2025年金屬材料加工試卷附答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種金屬晶體結(jié)構(gòu)的滑移系數(shù)量最多？A.體心立方（BCC）B.面心立方（FCC）C.密排六方（HCP）D.正交晶系2.冷塑性變形后金屬的強度提高、塑性下降的現(xiàn)象稱為：A.加工硬化B.回復C.再結(jié)晶D.二次再結(jié)晶3.鋁合金時效強化的關(guān)鍵是：A.形成過飽和固溶體并析出彌散強化相B.增加位錯密度C.細化晶粒D.提高固溶體濃度4.以下哪種鑄造工藝最適合生產(chǎn)形狀復雜、尺寸精度高的薄壁鋁合金零件？A.砂型鑄造B.壓力鑄造C.重力鑄造D.離心鑄造5.切削加工中，刀具前角增大時，通常會導致：A.切削力增大，刀具壽命延長B.切削力減小，刀具壽命縮短C.切削溫度升高，表面質(zhì)量下降D.切屑變形增大，斷屑性能改善6.鋼的淬透性主要取決于：A.奧氏體化溫度B.冷卻介質(zhì)C.鋼的化學成分D.工件尺寸7.鍛造過程中，為避免鍛件內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，應控制的關(guān)鍵參數(shù)是：A.鍛造溫度范圍B.打擊次數(shù)C.模具表面粗糙度D.鍛件最終尺寸8.激光熔覆技術(shù)用于金屬表面強化時，主要優(yōu)勢是：A.設(shè)備成本低B.熔覆層與基體結(jié)合為機械結(jié)合C.熱影響區(qū)小，變形量小D.適合大面積厚涂層制備9.鈦合金熱加工時易出現(xiàn)的主要問題是：A.氧化嚴重，需保護氣氛B.塑性過高，難以控制形狀C.加工硬化不明顯D.導熱性過好，熱量難以集中10.評價金屬材料可焊性的主要指標是：A.焊接接頭的強度與塑性B.焊接熱輸入量C.焊接速度D.焊條直徑二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬的塑性變形主要通過______和______兩種方式進行。2.再結(jié)晶溫度通常定義為______的最低溫度，工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度約為______（用熔點絕對溫度表示）。3.常用的表面淬火方法有______和______，其目的是提高材料表面的______和______。4.鍛造比是指______與______的比值，對于重要鍛件，鍛造比一般要求大于______。5.切削三要素是______、______和______，其中對切削溫度影響最大的是______。6.鋁合金按加工方式可分為______和______兩大類，其中______鋁合金可通過熱處理強化。7.粉末冶金工藝的基本工序包括______、______、______和后處理。三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較砂型鑄造與金屬型鑄造的優(yōu)缺點，說明各自適用的場景。2.簡述冷沖壓加工中“回彈”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及減小回彈的主要措施。3.分析高速切削加工對刀具材料的性能要求，并列舉三種常用的高速切削刀具材料。4.說明鋼的“過熱”與“過燒”現(xiàn)象的區(qū)別，以及預防措施。5.解釋“超塑性”的概念，列舉兩種實現(xiàn)超塑性的條件，并說明其在金屬加工中的應用意義。四、計算題（每題10分，共20分）1.某45鋼軸類零件需進行感應淬火，要求表面硬度達到50-55HRC。已知該鋼的C曲線（TTT圖）中，馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度（Ms）為280℃，臨界冷卻速度Vk=20℃/s。若采用噴水冷卻，冷卻介質(zhì)溫度為20℃，零件表面在冷卻過程中某時刻的溫度為800℃，假設(shè)冷卻過程為線性冷卻（冷卻速率恒定），計算：（1）從800℃冷卻至Ms溫度所需時間；（2）若實際冷卻速率為25℃/s，判斷是否能獲得馬氏體組織（需說明理由）。2.某黃銅（H62）棒材進行冷拉加工，原始直徑為φ50mm，拉拔后直徑為φ40mm。已知H62黃銅的加工硬化指數(shù)n=0.25，屈服強度σs=150MPa，抗拉強度σb=380MPa。計算：（1）冷拉變形程度（用斷面收縮率表示）；（2）拉拔過程中所需的平均變形應力（提示：平均變形應力σm=σs×(1+ε)^n，其中ε為真實應變）。