(2025年)《機(jī)械工程材料》試題庫及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.下列材料中，屬于金屬材料的是（）A.陶瓷B.塑料C.鋁合金D.玻璃纖維答案：C。陶瓷屬于無機(jī)非金屬材料，塑料是高分子材料，玻璃纖維也是無機(jī)非金屬材料，鋁合金是金屬材料。2.金屬晶體中最常見的三種晶體結(jié)構(gòu)不包括（）A.體心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.簡單立方晶格答案：D。金屬晶體中最常見的三種晶體結(jié)構(gòu)是體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，簡單立方晶格在實(shí)際金屬中很少見。3.純金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度將（）A.越高B.越低C.接近于理論結(jié)晶溫度D.沒有變化答案：B。冷卻速度越快，過冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低。4.鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)為（）A.體心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.復(fù)雜立方晶格答案：A。鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，α-Fe具有體心立方晶格。5.珠光體是一種（）A.單相固溶體B.兩相混合物C.金屬化合物D.機(jī)械混合物答案：B。珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的兩相混合物。6.下列哪種熱處理工藝可以消除金屬材料的殘余應(yīng)力（）A.淬火B(yǎng).回火C.正火D.退火答案：D。退火是將金屬材料加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝，可消除殘余應(yīng)力。淬火是獲得馬氏體組織，回火是消除淬火應(yīng)力等，正火主要是改善切削性能等。7.45鋼正常淬火溫度范圍是（）A.Ac?+(30-50)℃B.Ac?+(30-50)℃C.Accm+(30-50)℃D.以上都不對答案：B。45鋼是亞共析鋼，亞共析鋼的正常淬火溫度范圍是Ac?+(30-50)℃。8.下列材料中，硬度最高的是（）A.鐵素體B.珠光體C.滲碳體D.奧氏體答案：C。滲碳體的硬度很高，鐵素體硬度較低，珠光體硬度介于鐵素體和滲碳體之間，奧氏體在高溫下存在，硬度也不高。9.金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱為（）A.強(qiáng)度B.硬度C.韌性D.塑性答案：C。強(qiáng)度是抵抗變形和斷裂的能力，硬度是材料抵抗局部變形的能力，塑性是材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力，韌性是抵抗沖擊載荷破壞的能力。10.可鍛鑄鐵的組織是（）A.鐵素體+珠光體B.鐵素體+滲碳體C.鐵素體+團(tuán)絮狀石墨D.珠光體+片狀石墨答案：C?？慑戣T鐵是白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到的，組織為鐵素體+團(tuán)絮狀石墨。11.下列鋁合金中，屬于變形鋁合金的是（）A.鑄造鋁合金B(yǎng).硬鋁合金C.超硬鋁合金D.防銹鋁合金答案：D。變形鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金等，鑄造鋁合金是用于鑄造的，與變形鋁合金不同。12.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.氫鍵D.分子間力答案：B。陶瓷材料主要以離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合。13.高分子材料的力學(xué)性能特點(diǎn)不包括（）A.強(qiáng)度低B.彈性模量低C.塑性好D.硬度高答案：D。高分子材料一般強(qiáng)度低、彈性模量低、塑性好，硬度通常不高。14.下列哪種材料常用于制造刀具（）A.45鋼B.T12鋼C.Q235鋼D.65Mn鋼答案：B。T12鋼是高碳鋼，具有較高的硬度和耐磨性，常用于制造刀具等。45鋼主要用于制造軸類等零件，Q235鋼是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，用于一般結(jié)構(gòu)件，65Mn鋼常用于制造彈簧。15.金屬材料的疲勞斷裂是（）A.脆性斷裂B.塑性斷裂C.韌性斷裂D.以上都不對答案：A。金屬材料的疲勞斷裂在斷裂前沒有明顯的塑性變形，屬于脆性斷裂。二、判斷題（每題1分，共10分）1.金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度。（）答案：√。由于存在過冷現(xiàn)象，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度。2.固溶強(qiáng)化是通過溶入溶質(zhì)元素，使晶格發(fā)生畸變，從而提高材料強(qiáng)度和硬度的方法。（）答案：√。固溶強(qiáng)化的本質(zhì)就是溶質(zhì)原子的溶入使晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度和硬度。3.淬火后的鋼回火溫度越高，其硬度就越高。（）答案：×。淬火后的鋼回火溫度越高，硬度越低，回火是一個(gè)消除淬火應(yīng)力、降低硬度、改善韌性的過程。4.鑄鐵中石墨的存在對其力學(xué)性能有不利影響，所以石墨數(shù)量越多、尺寸越大，鑄鐵的性能就越差。（）答案：√。石墨的強(qiáng)度和韌性極低，石墨數(shù)量越多、尺寸越大，鑄鐵的力學(xué)性能越差。5.鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。（）答案：√。鋁合金是一種常用的輕金屬材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。6.陶瓷材料的抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高。