2025年金屬工藝學(xué)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列金屬晶體結(jié)構(gòu)中，滑移系數(shù)量最多、塑性變形能力最強(qiáng)的是（）。A.體心立方（BCC）B.面心立方（FCC）C.密排六方（HCP）D.簡(jiǎn)單立方（SC）2.亞共析鋼在平衡冷卻條件下，室溫組織為（）。A.鐵素體（F）+珠光體（P）B.珠光體（P）+二次滲碳體（Fe?CⅡ）C.鐵素體（F）+萊氏體（Ld）D.珠光體（P）+萊氏體（Ld）3.為消除鑄件、鍛件或焊接件的內(nèi)應(yīng)力，最適宜的熱處理工藝是（）。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.正火4.鑄造生產(chǎn)中，縮孔通常出現(xiàn)在鑄件的（）。A.厚大部位的中心B.薄壁部位的邊緣C.冷卻速度最快的區(qū)域D.結(jié)晶溫度范圍寬的合金中5.自由鍛與模鍛的主要區(qū)別在于（）。A.自由鍛使用鍛模，模鍛不使用B.自由鍛適用于大批量生產(chǎn)，模鍛適用于小批量C.自由鍛的鍛件精度低，模鍛精度高D.自由鍛僅能加工簡(jiǎn)單形狀，模鍛可加工復(fù)雜形狀6.氬弧焊與普通電弧焊相比，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是（）。A.焊接速度快B.適用于厚板焊接C.保護(hù)效果好，焊縫質(zhì)量高D.設(shè)備成本低7.金屬塑性變形的主要機(jī)制是（）。A.位錯(cuò)滑移與孿生B.原子擴(kuò)散與重組C.晶粒碎化與再結(jié)晶D.晶界遷移與合并8.下列強(qiáng)化方式中，屬于通過(guò)增加位錯(cuò)密度實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的是（）。A.固溶強(qiáng)化B.細(xì)晶強(qiáng)化C.加工硬化D.第二相強(qiáng)化9.滲碳工藝通常用于（）。A.高碳鋼表面硬化B.低碳鋼表面硬化C.中碳鋼整體強(qiáng)化D.鋁合金表面防腐10.合金元素鉻（Cr）在鋼中的主要作用是（）。A.提高鋼的淬透性和耐蝕性B.細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度C.降低鋼的熱脆性D.改善切削加工性能二、填空題（每空1分，共20分）1.純鐵的熔點(diǎn)為_(kāi)___℃，其在912℃以下的晶體結(jié)構(gòu)為_(kāi)___，912℃~1394℃之間為_(kāi)___。2.鐵素體（F）的含碳量不超過(guò)____%，其性能特點(diǎn)是____、____。3.馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征包括____、____和____。4.鑄造工藝中，分型面的選擇應(yīng)盡量使鑄件的____位于同一砂箱，以減少錯(cuò)箱缺陷。5.鍛造溫度范圍是指從____到____的溫度區(qū)間，其中終鍛溫度應(yīng)高于材料的____溫度。6.焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)、____、____和部分相變區(qū)，其中____的晶粒粗大，力學(xué)性能最差。7.冷變形與熱變形的區(qū)分依據(jù)是變形溫度是否高于材料的____溫度。8.球墨鑄鐵的石墨形態(tài)為_(kāi)___，其力學(xué)性能接近____。9.鋁合金的主要強(qiáng)化方式是____，其工藝包括____和____兩個(gè)階段。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.比較完全退火與正火的工藝參數(shù)、組織及應(yīng)用場(chǎng)景差異。2.分析鑄造過(guò)程中縮孔與縮松的形成條件，并說(shuō)明預(yù)防措施。3.簡(jiǎn)述馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征及其對(duì)鋼性能的影響。4.自由鍛與模鍛在工藝特點(diǎn)和適用場(chǎng)合上有何不同？5.焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的組織與性能如何變化？四、分析題（每題10分，共20分）1.某汽車(chē)齒輪在運(yùn)行中出現(xiàn)齒面嚴(yán)重磨損，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)齒面硬度僅為20HRC（設(shè)計(jì)要求55~60HRC）。試從材料選擇、熱處理工藝及加工過(guò)程三方面分析可能的原因。2.某鑄鐵件在冷卻后表面出現(xiàn)沿晶界分布的裂紋，裂紋表面氧化色明顯。判斷該裂紋類(lèi)型（熱裂或冷裂），并分析其形成原因及預(yù)防措施。五、綜合應(yīng)用題（20分）設(shè)計(jì)某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿（承受交變載荷，要求高疲勞強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能）的制造工藝路線（包括材料選擇、主要加工工序及熱處理工藝），并說(shuō)明各工序的作用。