五、綜合分析題（20分）某汽車發(fā)動機連桿原采用45鋼模鍛成型，熱處理工藝為調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火），使用過程中出現(xiàn)連桿小頭孔磨損嚴重、桿身局部斷裂的問題。經(jīng)檢測，斷裂處組織為粗大鐵素體+珠光體，硬度為20-22HRC；磨損部位表面硬度僅為25-28HRC。結(jié)合金屬材料加工知識，分析以下問題：（1）斷裂和磨損失效的可能原因；（2）提出材料選擇、加工工藝及熱處理工藝的改進方案（需說明具體參數(shù)或工藝步驟）；（3）說明改進后如何驗證其效果（列舉至少兩種檢測方法）。參考答案一、單項選擇題1.B2.A3.A4.B5.B6.C7.A8.C9.A10.A二、填空題1.滑移；孿生2.變形金屬在1h內(nèi)完成再結(jié)晶；0.4Tm（Tm為熔點絕對溫度）3.感應淬火；火焰淬火；硬度；耐磨性4.變形前橫斷面積；變形后橫斷面積；35.切削速度；進給量；背吃刀量；切削速度6.變形鋁合金；鑄造鋁合金；變形7.粉末制備；成型；燒結(jié)三、簡答題1.砂型鑄造優(yōu)點：成本低、適應性廣、可鑄造復雜形狀；缺點：尺寸精度低、表面粗糙、生產(chǎn)效率低。適用于單件小批量、大型復雜鑄件（如機床床身）。金屬型鑄造優(yōu)點：尺寸精度高、表面質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高；缺點：模具成本高、鑄件形狀受限制、易產(chǎn)生鑄造應力。適用于大批量、中小型非鐵合金鑄件（如鋁合金活塞）。2.回彈原因：冷沖壓時材料發(fā)生彈性-塑性變形，卸載后彈性變形恢復導致工件形狀與模具不一致。減小措施：①增加變形程度（超過材料彈性極限）；②采用校正工序；③選擇彈性模量高、屈強比低的材料；④優(yōu)化模具設(shè)計（如補償回彈量）。3.高速切削對刀具材料要求：高硬度（>HRC60）、高耐磨性、高熱硬性（1000℃以上保持硬度）、良好的抗熱沖擊性。常用材料：立方氮化硼（CBN）、聚晶金剛石（PCD）、涂層硬質(zhì)合金（如TiAlN涂層）。4.過熱：加熱溫度過高或保溫時間過長，導致奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到粗大馬氏體（或珠光體），力學性能下降；過燒：加熱溫度接近固相線，晶界氧化或熔化，形成不可逆缺陷（如晶界裂紋）。預防措施：嚴格控制加熱溫度（不超過Ac3+30-50℃）、縮短高溫保溫時間、采用控溫精度高的加熱設(shè)備。5.超塑性：材料在特定條件下（如低應變速率、一定溫度）呈現(xiàn)異常高的塑性（延伸率>200%）。實現(xiàn)條件：①細晶超塑性（晶粒<10μm）；②相變超塑性（溫度在相變點附近波動）。應用意義：可實現(xiàn)復雜形狀零件的一次成型（如鈦合金飛機蒙皮），降低加工成本，減少材料浪費。四、計算題1.（1）冷卻速率=20℃/s（臨界冷卻速度），溫度差=800℃-280℃=520℃，時間=520℃/20℃·s?1=26s；（2）實際冷卻速率25℃/s>Vk=20℃/s，冷卻曲線與C曲線不相交，可避開珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，直接發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，能獲得馬氏體組織。2.（1）原始面積A0=π×(50/2)2=625πmm2，拉拔后面積A1=π×(40/2)2=400πmm2，斷面收縮率ψ=(A0-A1)/A0×100%=(625π-400π)/625π×100%=36%；（2）真實應變ε=ln(A0/A1)=ln(625/400)=ln(1.5625)=0.446，平均變形應力σm=150MPa×(1+0.446)^0.25≈150×1.446^0.25≈150×1.1≈165MPa。五、綜合分析題（1）失效原因：①斷裂：調(diào)質(zhì)處理后組織粗大（可能因淬火溫度過高或冷卻不足），硬度偏低（20-22HRC低于連桿要求的30-35HRC），導致強度不足；②磨損：小頭孔表面未進行表面強化（如感應淬火），硬度僅25-28HRC，耐磨性差。（2）改進方案：①材料選擇：改用40Cr（合金結(jié)構(gòu)鋼，淬透性更好）；②加工工藝：優(yōu)化模鍛工藝（控制終鍛溫度850-900℃，鍛造比≥4），細