（）答案：√。陶瓷材料的抗壓能力較強(qiáng)，抗拉能力較弱，所以抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高。7.高分子材料的老化是指其性能隨時(shí)間的延長而逐漸變差的現(xiàn)象。（）答案：√。高分子材料在使用過程中，由于受到各種環(huán)境因素的影響，性能會(huì)逐漸變差，這就是老化現(xiàn)象。8.金屬材料的晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度和韌性就越低。（）答案：×。金屬材料的晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度和韌性越高，這是因?yàn)榧?xì)晶強(qiáng)化的作用。9.正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同，正火冷卻速度較快。（）答案：√。正火是在空氣中冷卻，退火是緩慢冷卻，正火冷卻速度較快。10.馬氏體是一種硬度很高、脆性很大的組織。（）答案：√。馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，硬度高、脆性大。三、簡答題（每題10分，共40分）1.簡述金屬結(jié)晶的基本過程。答：金屬結(jié)晶的基本過程包括晶核的形成和晶核的長大兩個(gè)基本過程。（1）晶核的形成：分為均勻形核和非均勻形核。均勻形核是在液態(tài)金屬中，依靠液態(tài)金屬內(nèi)部的原子自發(fā)地聚集形成晶核。在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬中存在著各種雜質(zhì)或容器壁，原子依附在這些現(xiàn)成的固體表面上形成晶核，這種形核方式稱為非均勻形核。非均勻形核比均勻形核更容易，所需的過冷度更小。（2）晶核的長大：晶核形成后，隨著時(shí)間的推移，原子不斷地從液相向晶核表面擴(kuò)散并沉積，使晶核不斷長大。晶核的長大方式主要有樹枝狀長大和平面長大。在一般的鑄造條件下，金屬的結(jié)晶以樹枝狀長大為主。當(dāng)液態(tài)金屬的過冷度較小、散熱均勻且沒有雜質(zhì)等阻礙時(shí)，晶核可能以平面方式長大。2.說明淬火、回火的目的及常用的回火方法。答：（1）淬火的目的：提高鋼的硬度和耐磨性，獲得馬氏體等組織，以滿足零件的使用性能要求。例如，刀具、模具等需要高硬度和耐磨性的零件通常要進(jìn)行淬火處理。（2）回火的目的：①消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂；②降低脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系，使工件獲得良好的綜合力學(xué)性能；③穩(wěn)定組織和尺寸，保證工件在使用過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變和尺寸變化。（3）常用的回火方法：①低溫回火（150-250℃）：回火后得到回火馬氏體組織，主要目的是降低淬火應(yīng)力，提高韌性，同時(shí)保持高硬度和耐磨性。常用于各種高碳鋼的刃具、量具、冷沖模具等。②中溫回火（350-500℃）：回火后得到回火托氏體組織，具有較高的彈性極限、屈服強(qiáng)度和一定的韌性。常用于各種彈簧和熱作模具等。③高溫回火（500-650℃）：回火后得到回火索氏體組織，具有良好的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好。通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸類、連桿等。3.比較灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵的組織和性能特點(diǎn)。答：（1）灰鑄鐵：組織：灰鑄鐵的組織是在鐵素體或珠光體的基體上分布著片狀石墨。性能特點(diǎn)：①力學(xué)性能較差，由于石墨的存在，相當(dāng)于在金屬基體中存在大量的裂紋和孔洞，降低了灰鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性。其抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度較低，且塑性和韌性幾乎為零。②良好的鑄造性能，灰鑄鐵的流動(dòng)性好，收縮率小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。③優(yōu)良的切削加工性能，石墨的存在使切屑容易折斷，減少了刀具的磨損。④較好的減振性和耐磨性，石墨能吸收振動(dòng)能量，且在摩擦過程中能起潤滑作用。（2）可鍛鑄鐵：組織：可鍛鑄鐵是白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到的，其組織為鐵素體或珠光體基體上分布著團(tuán)絮狀石墨。性能特點(diǎn)：①力學(xué)性能比灰鑄鐵有明顯提高，由于石墨呈團(tuán)絮狀，對基體的割裂作用比片狀石墨小，因此可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性都比灰鑄鐵好。但可鍛鑄鐵并不能進(jìn)行鍛造加工。②可鍛鑄鐵的鑄造性能不如灰鑄鐵，因?yàn)槠浒卓阼T鐵的成分在鑄造時(shí)流動(dòng)性較差，收縮率較大。（3）球墨鑄鐵：組織：球墨鑄鐵是在鐵水中加入球化劑和孕育劑，使石墨呈球狀析出，其組織是在鐵素體或珠光體基體上分布著球狀石墨。性能特點(diǎn)：①力學(xué)性能較好，球狀石墨對基體的割裂作用最小，球墨鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性都較高，甚至可以與碳鋼媲美。②具有良好的鑄造性能、切削加工性能、減振性和耐磨性，綜合性能優(yōu)良。廣泛應(yīng)用于制造受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如曲軸、齒輪等。4.簡述高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對性能的影響。答：（1）高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①分子鏈結(jié)構(gòu)：高分子是由大量的原子通過共價(jià)鍵連接而成的長鏈分子。