2025年金屬工藝學題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種鑄造方法的鑄件尺寸精度最高？（）A.砂型鑄造B.金屬型鑄造C.熔模鑄造D.壓力鑄造答案：C2.自由鍛的主要特點是（）。A.生產效率高B.適用于批量生產C.形狀復雜D.設備簡單答案：D3.焊接過程中，熱輸入過大可能導致的問題是（）。A.焊縫成形不良B.熱影響區(qū)晶粒細化C.焊接應力減小D.熔深不足答案：A4.以下哪種材料的可鍛性最好？（）A.低碳鋼B.高碳鋼C.灰鑄鐵D.鋁合金答案：A5.鑄造時，合金的收縮經歷的三個階段依次是（）。A.液態(tài)收縮→凝固收縮→固態(tài)收縮B.凝固收縮→液態(tài)收縮→固態(tài)收縮C.固態(tài)收縮→液態(tài)收縮→凝固收縮D.液態(tài)收縮→固態(tài)收縮→凝固收縮答案：A6.下列鍛造工序中，屬于基本工序的是（）。A.校正B.壓肩C.鐓粗D.精整答案：C7.氬弧焊主要用于焊接（）。A.鑄鐵B.鋁合金C.普通碳鋼D.高碳鋼答案：B8.金屬的再結晶溫度通常為（）。A.0.2Tm（Tm為熔點）B.0.4TmC.0.6TmD.0.8Tm答案：B9.灰鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于鋼，主要因為其（）。A.流動性差B.收縮率大C.熔點高D.凝固時析出石墨答案：D10.以下哪種熱處理工藝能顯著提高鋼的表面硬度？（）A.退火B(yǎng).正火C.淬火+低溫回火D.完全退火答案：C二、填空題（每空1分，共20分）1.鑄造時，為避免縮孔和縮松，常采用______工藝，使鑄件實現(xiàn)______凝固。答案：冒口；順序2.鍛造溫度范圍是指______溫度到______溫度之間的區(qū)間，其中始鍛溫度應______固相線溫度。答案：始鍛；終鍛；低于3.焊接熱影響區(qū)可分為______區(qū)、______區(qū)、______區(qū)和______區(qū)，其中______區(qū)是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。答案：熔合；過熱；正火；部分相變；過熱4.金屬的可鍛性常用______和______來綜合衡量，其中低碳鋼的可鍛性比高碳鋼______。答案：塑性；變形抗力；好5.常用的特種鑄造方法包括______、______、______和______（任寫四種）。答案：熔模鑄造；金屬型鑄造；壓力鑄造；離心鑄造6.鋼的熱處理工藝由______、______和______三個階段組成，其本質是通過控制______來改變材料的組織和性能。答案：加熱；保溫；冷卻；冷卻速度三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述砂型鑄造的基本工藝過程。答：砂型鑄造的基本工藝過程包括：①制造模樣和芯盒（根據(jù)零件圖設計模樣，用于形成鑄件外部輪廓；芯盒用于制造型芯，形成內部空腔）；②制備型砂和芯砂（選擇合適的原砂、粘結劑及附加物，混合成具有一定強度、透氣性和退讓性的型砂）；③造型和造芯（用模樣在砂箱中造型，形成鑄型型腔；用芯盒制造型芯，放入型腔中形成內部結構）；④合型（將上型、下型和型芯組合成完整鑄型，確保型腔尺寸準確）；⑤熔煉金屬（根據(jù)鑄件材料選擇熔煉設備，控制合金成分和溫度）；⑥澆注（將液態(tài)金屬注入鑄型型腔）；⑦落砂清理（鑄件冷卻后取出，去除表面砂粒和澆冒口，得到毛坯）。2.比較自由鍛與模鍛的優(yōu)缺點及應用范圍。答：自由鍛的優(yōu)點是設備簡單、靈活性大，適用于單件小批量生產和大型鍛件；缺點是鍛件精度低、加工余量大、生產率低，且形狀較簡單。模鍛的優(yōu)點是鍛件精度高、表面質量好、加工余量小，可制造形狀復雜的零件，生產率高；缺點是需要專用模具，成本高，適用于批量生產中小型鍛件。3.分析焊接應力與變形產生的原因及減小焊接應力的措施。答：焊接應力與變形的產生原因：焊接時局部加熱導致焊縫及附近金屬膨脹，周圍冷金屬限制其膨脹，產生壓應力；冷卻時焊縫收縮，周圍金屬阻礙其收縮，產生拉應力，最終形成殘余應力。