《工程材料與成形工藝》期末考試復(fù)習(xí)題庫（含答案）一、選擇題1.金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)中，抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力被稱為（）A.強(qiáng)度B.韌性C.硬度D.塑性答案：B。韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力。強(qiáng)度是材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力；硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力；塑性是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。2.下列哪種晶體結(jié)構(gòu)的金屬塑性最差（）A.體心立方B.面心立方C.密排六方D.都一樣答案：C。密排六方晶體結(jié)構(gòu)的金屬滑移系較少，其塑性相對(duì)體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)的金屬較差。體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)有較多的滑移系，塑性較好。3.純金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，則晶粒度（）A.越大B.越小C.不變D.不確定答案：B。冷卻速度越快，過冷度越大，形核率增加的比長(zhǎng)大速度快，因此晶核數(shù)目增多，晶粒越細(xì)小。4.鐵碳合金中，含碳量為0.77%的是（）A.工業(yè)純鐵B.共析鋼C.亞共析鋼D.過共析鋼答案：B。含碳量小于0.0218%的是工業(yè)純鐵；含碳量為0.77%的是共析鋼；含碳量在0.0218%0.77%之間的是亞共析鋼；含碳量在0.77%2.11%之間的是過共析鋼。5.下列材料中，淬透性最好的是（）A.45鋼B.T10C.40CrD.Q235答案：C。合金元素能提高鋼的淬透性，40Cr是合金結(jié)構(gòu)鋼，含有鉻元素，相比45鋼（碳素調(diào)質(zhì)鋼）、T10（碳素工具鋼）和Q235（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼），其淬透性最好。6.鍛造前對(duì)金屬進(jìn)行加熱，目的是（）A.提高強(qiáng)度B.提高硬度C.降低塑性D.降低變形抗力答案：D。鍛造前加熱金屬可以使金屬原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，晶格畸變減小，從而降低金屬的變形抗力，提高塑性，便于進(jìn)行鍛造加工。7.以下哪種鑄造方法生產(chǎn)的鑄件精度最高（）A.砂型鑄造B.熔模鑄造C.金屬型鑄造D.壓力鑄造答案：B。熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后在模樣上涂掛多層耐火材料，經(jīng)硬化后再將模樣熔化流出，從而獲得無分型面的鑄型。因此，它能生產(chǎn)出精度很高的鑄件，尺寸精度可達(dá)IT11IT14，表面粗糙度可達(dá)Ra12.51.6μm。砂型鑄造精度較低；金屬型鑄造精度和表面質(zhì)量比砂型鑄造好，但不如熔模鑄造；壓力鑄造鑄件精度和表面質(zhì)量也較高，但對(duì)于一些復(fù)雜形狀的鑄件，精度可能不如熔模鑄造。8.焊接時(shí)，為了防止氣孔的產(chǎn)生，下列措施中錯(cuò)誤的是（）A.清理焊件表面B.烘干焊接材料C.降低焊接速度D.增大焊接電流答案：C。清理焊件表面可以去除油污、鐵銹等雜質(zhì)，防止這些雜質(zhì)在焊接過程中產(chǎn)生氣體形成氣孔；烘干焊接材料可以去除其吸附的水分，減少氫氣的來源，避免產(chǎn)生氣孔；增大焊接電流可以提高電弧的穩(wěn)定性和熔池的溫度，有利于氣體的逸出，減少氣孔的產(chǎn)生。而降低焊接速度會(huì)使熔池存在時(shí)間延長(zhǎng)，氣體有更多機(jī)會(huì)進(jìn)入熔池，增加氣孔產(chǎn)生的幾率。9.下列塑料中，屬于熱固性塑料的是（）A.聚乙烯B.聚丙烯C.酚醛塑料D.聚苯乙烯答案：C。熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，酚醛塑料在成型后，再次加熱不會(huì)軟化，屬于熱固性塑料。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯在加熱時(shí)能熔融流動(dòng)，冷卻后又能固化成型，屬于熱塑性塑料。