(2025年)工程材料學(xué)期末考試復(fù)習(xí)題及參考答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.下列材料中，主要通過金屬鍵結(jié)合的是（）。A.金剛石（C）B.氯化鈉（NaCl）C.純鋁（Al）D.二氧化硅（SiO?）2.面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)金屬的典型代表是（）。A.α-Fe（912℃以下）B.γ-Fe（912-1394℃）C.鎂（Mg）D.鉻（Cr）3.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要阻力來源于（）。A.晶格振動(dòng)B.溶質(zhì)原子的彈性應(yīng)力場C.晶界D.空位4.下列熱處理工藝中，以獲得馬氏體為主要目的的是（）。A.完全退火B(yǎng).正火C.淬火D.球化退火5.鐵碳合金中，室溫下含碳量為0.77%的組織是（）。A.鐵素體（F）+珠光體（P）B.珠光體（P）C.萊氏體（Ld）D.奧氏體（A）+滲碳體（Fe?C）6.鋁合金中，通過固溶時(shí)效強(qiáng)化的典型合金是（）。A.工業(yè)純鋁B.防銹鋁（5A02）C.硬鋁（2A12）D.鑄鋁（ZL102）7.下列陶瓷材料中，屬于結(jié)構(gòu)陶瓷的是（）。A.壓電陶瓷（PZT）B.氧化鋁陶瓷（Al?O?）C.超導(dǎo)陶瓷（YBaCuO）D.生物陶瓷（羥基磷灰石）8.高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是指（）。A.從高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度B.從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度C.材料開始分解的溫度D.結(jié)晶態(tài)完全熔化的溫度9.下列失效形式中，屬于疲勞斷裂特征的是（）。A.斷口呈纖維狀，無明顯裂紋擴(kuò)展區(qū)B.斷口有貝紋線或疲勞條帶C.斷口呈冰糖狀，沿晶界斷裂D.斷口因氧化呈現(xiàn)藍(lán)黑色10.復(fù)合材料中，增強(qiáng)相的主要作用是（）。A.傳遞載荷B.提高耐腐蝕性C.降低密度D.改善加工性能11.下列鋼鐵材料中，屬于工具鋼的是（）。A.Q235B.45鋼C.T10AD.20CrMnTi12.為提高灰鑄鐵的強(qiáng)度，最有效的措施是（）。A.增加碳含量B.細(xì)化石墨片C.減少硅含量D.降低冷卻速度13.下列熱處理工藝中，用于消除鑄件內(nèi)應(yīng)力的是（）。A.完全退火B(yǎng).去應(yīng)力退火C.球化退火D.再結(jié)晶退火14.鈦合金中，α+β型鈦合金的典型特點(diǎn)是（）。A.塑性好，可壓力加工B.高溫強(qiáng)度高，用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片C.綜合力學(xué)性能優(yōu)異，可熱處理強(qiáng)化D.密度小，耐蝕性優(yōu)于不銹鋼15.下列關(guān)于高分子材料老化的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.老化是分子鏈斷裂或交聯(lián)的結(jié)果B.紫外線照射會(huì)加速老化C.加入抗氧劑可延緩老化D.老化僅表現(xiàn)為材料變軟二、填空題（每空1分，共20分）1.材料的結(jié)合鍵主要包括離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵和__________。2.晶體缺陷按幾何形態(tài)分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和__________，其中線缺陷的典型代表是__________。3.鐵碳合金的基本相有鐵素體（F）、奧氏體（A）和__________，其中__________的硬度最高（約800HBW）。4.鋼的熱處理工藝由加熱、__________和冷卻三個(gè)階段組成，其中__________是獲得馬氏體的關(guān)鍵步驟。5.常用的表面熱處理工藝包括表面淬火和__________，后者通過改變表層__________來提高性能。6.鋁合金按加工方式分為變形鋁合金和__________，其中__________（填類型）可通過時(shí)效強(qiáng)化提高強(qiáng)度。7.陶瓷材料的性能特點(diǎn)是高硬度、高熔點(diǎn)，但__________和__________較差。8.高分子材料的力學(xué)狀態(tài)隨溫度變化分為玻璃態(tài)、__________和粘流態(tài)，其中__________是塑料的使用狀態(tài)。9.復(fù)合材料按增強(qiáng)相形態(tài)分為顆粒增強(qiáng)、__________和__________復(fù)合材料，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料屬于__________。10.金屬的塑性變形方式主要是__________和孿生，其中__________是金屬塑性變形的主要方式。三、簡答題（每題6分，共30分）1.比較面心立方（FCC）與體心立方（BCC）金屬的塑性差異，并解釋原因。2.簡述固溶強(qiáng)化的機(jī)制，并舉例說明其在工程材料中的應(yīng)用。3.分析“淬火+回火”工藝的目的：為何不直接使用淬火態(tài)材料？4.說明灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的石墨形態(tài)差異，并比較其力學(xué)性能（強(qiáng)度、韌性）。5.簡述高分子材料“老化”的本質(zhì)及防止措施。四、分析題（每題10分，共20分）1.某汽車變速箱齒輪需滿足以下要求：表面高硬度（58-62HRC）、心部良好韌性（沖擊吸收功≥40J）、整體強(qiáng)度高（抗拉強(qiáng)度≥1000MPa）。請(qǐng)選擇合適的材料（鋼種），設(shè)計(jì)熱處理工藝，并說明各步驟的作用。2.某橋梁用Q345鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）在使用5年后出現(xiàn)裂紋，斷口分析顯示為沿晶脆性斷裂，且裂紋附近有腐蝕產(chǎn)物。