機械工程材料綜合練習與模擬試題及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個正確答案，請將正確選項字母填入括號內）1.在室溫下，純鐵的點陣類型為（）A.面心立方B.體心立方C.密排六方D.簡單立方答案：B2.下列元素中，屬于鐵素體形成元素的是（）A.NiB.MnC.CrD.Cu答案：C3.共析鋼在727℃發(fā)生轉變后的室溫組織為（）A.鐵素體+珠光體B.珠光體C.貝氏體D.馬氏體答案：B4.灰鑄鐵的石墨形態(tài)為（）A.球狀B.片狀C.蠕蟲狀D.團絮狀答案：B5.下列熱處理工藝中，可獲得回火索氏體的是（）A.淬火+低溫回火B(yǎng).淬火+中溫回火C.淬火+高溫回火D.等溫淬火答案：C6.材料在應力循環(huán)作用下的斷裂屬于（）A.韌性斷裂B.脆性斷裂C.疲勞斷裂D.蠕變斷裂答案：C7.下列鋁合金中，屬于可熱處理強化型的是（）A.3003B.5052C.2024D.1145答案：C8.下列陶瓷材料中，以離子鍵為主的是（）A.SiCB.Si?N?C.Al?O?D.金剛石答案：C9.聚合物鏈段運動能力提高，玻璃化轉變溫度Tg將（）A.升高B.降低C.不變D.先升后降答案：B10.下列測試方法中，可直接測得材料斷裂韌性KIC的是（）A.夏比沖擊B.布氏硬度C.三點彎曲SEBD.疲勞裂紋擴展答案：C11.在FeFe?C相圖中，碳質量分數(shù)為0.77%的鋼稱為（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過共析鋼D.萊氏體鋼答案：B12.下列因素中，使金屬疲勞極限顯著提高的是（）A.表面粗糙度Ra由0.8μm提高到6.3μmB.表面滾壓強化C.存在0.5mm深的周向刀痕D.在腐蝕介質中加載答案：B13.下列焊接缺陷中，對脆斷最敏感的是（）A.氣孔B.咬邊C.未焊透D.夾渣答案：C14.下列強化機制中，同時提高強度與塑性的最佳方案是（）A.固溶強化B.細晶強化C.彌散強化D.加工硬化答案：B15.下列材料中，室溫導電率最高的是（）A.純銅B.黃銅C.青銅D.白銅答案：A16.下列熱處理缺陷中，與“氫”關系最密切的是（）A.過燒B.脫碳C.白點D.淬火裂紋答案：C17.下列指標中，屬于材料剛度指標的是（）A.σbB.σ0.2C.ED.ψ答案：C18.下列元素中，能顯著降低Ms點的是（）A.CoB.AlC.MoD.Ni答案：C19.下列陶瓷成型方法中，可獲得最高致密度的是（）A.干壓B.注漿C.熱等靜壓D.擠壓答案：C20.下列失效形式中，與“粘著磨損”關系最密切的是（）A.點蝕B.膠合C.磨粒磨損D.氧化磨損答案：B二、多項選擇題（每題2分，共10分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選少選均不得分）21.下列組織屬于鋼鐵室溫平衡組織的有（）A.鐵素體B.滲碳體C.奧氏體D.珠光體答案：ABD22.下列因素中，使金屬屈服強度提高的有（）A.晶粒細化B.溫度升高C.應變速率提高D.固溶合金元素答案：ACD23.下列屬于高分子材料老化現(xiàn)象的有（）A.變色B.粉化C.交聯(lián)D.解聚答案：ABCD24.下列屬于鋼中常存雜質元素的有（）A.SiB.SC.PD.Pb答案：BC25.下列屬于復合材料界面作用的有（）A.載荷傳遞B.裂紋偏轉C.殘余應力松弛D.阻止位錯運動答案：ABC三、填空題（每空1分，共20分）26.金屬的常用塑性指標有________和________。答案：斷后伸長率；斷面收縮率27.在立方晶系中，滑移系由________面和________方向共同構成。答案：滑移；滑移28.根據(jù)HallPetch公式，晶粒尺寸d越小，屈服強度________。答案：越高29.鋼中馬氏體相變屬于________型相變，其轉變動力學曲線呈________狀。答案：無擴散；C30.灰鑄鐵的牌號HT300中“300”表示最低________強度為300MPa。答案：抗拉31.鋁合金時效析出序列通常為：過飽和固溶體→________→________→θ相。答案：GP區(qū)；θ″32.陶瓷材料的典型鍵合方式為________鍵和________鍵。答案：離子；共價33.聚合物三大合成纖維指滌綸、________和________。答案：錦綸；腈綸34.復合材料中，纖維拔出過程可吸收________能，從而提高________韌性。答案：斷裂；界面35.金屬蠕變三階段為________、穩(wěn)態(tài)蠕變和________。答案：瞬態(tài)蠕變；加速蠕變36.鋼的回火脆性分為________回火脆性和________回火脆性。答案：低溫；高溫37.在疲勞斷口上可觀察到典型的________區(qū)和________區(qū)。答案：疲勞源；疲勞擴展四、簡答題（每題6分，共30分）38.簡述細晶強化提高材料綜合力學性能的機理。答案：晶粒細化使晶界總面積增加，位錯運動受阻，屈服強度按HallPetch關系提高；同時晶界可協(xié)調變形，推遲微孔聚集，提高塑性；晶界還可阻礙裂紋擴展，提高韌性；細晶材料溫度敏感性低，低溫韌性優(yōu)于粗晶材料。