變形則是由于焊縫區(qū)收縮不均勻導致的結構翹曲。減小焊接應力的措施：①合理設計焊接結構（減少焊縫數(shù)量、避免焊縫集中）；②焊前預熱（降低冷卻速度，減小溫差）；③采用小熱輸入焊接（如氬弧焊）；④焊后熱處理（如退火，消除應力）；⑤錘擊焊縫（使焊縫金屬延伸，松弛應力）。4.簡述鋁合金的鑄造特點及常用鑄造方法。答：鋁合金的鑄造特點：①密度小，流動性較好，但易氧化形成Al?O?夾渣；②凝固收縮大（約6%~8%），易產生縮孔、縮松；③吸氣性強（易吸收氫氣，形成氣孔）。常用鑄造方法包括金屬型鑄造（提高冷卻速度，減少氣孔和縮松）、壓力鑄造（高壓下充型，適合薄壁復雜件）、低壓鑄造（充型平穩(wěn)，減少氧化，用于質量要求高的鑄件）。5.說明鋼的淬火+高溫回火（調質處理）的目的及組織轉變過程。答：調質處理的目的是獲得良好的綜合力學性能（高強度與高韌性匹配）。組織轉變過程：鋼加熱至Ac3或Ac1以上（亞共析鋼加熱至Ac3+30~50℃，過共析鋼加熱至Ac1+30~50℃），保溫后奧氏體化；然后快速冷卻（水或油冷），得到馬氏體組織；再進行高溫回火（500~650℃），馬氏體分解為回火索氏體（鐵素體基體上分布細小粒狀滲碳體），該組織具有良好的強韌性。四、綜合分析題（每題15分，共30分）1.某汽車發(fā)動機缸體需承受高溫（200~300℃）、高壓（5~15MPa）及循環(huán)載荷，要求材料具有良好的導熱性、耐磨性和抗熱疲勞性?，F(xiàn)有灰鑄鐵（HT250）和鋁合金（ZL101A）兩種材料可選，試分析選擇哪種材料更合理，并設計其鑄造工藝路線。答：選擇鋁合金（ZL101A）更合理，原因如下：①鋁合金密度小（約2.7g/cm3），可減輕發(fā)動機重量，提高燃油效率；②導熱性好（約160W/(m·K)），優(yōu)于灰鑄鐵（約50W/(m·K)），利于散熱；③抗熱疲勞性較好（線膨脹系數(shù)雖高于鑄鐵，但強度和韌性更優(yōu)，可承受循環(huán)熱應力）；④ZL101A為鋁硅合金，含Si約7%~7.5%，流動性好，鑄造性能優(yōu)良，且經T6熱處理（固溶+人工時效）后強度可達220~250MPa，滿足缸體強度要求。鑄造工藝路線：①熔煉（采用電阻爐或感應爐熔煉，控制合金成分：Si7.0%~7.5%，Mg0.25%~0.45%，F(xiàn)e≤0.2%，其余為Al；熔煉溫度720~750℃，加入精煉劑（如六氯乙烷）除氣除渣）；②造型（采用金屬型鑄造，模具預熱至200~300℃，型腔表面涂覆石墨基涂料，厚度0.1~0.3mm，改善充型和脫模）；③澆注（澆注溫度700~720℃，采用底注式澆口，避免氧化；澆注速度控制在5~10kg/s，防止卷氣）；④冷卻（鑄件在金屬型中冷卻至150~200℃后取出，避免應力開裂）；⑤熱處理（T6處理：固溶處理535±5℃保溫6~8h，水淬；時效處理175±5℃保溫6~8h，空冷，提高強度和硬度）；⑥清理（去除澆冒口，拋丸處理表面，檢驗尺寸和內部質量（X射線探傷））。2.某軸類零件（材料為45鋼，直徑φ80mm，長度1200mm，要求表面硬度50~55HRC，心部硬度25~30HRC），需通過鍛造+熱處理實現(xiàn)性能要求。試設計其鍛造工藝（包括鍛造方法選擇、溫度控制）及后續(xù)熱處理工藝（包括工藝參數(shù)和組織轉變）。答：鍛造工藝設計：①鍛造方法選擇自由鍛（因零件為軸類，形狀簡單，單件或小批量生產，自由鍛設備（如空氣錘或水壓機）可滿足要求）；②溫度控制：始鍛溫度1200~1250℃（45鋼的固相線約1495℃，始鍛溫度應低于固相線150~200℃），終鍛溫度800~850℃（高于45鋼的再結晶溫度（約600℃），避免冷變形）；③鍛造工序：采用拔長工序（將坯料沿軸向延伸，減小截面），初始坯料尺寸φ100mm×1400mm（考慮鍛造比≥3），通過多次鐓粗-拔長（改善內部組織），最終得到φ80mm×1200mm的軸坯。熱處理工藝設計：①預備熱處理（正火）：加熱至850~870℃（Ac3+30~50℃），保溫2~3h（保溫時間按1.5min/mm計算），空冷，得到細片狀珠光體+鐵素體組織，細化晶粒，改善切削性能；②最終熱處理（表面淬火+低溫回火）：表面淬火采用感應加熱（頻率8~10kHz，加熱至860