2025年金屬考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列金屬晶體中，滑移系數(shù)量最多且塑性最優(yōu)的是（）。A.體心立方結(jié)構(gòu)（如α-Fe）B.面心立方結(jié)構(gòu)（如Cu）C.密排六方結(jié)構(gòu)（如Mg）D.簡單立方結(jié)構(gòu)（如Po）2.位錯運動的主要阻力來源于（）。A.原子熱振動B.晶界與第二相粒子C.電子云重疊D.晶格畸變能3.鐵碳合金中，共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是（）。A.珠光體（P）B.萊氏體（Ld）C.鐵素體（F）D.馬氏體（M）4.45鋼經(jīng)840℃淬火后，其組織主要為（）。A.回火索氏體B.板條馬氏體+少量針狀馬氏體C.殘余奧氏體D.貝氏體5.鋁合金中添加Mg、Si元素的主要目的是（）。A.提高耐蝕性B.促進固溶時效強化C.降低密度D.改善鑄造性能6.金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件不包括（）。A.拉應(yīng)力B.特定腐蝕介質(zhì)C.材料對介質(zhì)敏感D.交變載荷7.鑄造過程中，縮孔形成的主要原因是（）。A.液態(tài)金屬流動性不足B.冷卻速度過快C.金屬凝固時體積收縮未被及時補縮D.型砂透氣性差8.冷加工后的金屬在再結(jié)晶溫度以上加熱時，最顯著的變化是（）。A.加工硬化消除，強度下降B.晶粒長大，塑性降低C.殘余應(yīng)力增加D.形成纖維組織9.下列強化機制中，屬于“阻礙位錯運動”原理的是（）。A.細晶強化B.固溶強化C.沉淀強化D.以上均是10.高溫合金中添加W、Mo元素的主要作用是（）。A.提高抗氧化性B.固溶強化基體C.促進γ'相析出D.細化晶粒二、填空題（每空1分，共20分）1.純鐵在室溫下的晶體結(jié)構(gòu)為______（填“體心立方”或“面心立方”），加熱至912℃時發(fā)生______轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)變?yōu)開_____。2.鐵碳相圖中，共析點的碳質(zhì)量分數(shù)為______，對應(yīng)的溫度為______℃，共析反應(yīng)式為______。3.馬氏體的微觀結(jié)構(gòu)特征是______（填“體心立方”“面心立方”或“體心正方”），其硬度主要取決于______。4.時效強化的本質(zhì)是______（填“第二相粒子阻礙位錯運動”或“固溶原子釘扎位錯”），鋁合金固溶處理后需______（填“快速冷卻”或“緩慢冷卻”）以保留過飽和固溶體。5.冷加工金屬的組織特征包括______（如晶粒被拉長）和______（如位錯密度增加）；熱加工的關(guān)鍵溫度是______。6.焊接熱影響區(qū)中，晶粒最粗大的區(qū)域是______，力學性能最接近母材的區(qū)域是______。7.金屬疲勞破壞的三個階段為______、______和______。8.衡量金屬塑性的兩個主要指標是______和______。三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較面心立方（FCC）與體心立方（BCC）金屬的塑性差異，并從晶體結(jié)構(gòu)角度分析原因。2.說明“淬火+回火”與“正火”兩種工藝的主要區(qū)別（包括加熱溫度、冷卻方式、組織與性能特點）。3.分析鐵碳合金中碳含量（0~2.11%）對其室溫力學性能（強度、硬度、塑性）的影響規(guī)律，并解釋原因。4.為什么鋁合金（如6061）需要進行“固溶處理+時效”而純鋁不需要？結(jié)合強化機制說明。5.冷加工與熱加工對金屬組織和性能的影響有何不同？舉例說明實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。四、計算題（每題10分，共20分）1.已知某亞共析鋼的碳質(zhì)量分數(shù)為0.5%，鐵素體的碳質(zhì)量分數(shù)可視為0，共析點碳質(zhì)量分數(shù)為0.77%。試計算該鋼室溫下鐵素體與珠光體的相對含量（用杠桿定律）。2.某鋁合金經(jīng)冷加工后，原始截面積為100mm2，變形后截面積為60mm2。（1）計算其冷變形度；（2）若該合金的再結(jié)晶溫度為200℃，現(xiàn)需保留加工硬化效果，后續(xù)加工應(yīng)控制在多少溫度以下？說明理由。五、綜合分析題（共20分）某汽車齒輪選用20CrMnTi鋼制造，要求表面硬度≥58HRC，心部硬度30~40HRC，且整體具有良好的抗沖擊性能。