分子鏈可以是線型、支鏈型或體型結(jié)構(gòu)。線型分子鏈的高分子材料具有較好的彈性和塑性，可溶解和熔融；支鏈型分子鏈的高分子材料其性能與線型分子鏈有一定差異，支鏈的存在會(huì)影響分子鏈之間的排列和相互作用；體型結(jié)構(gòu)的高分子材料具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐熱性，但脆性較大，一般不溶解、不熔融。②聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：高分子材料的聚集態(tài)有晶態(tài)、非晶態(tài)和取向態(tài)等。晶態(tài)高分子材料中分子鏈排列規(guī)整，具有較高的強(qiáng)度、硬度和熔點(diǎn)；非晶態(tài)高分子材料分子鏈排列無序，具有較好的彈性和韌性；取向態(tài)是指分子鏈或鏈段沿某一方向擇優(yōu)排列，取向方向上的強(qiáng)度和模量會(huì)顯著提高。（2）對性能的影響：①物理性能：高分子材料的密度較小，一般在0.9-2.2g/cm3之間，這使得高分子材料在航空航天、汽車等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。其熱性能方面，晶態(tài)高分子材料有明顯的熔點(diǎn)，非晶態(tài)高分子材料有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這些溫度對高分子材料的使用溫度范圍有重要影響。高分子材料的電絕緣性能良好，是優(yōu)良的絕緣材料。②力學(xué)性能：高分子材料的強(qiáng)度和硬度一般較低，但通過取向、增強(qiáng)等方法可以提高其力學(xué)性能。高分子材料具有較高的彈性，可發(fā)生很大的彈性變形，這是由于分子鏈的柔性和鏈段的運(yùn)動(dòng)所致。其塑性變形能力也較好，但在受力時(shí)也容易產(chǎn)生蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象。③化學(xué)性能：高分子材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，對酸、堿等化學(xué)介質(zhì)有一定的耐受性。但在某些環(huán)境中，高分子材料會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，如在光、熱、氧等作用下，分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂、交聯(lián)等反應(yīng)，導(dǎo)致性能下降。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.有一根45鋼制造的軸，要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的綜合力學(xué)性能，試制定其加工工藝路線，并說明各熱處理工序的作用。答：加工工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→精加工→表面淬火→低溫回火→磨削加工。各熱處理工序的作用：（1）正火：正火是將45鋼加熱到Ac?+(30-50)℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻。其作用是消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善切削加工性能，為后續(xù)的熱處理做組織準(zhǔn)備。（2）調(diào)質(zhì)處理：即淬火加高溫回火。淬火是將工件加熱到Ac?+(30-50)℃，保溫后快速冷卻獲得馬氏體組織；高溫回火是在500-650℃進(jìn)行回火，得到回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)處理的作用是使軸的心部獲得良好的綜合力學(xué)性能，即較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。（3）表面淬火：通過快速加熱使軸的表面達(dá)到淬火溫度，然后迅速冷卻，使表面獲得高硬度的馬氏體組織。表面淬火的作用是提高軸表面的硬度和耐磨性，滿足軸的工作要求。（4）低溫回火：在150-250℃進(jìn)行回火，消除表面淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，同時(shí)保持表面的高硬度和耐磨性。2.分析鋁合金在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的原因。答：鋁合金在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用主要有以下原因：（1）密度小：鋁合金的密度一般在2.5-2.9g/cm3之間，約為鋼的1/3。在航空航天領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)重量對于提高飛行器的性能至關(guān)重要。使用鋁合金可以顯著降低飛行器的自重，從而減少燃料消耗，提高有效載荷和飛行速度，增加航程等。例如，飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼等主要結(jié)構(gòu)部件采用鋁合金制造，可以大大減輕飛機(jī)的重量，提高飛機(jī)的飛行性能和經(jīng)濟(jì)性。（2）比強(qiáng)度高：比強(qiáng)度是材料的強(qiáng)度與密度之比。鋁合金雖然絕對強(qiáng)度不如某些高強(qiáng)度鋼，但由于其密度小，比強(qiáng)度較高。這意味著在承受相同載荷的情況下，鋁合金可以使用更輕的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，滿足航空航天結(jié)構(gòu)對高強(qiáng)度和輕量化的雙重要求。例如，在飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)部件、起落架等承受較大載荷的部位，鋁合金可以提供足夠的強(qiáng)度，同時(shí)減輕重量。（3）良好的耐蝕性：鋁合金在大氣中能形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜可以阻止氧氣和水分等進(jìn)一步侵蝕鋁合金表面，使其具有良好的耐大氣腐