10.陶瓷材料的主要結(jié)合鍵是（）A.金屬鍵B.離子鍵和共價(jià)鍵C.分子鍵D.氫鍵答案：B。陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)主要由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合而成，離子鍵和共價(jià)鍵的結(jié)合能較高，使得陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、耐高溫、抗氧化等特性。金屬鍵是金屬材料的主要結(jié)合鍵；分子鍵存在于一些低分子物質(zhì)和高分子材料中；氫鍵是一種特殊的分子間作用力，在陶瓷材料中不是主要結(jié)合鍵。二、填空題1.金屬的晶體缺陷主要有__點(diǎn)缺陷__、__線缺陷__和__面缺陷__三類。解釋：點(diǎn)缺陷如空位、間隙原子等；線缺陷主要指位錯(cuò)；面缺陷包括晶界、亞晶界等。這些缺陷對(duì)金屬的性能有重要影響。2.鐵碳合金在室溫下的基本組織有__鐵素體__、__珠光體__、__滲碳體__、__萊氏體__等。解釋：鐵素體是碳溶解在αFe中形成的間隙固溶體；珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物；滲碳體是一種具有復(fù)雜晶格的間隙化合物；萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物（高溫萊氏體）或珠光體和滲碳體的混合物（低溫萊氏體）。3.鋼的熱處理工藝一般由__加熱__、__保溫__和__冷卻__三個(gè)階段組成。解釋：加熱是為了使鋼達(dá)到預(yù)定的處理溫度，獲得均勻的奧氏體組織；保溫是為了保證整個(gè)工件截面溫度均勻一致，組織充分轉(zhuǎn)變；冷卻過程決定了鋼的最終組織和性能。4.鍛造的基本工序主要有__鐓粗__、__拔長(zhǎng)__、__沖孔__、__彎曲__、__扭轉(zhuǎn)__等。解釋：鐓粗是使坯料高度減小、橫截面積增大的鍛造工序；拔長(zhǎng)是使坯料橫截面積減小、長(zhǎng)度增加的工序；沖孔是在坯料上沖出通孔或不通孔的工序；彎曲是將坯料彎成一定角度或形狀的工序；扭轉(zhuǎn)是使坯料的一部分相對(duì)另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的工序。5.鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)一般由__澆口杯__、__直澆道__、__橫澆道__和__內(nèi)澆道__組成。解釋：澆口杯承接來自澆包的金屬液，起緩沖和擋渣作用；直澆道引導(dǎo)金屬液從澆口杯流入橫澆道，利用其高度產(chǎn)生的壓力使金屬液充滿型腔；橫澆道分配金屬液并擋渣；內(nèi)澆道控制金屬液流入型腔的方向、速度和流量。6.常見的焊接接頭形式有__對(duì)接接頭__、__搭接接頭__、__角接接頭__和__T形接頭__。解釋：對(duì)接接頭是兩焊件表面構(gòu)成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭；搭接接頭是兩焊件部分重疊構(gòu)成的接頭；角接接頭是兩焊件端部構(gòu)成大于30°，小于135°夾角的接頭；T形接頭是一焊件之端面與另一焊件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。7.塑料的成型方法主要有__注射成型__、__擠出成型__、__壓縮成型__、__吹塑成型__等。解釋：注射成型是將塑料顆粒加熱熔融后，在注射機(jī)的螺桿或柱塞推動(dòng)下，快速注入模具型腔中，經(jīng)冷卻固化而獲得制品；擠出成型是使塑料在擠出機(jī)螺桿的擠壓作用下，通過具有一定形狀的口模而連續(xù)成型的方法；壓縮成型是將塑料原料直接加入到模具型腔中，通過加熱和加壓使塑料在型腔內(nèi)充滿并固化成型；吹塑成型是借助壓縮空氣使閉合在模具中的熱塑性塑料型坯吹脹成為中空制品的方法。8.復(fù)合材料按基體材料分類，可分為__金屬基復(fù)合材料__、__陶瓷基復(fù)合材料__和__高分子基復(fù)合材料__。解釋：金屬基復(fù)合材料以金屬為基體；陶瓷基復(fù)合材料以陶瓷為基體；高分子基復(fù)合材料以高分子材料為基體。不同基體的復(fù)合材料具有不同的性能特點(diǎn)。三、判斷題1.金屬材料的硬度越高，其韌性就越好。（×）解釋：一般情況下，金屬材料的硬度和韌性是相互矛盾的性能指標(biāo)。