結(jié)合材料成分、加工工藝及組織轉(zhuǎn)變，分析其生產(chǎn)過程及性能實現(xiàn)原理。答案一、單項選擇題1.B2.B3.B4.B5.B6.D7.C8.A9.D10.B二、填空題1.體心立方；同素異構(gòu)；面心立方2.0.77%；727；γ（0.77%C）→F（0.0218%C）+Fe?C（6.69%C）3.體心正方；碳含量4.第二相粒子阻礙位錯運動；快速冷卻5.纖維組織；加工硬化；再結(jié)晶溫度6.過熱區(qū)；正火區(qū)7.裂紋萌生；裂紋擴展；瞬時斷裂8.斷后伸長率（δ）；斷面收縮率（ψ）三、簡答題1.塑性差異：FCC金屬（如Cu、Al）塑性優(yōu)于BCC金屬（如α-Fe、W）。原因：FCC的滑移系由{111}晶面和<110>晶向組成，共有12個滑移系（4個密排面×3個密排方向）；BCC的滑移系為{110}、{112}或{123}晶面與<111>晶向組合，雖理論滑移系數(shù)量（48個）更多，但密排面原子密度低于FCC，滑移阻力更大，實際激活的滑移系較少。因此FCC金屬變形更均勻，塑性更優(yōu)。2.工藝區(qū)別：-加熱溫度：淬火一般為Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上30~50℃；正火為Ac3或Accm以上30~50℃。-冷卻方式：淬火采用快速冷卻（水或油）；正火采用空冷。-組織：淬火得到馬氏體（可能含殘余奧氏體）；正火得到珠光體+鐵素體（亞共析鋼）或珠光體（共析鋼）。-性能：淬火后硬度高、脆性大；回火后調(diào)整韌性（如回火索氏體綜合性能好）；正火后硬度低于淬火但高于退火，用于改善切削性能或作為預(yù)處理。3.影響規(guī)律：隨碳含量增加（0~2.11%），強度、硬度升高，塑性、韌性下降。原因：碳溶于鐵素體形成固溶強化（0~0.0218%）；碳含量>0.0218%后，珠光體（F+Fe?C）比例增加，F(xiàn)e?C（硬脆相）通過第二相強化提高強度；當碳含量接近0.77%（共析點）時，組織全部為珠光體，強度達峰值；碳含量>0.77%后，出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體，割裂基體，塑性急劇下降。4.原因：純鋁為單相固溶體，無第二相析出，僅能通過加工硬化強化，但效果有限且易回復(fù)軟化。鋁合金（如6061含Mg、Si）經(jīng)固溶處理（加熱至單相區(qū)后快冷）形成過飽和固溶體，時效時析出細小彌散的第二相（如Mg?Si），通過奧羅萬機制阻礙位錯運動，實現(xiàn)沉淀強化。該過程顯著提高強度（可達純鋁的3~5倍），故需固溶時效處理。5.影響差異：-冷加工：在再結(jié)晶溫度以下變形，組織出現(xiàn)纖維組織、位錯密度增加（加工硬化），強度、硬度升高，塑性下降；需后續(xù)再結(jié)晶退火消除內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)用：冷軋鋼板、冷拉鋼絲（利用加工硬化提高強度）。-熱加工：在再結(jié)晶溫度以上變形，變形與再結(jié)晶同時進行，組織為等軸晶粒，無加工硬化；可破碎鑄態(tài)粗大晶粒，改善致密性。應(yīng)用：鍛造齒輪毛坯（細化晶粒，提高力學性能）。四、計算題1.解：亞共析鋼室溫組織為鐵素體（F）+珠光體（P）。根據(jù)杠桿定律：珠光體含量（P%）=（0.5%-0%）/（0.77%-0%）×100%≈64.9%；鐵素體含量（F%）=1-64.9%≈35.1%。2.解：（1）冷變形度=（原始面積-變形面積）/原始面積×100%=（100-60）/100×100%=40%。（2）再結(jié)晶溫度是變形金屬開始發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度，通常為0.4Tm（Tm為熔點，絕對溫度）。若需保留加工硬化（即避免再結(jié)晶），后續(xù)加工應(yīng)控制在再結(jié)晶溫度以下（<200℃）。因為再結(jié)晶會使位錯重新排列、晶粒細化，消除加工硬化，導致強度下降。五、綜合分析題成分設(shè)計：20CrMnTi為低碳合金滲碳鋼，C含量0.17%~0.23%（保證心部韌性），Cr（提高淬透性、耐磨性）、Mn（強化基體、提高淬透性）、Ti（阻止奧氏體晶粒長大，細化組織）。生產(chǎn)過程及原理：1.鍛造：熱加工破碎鑄態(tài)組織，細化晶粒，改善致密性，獲得齒輪毛坯。2.滲碳：加熱至900~950℃（奧氏體區(qū)），通入滲碳劑（如煤油），表面C含量增至0.8%~1.0%，形成高碳奧氏體層（心部仍為低碳奧氏體）。3.淬火：820~860℃油冷，表面高碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>