現(xiàn)為脆性斷裂。4.機制：溶質(zhì)原子溶入基體形成固溶體，由于溶質(zhì)與溶劑原子尺寸、電負性差異，引起晶格畸變，阻礙位錯運動（如柯氏氣團釘扎位錯），從而提高材料強度。影響因素：溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差（差異越大，畸變越顯著，強化效果越好）；溶質(zhì)原子濃度（在固溶度范圍內(nèi)，濃度越高，強化效果越強）；溶質(zhì)原子與溶劑的化學(xué)鍵結(jié)合力（結(jié)合力越強，位錯運動阻力越大）。5.粘彈性表現(xiàn)為蠕變和應(yīng)力松弛。蠕變：恒定應(yīng)力下，應(yīng)變隨時間緩慢增加的現(xiàn)象。溫度升高，分子鏈段運動能力增強，蠕變速率加快；溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，蠕變不明顯；高于Tg時，蠕變顯著。應(yīng)力松弛：恒定應(yīng)變下，應(yīng)力隨時間逐漸下降的現(xiàn)象。溫度升高，分子鏈段重排速度加快，應(yīng)力松弛速率增加；溫度低于Tg時，分子鏈段凍結(jié)，應(yīng)力松弛極慢；高于粘流溫度（Tf）時，材料發(fā)生粘性流動，應(yīng)力迅速松弛。四、分析題1.結(jié)晶過程：①液態(tài)（L）冷卻至液相線（約1495℃）開始析出δ鐵素體（L→δ）；②溫度降至包晶線（1495℃），剩余L與δ反應(yīng)提供奧氏體（L+δ→γ）；③繼續(xù)冷卻至A3線（約800℃）以下，奧氏體開始析出鐵素體（γ→α），至A1線（727℃）時，剩余奧氏體（含碳0.77%）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（γ→P）；④室溫組織：鐵素體（α）+珠光體（P）。相對含量計算：鐵素體含量：(0.77-0.45)/(0.77-0.0218)×100%≈43.5%；珠光體含量：1-43.5%≈56.5%（注：0.0218為室溫下鐵素體最大含碳量）。2.①珠光體+鐵素體：退火或正火（加熱至Ac3以上，緩慢冷卻）；②馬氏體：淬火（加熱至Ac3以上，水或油冷）；③回火索氏體：淬火后高溫回火（500-650℃）；④上貝氏體：等溫淬火（加熱至Ac3以上，快冷至貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（350-550℃）等溫保持）。硬度排序：②（馬氏體，60-65HRC）＞④（上貝氏體，40-45HRC）＞③（回火索氏體，25-35HRC）＞①（珠光體+鐵素體，15-25HRC）。五、綜合應(yīng)用題材料選擇：20CrMnTi（低合金滲碳鋼）。熱處理工藝路線：①預(yù)處理：正火（加熱至Ac3以上，空冷）→細化晶粒，改善切削加工性；②滲碳：900-950℃滲碳，使表層含碳量增至0.8-1.0%；③淬火：預(yù)冷至830-850℃（避開滲碳層奧氏體晶粒粗化溫度），油冷→表層形成高碳馬氏