硬度高意味著材料抵抗局部變形的能力強(qiáng)，但往往其脆性增大，韌性降低。例如淬火鋼硬度高，但韌性較差。2.純金屬的結(jié)晶過程是在恒溫下進(jìn)行的。（√）解釋：純金屬具有固定的熔點(diǎn)，在結(jié)晶過程中，當(dāng)冷卻到熔點(diǎn)溫度時(shí)，金屬開始結(jié)晶，在結(jié)晶過程中不斷釋放結(jié)晶潛熱，補(bǔ)償了向周圍環(huán)境散失的熱量，使溫度保持在熔點(diǎn)不變，直到結(jié)晶結(jié)束。3.亞共析鋼的室溫組織是鐵素體和珠光體，含碳量越高，珠光體的含量越多。（√）解釋：亞共析鋼中，隨著含碳量的增加，根據(jù)鐵碳相圖，奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的量增多，而鐵素體的量減少，所以含碳量越高，珠光體的含量越多。4.淬火后回火的目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，調(diào)整硬度和韌性。（√）解釋：淬火會(huì)使鋼產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，且脆性增大，通過回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，使組織穩(wěn)定，同時(shí)根據(jù)回火溫度的不同，可以調(diào)整鋼的硬度和韌性，滿足不同的使用要求。5.砂型鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件，但鑄件精度較低。（√）解釋：砂型鑄造可以通過制造復(fù)雜的砂型來生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件，但是由于砂型的精度有限，以及鑄造過程中的各種因素影響，鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量相對(duì)較低。6.焊接時(shí)，焊接電流越大越好。（×）解釋：焊接電流過大，會(huì)使焊縫熔深過大，容易產(chǎn)生咬邊、燒穿等缺陷，同時(shí)還會(huì)使焊縫組織粗大，降低接頭的力學(xué)性能；焊接電流過小，則會(huì)導(dǎo)致焊縫熔合不良、未焊透等缺陷。因此，應(yīng)根據(jù)焊件厚度、焊接材料、焊接位置等因素選擇合適的焊接電流。7.熱塑性塑料可以反復(fù)加熱成型，而熱固性塑料成型后不能再加熱成型。（√）解釋：熱塑性塑料的分子結(jié)構(gòu)是線性或支鏈型的，加熱時(shí)分子鏈可以自由移動(dòng)，能夠熔融流動(dòng)，冷卻后又能固化成型，因此可以反復(fù)加熱成型；熱固性塑料在成型過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再次加熱時(shí)不會(huì)軟化熔融，不能再加熱成型。8.陶瓷材料具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，但脆性大。（√）解釋：陶瓷材料的化學(xué)鍵主要是離子鍵和共價(jià)鍵，結(jié)合能高，使得陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化等特性。然而，由于其晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的特點(diǎn)，陶瓷材料在受力時(shí)難以產(chǎn)生塑性變形，容易發(fā)生脆性斷裂。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述金屬的塑性變形對(duì)其組織和性能的影響。答：金屬的塑性變形對(duì)其組織和性能的影響主要有以下幾個(gè)方面：組織方面：晶粒變形：晶粒會(huì)沿著變形方向被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒會(huì)變成細(xì)條狀，形成纖維組織。亞結(jié)構(gòu)形成：隨著變形量增加，位錯(cuò)之間相互作用，形成位錯(cuò)纏結(jié)、胞狀亞結(jié)構(gòu)等。晶粒取向改變：大量晶粒的位向會(huì)趨于一致，形成變形織構(gòu)。性能方面：加工硬化：塑性變形使金屬的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性下降。這是因?yàn)槲诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，增加了變形的阻力。