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.A3.C4.A5.C6.C7.A8.C9.B10.A二、填空題1.1538；體心立方（α-Fe）；面心立方（γ-Fe）2.0.0218；強(qiáng)度低；塑性好3.無(wú)擴(kuò)散性；切變共格性；轉(zhuǎn)變不完全性4.主要加工面或重要面5.始鍛溫度；終鍛溫度；再結(jié)晶6.過(guò)熱區(qū)；正火區(qū)；過(guò)熱區(qū)7.再結(jié)晶8.球狀；鋼9.固溶時(shí)效強(qiáng)化；固溶處理；時(shí)效處理三、簡(jiǎn)答題1.完全退火工藝：加熱至Ac3以上30~50℃，保溫后隨爐緩慢冷卻；組織為均勻的鐵素體+珠光體；用于亞共析鋼消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒，改善切削性能。正火工藝：加熱至Ac3（亞共析鋼）或Accm（過(guò)共析鋼）以上30~50℃，保溫后空冷；組織為細(xì)珠光體（索氏體）；用于提高低碳鋼硬度（改善切削性）、消除過(guò)共析鋼網(wǎng)狀滲碳體，或替代退火用于性能要求不高的零件。2.縮孔形成條件：合金結(jié)晶溫度范圍窄（逐層凝固），液態(tài)收縮和凝固收縮未被及時(shí)補(bǔ)縮；多出現(xiàn)于厚大部位中心，形狀規(guī)則、表面光滑?？s松形成條件：合金結(jié)晶溫度范圍寬（糊狀凝固），液態(tài)收縮在枝晶間無(wú)法補(bǔ)縮；呈分散小孔隙，分布于結(jié)晶區(qū)。預(yù)防措施：①設(shè)置冒口和冷鐵，實(shí)現(xiàn)順序凝固；②降低澆注溫度，減少液態(tài)收縮；③選用結(jié)晶溫度范圍窄的合金；④提高鑄型剛度，減少型壁移動(dòng)。3.馬氏體轉(zhuǎn)變特征：①無(wú)原子擴(kuò)散，僅晶格切變；②切變共格，形成表面浮凸；③轉(zhuǎn)變速度極快（微秒級(jí)）；④轉(zhuǎn)變不完全（殘留奧氏體）。對(duì)性能影響：馬氏體是硬而脆的組織，其硬度主要取決于含碳量（碳含量↑，硬度↑）；但高碳馬氏體脆性大，需回火改善韌性；低碳馬氏體則具有較高的強(qiáng)韌性。4.自由鍛工藝特點(diǎn)：無(wú)專用鍛模，靠鍛工操作控制形狀；鍛件精度低、加工余量大；設(shè)備通用性強(qiáng)。適用場(chǎng)合：小批量、大型或形狀簡(jiǎn)單的鍛件（如軸類(lèi)、圓盤(pán)類(lèi)）。模鍛工藝特點(diǎn)：使用專用鍛模，鍛件形狀由模腔決定；精度高、余量?。簧a(chǎn)效率高。適用場(chǎng)合：大批量、形狀復(fù)雜的中小型鍛件（如齒輪、連桿）。5.焊接熱影響區(qū)各區(qū)域：①熔合區(qū)：焊縫與母材交界，晶粒粗大且成分不均，力學(xué)性能最差；②過(guò)熱區(qū)：溫度遠(yuǎn)高于Ac3，晶粒嚴(yán)重粗化（魏氏組織），塑性、韌性低；③正火區(qū)：溫度在Ac3~1100℃，發(fā)生重結(jié)晶，晶粒細(xì)小，性能優(yōu)于母材；④部分相變區(qū)：溫度在Ac1~Ac3，部分鐵素體未溶解，晶粒大小不均，性能略低于正火區(qū)。四、分析題1.可能原因：①材料選擇錯(cuò)誤：若選用低碳鋼（如20鋼）未進(jìn)行滲碳淬火，表面碳含量不足，無(wú)法形成高硬度馬氏體；②熱處理工藝不當(dāng)：滲碳溫度過(guò)低或時(shí)間不足，表面碳濃度未達(dá)要求；淬火溫度過(guò)低（未奧氏體化完全）或冷卻速度不足（未形成馬氏體）；回火溫度過(guò)高（馬氏體分解，硬度下降）；③加工過(guò)程問(wèn)題：滲碳后表面脫碳未處理，或淬火前表面存在氧化皮，導(dǎo)致淬火時(shí)冷卻不均，未形成足夠馬氏體。2.裂紋類(lèi)型：熱裂。形成原因：鑄鐵件在凝固末期（固相線附近），晶界殘留液態(tài)薄膜，鑄件收縮受阻礙（如鑄型或型芯阻礙），拉應(yīng)力超過(guò)液態(tài)薄膜強(qiáng)度，沿晶界開(kāi)裂；裂紋表面因高溫氧化呈氧化色。預(yù)防措施：①調(diào)整合金成分，減少硫、磷等易形成低熔點(diǎn)共晶的元素；②改善鑄型和型芯退讓性（如使用潰散性好的型芯砂）；③控制澆注溫度和速度，避免局部過(guò)熱；④設(shè)置合理的冒口和冷鐵，減少收縮應(yīng)力；⑤采用順序凝固，使收縮應(yīng)力集中于冒口。五、綜合應(yīng)用題工藝路線設(shè)計(jì)：材料選擇：40Cr（中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，淬透性好，綜合力學(xué)性能優(yōu)異）。主要工序及作用：1.下料：按尺寸切割棒料（φ50mm×150mm），為鍛造提供坯料。2.加熱→自由鍛/模鍛：加熱至1200℃（始鍛溫度），通過(guò)模鍛成形連桿毛坯（模鍛提高精度，減少余量）；鍛造通過(guò)塑性變形破碎鑄態(tài)組織，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。3.正火：加熱至860℃（Ac3以上30~50℃），空冷；消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，改善切削性能。4.粗加工：車(chē)削兩端面、鉆連桿螺栓孔，預(yù)留精加工余量（約0.5mm）。5.調(diào)質(zhì)處理：加熱至850℃淬火（油冷）+550℃回火（保溫2h后空冷）；獲得回火索氏體組織，使連桿具備高的強(qiáng)度、塑性和韌性（綜合力學(xué)性能）。6.精加工：磨連桿大、小頭孔及端面，