試分析可能的失效原因，并提出改進(jìn)措施。參考答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.C7.B8.B9.B10.A11.C12.B13.B14.C15.D二、填空題1.分子鍵（或范德華力）2.面缺陷；位錯(cuò)3.滲碳體（Fe?C）；滲碳體4.保溫；快速冷卻（或淬火）5.化學(xué)熱處理；化學(xué)成分（或碳、氮含量）6.鑄造鋁合金；變形鋁合金（或硬鋁、超硬鋁）7.塑性；韌性（或抗沖擊性）8.高彈態(tài)；玻璃態(tài)9.纖維增強(qiáng)；晶須增強(qiáng)；纖維增強(qiáng)10.滑移；滑移三、簡答題1.塑性差異及原因：FCC金屬的塑性優(yōu)于BCC金屬。FCC結(jié)構(gòu)的滑移系（面心立方有12個(gè)滑移系）多于BCC（體心立方通常有12個(gè)但滑移面密排程度低），且滑移面原子密排度高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力?。籅CC金屬的滑移需克服更大的晶格摩擦力（派-納力），且低溫下易出現(xiàn)脆性，因此塑性較差（如α-Fe在低溫下的冷脆現(xiàn)象）。2.固溶強(qiáng)化機(jī)制及應(yīng)用：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格形成固溶體時(shí)，會(huì)引起晶格畸變（如間隙原子使晶格膨脹，置換原子使晶格收縮），畸變區(qū)的應(yīng)力場與位錯(cuò)的應(yīng)力場相互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高材料強(qiáng)度。例如，鋼中的碳作為間隙原子溶入鐵素體，形成間隙固溶體（如Q235鋼中的鐵素體+珠光體組織），顯著提高強(qiáng)度；鋁合金中的銅（如2A12硬鋁）作為置換原子溶入鋁基體，形成固溶體并通過時(shí)效析出強(qiáng)化相，進(jìn)一步提高強(qiáng)度。3.“淬火+回火”工藝目的：淬火的目的是獲得高硬度的馬氏體組織（如鋼淬火后硬度可達(dá)60HRC以上），但馬氏體組織內(nèi)應(yīng)力大、脆性高（尤其是高碳馬氏體），直接使用易發(fā)生脆性斷裂?；鼗鹜ㄟ^加熱淬火態(tài)材料（150-650℃），使馬氏體分解（形成回火馬氏體、回火托氏體或回火索氏體），減少內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)調(diào)整硬度和韌性（如低溫回火保持高硬度用于刀具；中溫回火獲得高彈性用于彈簧；高溫回火獲得強(qiáng)韌性匹配用于軸類零件）。因此，“淬火+回火”是通過犧牲部分硬度來提高韌性，實(shí)現(xiàn)材料綜合性能優(yōu)化。4.石墨形態(tài)與力學(xué)性能比較：-灰鑄鐵：石墨呈片狀（粗大或細(xì)?。?，片狀石墨相當(dāng)于內(nèi)部裂紋，割裂基體，因此強(qiáng)度低（抗拉強(qiáng)度約150-300MPa）、韌性差（沖擊吸收功接近0J）；-可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀（經(jīng)白口鑄鐵退火獲得），對(duì)基體的割裂作用減弱，強(qiáng)度（約300-400MPa）和韌性（沖擊吸收功約3-10J）優(yōu)于灰鑄鐵；-球墨鑄鐵：石墨呈球狀（通過球化處理獲得），對(duì)基體的割裂作用最小，基體連續(xù)性好，強(qiáng)度（約400-800MPa）接近鋼，韌性（沖擊吸收功約15-30J）顯著提高（部分高韌性球鐵可達(dá)50J以上）。5.高分子老化本質(zhì)及防止措施：老化的本質(zhì)是高分子鏈在外界環(huán)境（如熱、光、氧、化學(xué)介質(zhì)）作用下發(fā)生分子鏈斷裂（降解）或交聯(lián)，導(dǎo)致材料性能（力學(xué)性能、外觀）劣化（如變脆、變色、龜裂）。防止措施包括：①添加穩(wěn)定劑（如抗氧劑、光穩(wěn)定劑）抑制降解反應(yīng)；②表面涂層（如涂漆）隔絕氧氣和紫外線；③控制加工條件（如降低成型溫度，減少熱降解）；④選擇耐老化的高分子材料（如聚四氟乙烯、交聯(lián)聚乙烯）。四、分析題1.材料選擇與熱處理工藝設(shè)計(jì)：-材料選擇：20CrMnTi（低合金滲碳鋼）。該鋼含碳量低（0.17-0.23%），心部韌性好；含Cr、Mn、Ti（Cr提高淬透性，Mn強(qiáng)化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大），適合表面滲碳后淬火+低溫回火。-熱處理工藝：①滲碳：900-950℃氣體滲碳，使表層碳含量增至0.8-1.0%（形成高碳奧氏體），心部保持低碳（0.2%左右）；②淬火：830-850℃油淬，表層高碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂捕锐R氏體（58-62HRC），心部低碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體或托氏體（保持韌性）；③低溫回火：150-200℃回火1-2h，消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織（表層為回火馬氏體，心部為回火托氏體或索氏體），確保表面高硬度、心部良好韌性（沖擊吸收功≥40J），整體強(qiáng)度滿足要求（抗拉強(qiáng)度≥1000MPa）。2.失效原因分析與改進(jìn)措施：-可能失效原因：①應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）：橋梁鋼長期受拉應(yīng)力（如車輛載荷），同時(shí)裂紋附近有腐蝕產(chǎn)物（如Cl?、O?等介質(zhì)），拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用導(dǎo)致沿晶脆性斷裂；②材料本身缺陷：如軋制或焊接過程中形成的沿晶夾雜物（如硫化物），降低晶界結(jié)合力；③環(huán)境因素：橋梁處于潮濕或鹽霧環(huán)境（如沿海地