物理和化學(xué)性能變化：如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性下降；耐腐蝕性降低等。各向異性：由于變形織構(gòu)的形成，金屬在不同方向上的性能出現(xiàn)差異。2.分析碳鋼在平衡結(jié)晶過程中，含碳量為0.45%的亞共析鋼的結(jié)晶過程和室溫組織。答：含碳量為0.45%的亞共析鋼的結(jié)晶過程和室溫組織分析如下：結(jié)晶過程：當(dāng)合金從液態(tài)緩冷至液相線以上時(shí)，為單一的液相L。緩冷至液相線與固相線之間時(shí)，從液相中開始結(jié)晶出奧氏體（γ），即L→γ。繼續(xù)冷卻至兩線交點(diǎn)溫度時(shí)，剩余的L全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?。此時(shí)合金為單一的γ相。冷卻到GS線（A3線）時(shí)，開始從γ中析出鐵素體（α），即γ→α。隨著溫度下降，α的量不斷增多，γ的量不斷減少，且γ中的含碳量不斷增加。當(dāng)冷卻到PSK線（A1線）時(shí)，剩余的γ（含碳量為0.77%）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（P），即γ→P（α+Fe?C）。室溫組織：亞共析鋼的室溫組織為鐵素體（α）和珠光體（P）。鐵素體呈白色塊狀，珠光體呈層片狀，含碳量越高，珠光體的含量越多。3.簡(jiǎn)述鍛造工藝對(duì)金屬材料性能的影響。答：鍛造工藝對(duì)金屬材料性能的影響主要有以下幾點(diǎn)：改善組織：鍛造過程中的壓力使金屬的晶粒細(xì)化，破碎粗大的晶粒和柱狀晶，使其成為細(xì)小均勻的晶粒組織，提高金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性。能夠消除金屬材料中的內(nèi)部缺陷，如疏松、氣孔等，使金屬的致密度提高?？梢允菇饘俨牧现械碾s質(zhì)、夾雜物等沿著變形方向分布，形成纖維組織，提高材料在纖維方向上的力學(xué)性能。提高力學(xué)性能：通過鍛造，金屬材料的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等綜合力學(xué)性能得到提高。例如，鍛造后的鋼材比鑄造鋼材具有更高的強(qiáng)度和韌性?？梢允菇饘俨牧暇哂辛己玫钠谛阅芎涂箾_擊性能，適用于承受重載荷和交變載荷的零件。產(chǎn)生殘余應(yīng)力：鍛造過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，如果殘余應(yīng)力不及時(shí)消除，可能會(huì)導(dǎo)致零件在使用過程中發(fā)生變形甚至開裂。因此，鍛造后通常需要進(jìn)行熱處理來消除殘余應(yīng)力。4.比較砂型鑄造、熔模鑄造和壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。答：砂型鑄造：特點(diǎn)：適應(yīng)性廣，可以生產(chǎn)各種形狀、尺寸和重量的鑄件，不受合金種類的限制。鑄型制造簡(jiǎn)單，成本低，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。鑄件精度較低，表面粗糙度較大，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、礦山等行業(yè)，適用于單件、小批量和大批量生產(chǎn)各種中小型和大型鑄件，如機(jī)床床身、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、箱體等。熔模鑄造：特點(diǎn)：鑄件精度高，表面質(zhì)量好，可以鑄造形狀非常復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪等。不需要分型面，減少了鑄造缺陷的產(chǎn)生。生產(chǎn)工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本較高。應(yīng)用范圍：主要用于制造航空航天、兵器、汽車、船舶等行業(yè)中一些精度要求高、形狀復(fù)雜的小型零件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、精密齒輪等。壓力鑄造：特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，可以壓鑄出薄壁、形狀復(fù)雜的鑄件。鑄件組織致密，力學(xué)性能好。設(shè)備投資大，模具制造費(fèi)用高，不適合單件小批量生產(chǎn)。