39.比較鋼中上貝氏體與下貝氏體的組織形貌與性能差異。答案：上貝氏體在較高溫度形成，由平行板條狀鐵素體和其間斷續(xù)滲碳體組成，顯微硬度約40~45HRC，韌性較差；下貝氏體在較低溫度形成，針狀鐵素體內析出彌散ε碳化物，位錯密度高，硬度達50~55HRC，且因碳化物在針內分布，韌性優(yōu)于上貝氏體。40.說明鋁合金自然時效與人工時效的區(qū)別及對性能的影響。答案：自然時效在室溫進行，形成細小GP區(qū)，強化增量較小但穩(wěn)定性高，耐蝕性好；人工時效在120~190℃進行，析出θ″、θ′等亞穩(wěn)相，強化效果顯著，但溫度過高或時間過長會出現(xiàn)θ相，導致過時效，強度下降，耐蝕性降低。41.簡述陶瓷材料脆性斷裂的特點及改善途徑。答案：特點：斷裂前無明顯塑性變形，斷口呈結晶狀，斷裂韌性低，對缺陷敏感。改善途徑：1.細化晶粒；2.相變增韌（ZrO?）；3.纖維/晶須增韌；4.層狀結構設計；5.表面壓應力引入（熱淬火、離子交換）。42.說明聚合物玻璃化轉變溫度Tg的測試方法及影響因素。答案：測試方法：差示掃描量熱法(DSC)、動態(tài)力學分析(DMA)、熱機械分析(TMA)。影響因素：鏈剛性↑、側基體積↑、交聯(lián)度↑、分子量↑、結晶度↑均使Tg升高；增塑劑、溶劑、共聚物中柔性鏈段使Tg降低。五、應用與計算題（共50分）43.（10分）一根直徑10mm的退火45鋼試樣，經(jīng)840℃水淬、600℃回火后，室溫拉伸測得下屈服力21.2kN，最大力30.5kN，斷后標距伸長1.15mm（原始標距50mm），頸縮處直徑7.8mm。計算：(1)下屈服強度Rel；(2)抗拉強度Rm；(3)斷后伸長率A；(4)斷面收縮率Z。答案：(1)Rel=21200N/(π/4×102mm2)=270MPa(2)Rm=30500N/78.5mm2=389MPa(3)A=1.15/50×100%=2.3%(4)S0=78.5mm2，Su=π/4×7.82=47.8mm2，Z=(78.5?47.8)/78.5×100%=39.1%44.（12分）某汽車連桿選用40Cr鋼，要求整體調質后表面耐磨。工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→表面感應淬火→低溫回火→磨削。指出各熱處理目的及最終組織與性能。答案：正火：消除鍛造應力，細化晶粒，得F+P，硬度≤229HBW，利于切削；調質：840℃油淬+580℃回火，得回火索氏體，硬度28~32HRC，保證高強韌性；感應淬火：表面快速加熱至880~900℃后水淬，表面得隱晶馬氏體（硬度55~58HRC），心部保持回火索氏體；低溫回火：180℃×2h，消除淬火應力，保持高硬度，降低脆性；最終組織：表面回火馬氏體+少量殘余奧氏體，心部回火索氏體；性能：表面耐磨、疲勞極限提高約30%，心部強韌匹配。45.（14分）某燃氣輪機葉片用Ni基高溫合金Inconel718，工作溫度650℃，承受離心拉應力250MPa。已知該溫度下穩(wěn)態(tài)蠕變速率ε?=Aσ?exp(?Q/RT)，其中A=2.1×10?12(MPa)??s?1，n=4.5，Q=410kJ/mol。求：(1)650℃下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率；(2)若設計允許最大應變1%，求蠕變壽命；(3)提出兩條提高蠕變壽命的材料措施。答案：(1)T=923K，ε?=2.1×10?12×250?·?×exp(?410000/(8.314×923))=2.1×10?12×2.44×1011×1.18×10?23=6.0×10?1?s?1(2)tc=0.01/6.0×10?1?=1.67×10?s≈193d(3)1.增大晶粒尺寸降低晶界擴散；2.引入γ′/γ″共格析出相阻礙位錯攀移；3.降低服役應力或采用單晶消除晶界。46.（14分）某復合材料由碳纖維(T700)與環(huán)氧基體構成，單向鋪層體積分數(shù)Vf=60%。已知纖維彈性模量Ef=230GPa，強度σf=4900MPa，基體Em=3.5GPa，σm=80MPa，界面剪切強度τ=80MPa，纖維直徑df=7μm。計算：(1)縱向彈性模量EL（混合律）；(2)縱向拉伸強度σLu；(3)臨界纖維長度lc；(4)若實際長度l=3mm，判斷纖維能否充分發(fā)揮強度。答案：(1)EL=0.6×230+0.4×3.5=139.4GPa(2)σLu=0.6×4900+0.4×80=2940+32=2972MPa(3)lc=σf·df/(2τ)=4900×7×10??/(2×80)=0.214mm(4)l=3mm>15lc≈3.2mm，纖維長度足夠，可視為連續(xù)纖維，強度可達2972MPa。六、綜合分析題（20分）47.某重型卡車轉向節(jié)采用QT8006球墨鑄鐵制造，運行8萬公里后發(fā)生早期斷裂。斷口宏觀呈亮灰色放射狀，源區(qū)位于表面鑄造缺陷（2mm氣孔），微觀可見疲勞輝紋；金相檢測石墨球化率75%，珠光體量約70%，邊緣存在異常萊氏體。分析：(1)斷裂性質與原因；(2)材料與工藝問題；