應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、電器、儀表等行業(yè)，主要用于生產(chǎn)鋁、鋅、鎂等有色金屬的中小型鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體、電器外殼等。5.簡(jiǎn)述焊接變形的基本形式和防止焊接變形的措施。答：焊接變形的基本形式：收縮變形：包括縱向收縮變形和橫向收縮變形，是由于焊縫金屬的冷卻收縮引起的。角變形：焊接后構(gòu)件的平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角位移，通常是由于焊縫截面形狀不對(duì)稱，熔敷金屬在厚度方向上分布不均引起的。彎曲變形：由焊縫布置不對(duì)稱，焊縫收縮使工件產(chǎn)生彎曲。波浪變形：薄板焊接時(shí)，由于焊縫的縱向和橫向收縮導(dǎo)致薄板失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪狀變形。扭曲變形：由于焊接順序不合理、裝配質(zhì)量差等原因，使工件產(chǎn)生扭曲。防止焊接變形的措施：設(shè)計(jì)措施：合理選擇焊縫尺寸和形狀，盡量減少焊縫的數(shù)量和長(zhǎng)度。合理安排焊縫位置，使焊縫對(duì)稱分布，以減小焊接變形。工藝措施：反變形法：在焊接前預(yù)先將工件向與焊接變形相反的方向進(jìn)行變形，以抵消焊接后的變形。剛性固定法：將工件固定在剛性平臺(tái)或夾具上，限制焊接變形。但對(duì)于塑性較差的材料可能會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。合理選擇焊接方法和焊接參數(shù)：采用能量集中的焊接方法，如氬弧焊等，可以減小焊接熱影響區(qū)，降低焊接變形。同時(shí)，選擇合適的焊接電流、電壓和焊接速度。合理安排焊接順序：先焊收縮量大的焊縫，對(duì)稱焊接、分段退焊等方法可以減小焊接變形。焊后矯正：對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的焊接變形，可以采用機(jī)械矯正、火焰矯正等方法進(jìn)行矯正。五、綜合分析題1.某機(jī)床廠生產(chǎn)的機(jī)床主軸，要求具有良好的綜合力學(xué)性能，軸頸部分要求硬度高、耐磨性好。請(qǐng)選擇合適的材料、制定加工工藝路線，并說明各熱處理工序的作用。答：材料選擇：根據(jù)機(jī)床主軸的性能要求，可選用40Cr鋼。40Cr是一種合金結(jié)構(gòu)鋼，具有較高的強(qiáng)度、韌性和淬透性，能滿足主軸良好的綜合力學(xué)性能要求，同時(shí)通過表面淬火可以使軸頸部分獲得高硬度和良好的耐磨性。加工工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→精加工→軸頸表面淬火+低溫回火→磨削加工。各熱處理工序的作用：正火：鍛造后進(jìn)行正火處理，目的是細(xì)化晶粒，消除鍛造應(yīng)力，改善切削加工性能，為后續(xù)的熱處理作組織準(zhǔn)備。正火可以使鋼材的硬度適中，便于進(jìn)行機(jī)械加工。調(diào)質(zhì)處理：在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，即淬火加高溫回火。淬火可以使鋼獲得馬氏體組織，提高鋼的強(qiáng)度和硬度；高溫回火可以消除淬火應(yīng)力，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，具有良好的綜合力學(xué)性能，滿足主軸整體的性能要求。軸頸表面淬火：在精加工后對(duì)軸頸部分進(jìn)行表面淬火，使軸頸表面獲得高硬度的馬氏體組織，提高軸頸的硬度和耐磨性，以滿足軸頸與軸承等部件配合的使用要求。低溫回火：表面淬火后進(jìn)行低溫回火，主要是為了消除表面淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，同時(shí)保持軸頸表面的高硬度和耐磨性。2.分析比較鑄鐵和鑄鋼在成分、組織和性能上的差異，并說明它們?cè)诠こ讨械闹饕獞?yīng)用。答：成分差異：鑄鐵：含碳量一般在2.11%6.69%之間，還含有硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素。其中，硅的含量較高，一般在1.0%3.0%之間，它能促進(jìn)石墨化。鑄鋼：含碳量一般在0.15%0.60%之間，雜質(zhì)元素含量相對(duì)較低。組織差異：鑄鐵：根據(jù)石墨的形態(tài)不同，其組織有多種類型。如灰鑄鐵中石墨呈片狀，