2025年鑄造工（高級(jí)）金屬材料力學(xué)性能測(cè)試試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本大題共25小題，每小題4分，共計(jì)100分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將其選出并填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.鑄造用鋼在退火處理時(shí)，其主要目的是什么？A.提高硬度B.降低脆性C.消除內(nèi)應(yīng)力D.增加塑性2.灰鑄鐵的斷口通常呈現(xiàn)什么特征？A.光滑的金屬光澤B.灰色的斷口C.鐵磁性D.玻璃狀3.在進(jìn)行金屬材料拉伸試驗(yàn)時(shí)，通常使用哪種試樣？A.圓形試樣B.矩形試樣C.圓環(huán)形試樣D.方形試樣4.鑄造鋁合金中，哪種元素主要起到改善鑄造性能的作用？A.鋁B.鎂C.硅D.鋅5.金屬材料在沖擊載荷作用下，其破壞形式通常為？A.延性斷裂B.脆性斷裂C.疲勞斷裂D.蠕變斷裂6.球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？A.硬度高B.延性好C.耐磨性好D.鑄造性能好7.在進(jìn)行金屬材料硬度測(cè)試時(shí)，布氏硬度計(jì)主要適用于哪種材料？A.薄膜材料B.硬質(zhì)合金C.較軟的金屬材料D.高溫合金8.鑄造用鋼在淬火處理時(shí)，其主要目的是什么？A.提高硬度B.降低脆性C.消除內(nèi)應(yīng)力D.增加塑性9.金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其破壞形式通常為？A.延性斷裂B.脆性斷裂C.疲勞斷裂D.蠕變斷裂10.鑄造鎂合金中，哪種元素主要起到提高強(qiáng)度的作用？A.鎂B.鋁C.鋅D.錳11.金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用哪種指標(biāo)來衡量其強(qiáng)度？A.屈服強(qiáng)度B.抗拉強(qiáng)度C.斷后伸長(zhǎng)率D.斷面收縮率12.灰鑄鐵的鑄造性能主要表現(xiàn)在哪些方面？A.流動(dòng)性好B.收縮率小C.耐磨性好D.延性好13.在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用哪種試樣？A.夏比V型缺口試樣B.夏比U型缺口試樣C.拉伸試樣D.硬度試樣14.鑄造鋁合金中，哪種元素主要起到提高耐腐蝕性的作用？A.鋁B.鎂C.硅D.鋅15.金屬材料在彎曲試驗(yàn)中，其破壞形式通常為？A.延性斷裂B.脆性斷裂C.疲勞斷裂D.蠕變斷裂16.球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要缺點(diǎn)是什么？A.硬度高B.延性好C.耐磨性好D.鑄造性能差17.在進(jìn)行金屬材料硬度測(cè)試時(shí)，洛氏硬度計(jì)主要適用于哪種材料？A.薄膜材料B.硬質(zhì)合金C.較硬的金屬材料D.高溫合金18.鑄造用鋼在回火處理時(shí)，其主要目的是什么？A.提高硬度B.降低脆性C.消除內(nèi)應(yīng)力D.增加塑性19.金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其強(qiáng)度通常如何變化？A.提高B.降低C.不變D.先提高后降低20.鑄造鎂合金中，哪種元素主要起到改善鑄造性能的作用？A.鎂B.鋁C.鋅D.錳21.金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用哪種指標(biāo)來衡量其塑性？A.屈服強(qiáng)度B.抗拉強(qiáng)度C.斷后伸長(zhǎng)率D.斷面收縮率22.灰鑄鐵的力學(xué)性能主要表現(xiàn)在哪些方面？A.硬度高B.延性好C.耐磨性好D.脆性大23.在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用哪種設(shè)備？A.拉伸試驗(yàn)機(jī)B.硬度計(jì)C.沖擊試驗(yàn)機(jī)D.彎曲試驗(yàn)機(jī)24.鑄造鋁合金中，哪種元素主要起到提高高溫強(qiáng)度的作用？A.鋁B.鎂C.硅D.鋅25.金屬材料在疲勞試驗(yàn)中，其破壞形式通常為？A.延性斷裂B.脆性斷裂C.疲勞斷裂D.蠕變斷裂二、判斷題（本大題共25小題，每小題4分，共計(jì)100分。請(qǐng)判斷下列各題的正誤，正確的填“√”，錯(cuò)誤的填“×”，并將答案填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.鑄造用鋼在退火處理時(shí)，其主要目的是提高硬度。（×）2.灰鑄鐵的斷口通常呈現(xiàn)灰色的特征。（√）3.在進(jìn)行金屬材料拉伸試驗(yàn)時(shí)，通常使用圓形試樣。（√）4.鑄造鋁合金中，鎂主要起到改善鑄造性能的作用。（×）5.金屬材料在沖擊載荷作用下，其破壞形式通常為脆性斷裂。（×）6.球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是延性好。（√）7.在進(jìn)行金屬材料硬度測(cè)試時(shí)，布氏硬度計(jì)主要適用于較軟的金屬材料。（√）8.鑄造用鋼在淬火處理時(shí)，其主要目的是降低脆性。（×）9.金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其破壞形式通常為蠕變斷裂。（√）10.鑄造鎂合金中，鋅主要起到提高強(qiáng)度的作用。（×）11.金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用屈服強(qiáng)度來衡量其強(qiáng)度。（×）12.灰鑄鐵的鑄造性能主要表現(xiàn)在流動(dòng)性好和收縮率小。（√）13.在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用夏比V型缺口試樣。（√）14.鑄造鋁合金中，硅主要起到提高耐腐蝕性的作用。（×）15.金屬材料在彎曲試驗(yàn)中，其破壞形式通常為脆性斷裂。（×）16.球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要缺點(diǎn)是鑄造性能差。（×）17.在進(jìn)行金屬材料硬度測(cè)試時(shí)，洛氏硬度計(jì)主要適用于硬質(zhì)合金。（×）18.鑄造用鋼在回火處理時(shí)，其主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力。（√）19.金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其強(qiáng)度通常降低。（√）20.鑄造鎂合金中，鋁主要起到改善鑄造性能的作用。（×）21.金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用斷后伸長(zhǎng)率來衡量其塑性。（√）22.灰鑄鐵的力學(xué)性能主要表現(xiàn)在硬度高和脆性大。（√）23.在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用沖擊試驗(yàn)機(jī)。（√）24.鑄造鋁合金中，鎂主要起到提高高溫強(qiáng)度的作用。（√）25.金屬材料在疲勞試驗(yàn)中，其破壞形式通常為疲勞斷裂。（√）三、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題10分，共計(jì)50分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上，要求表述清楚，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。）1.簡(jiǎn)述鑄造用鋼在退火處理過程中的組織變化及其對(duì)性能的影響。在咱們實(shí)際的鑄造生產(chǎn)中，為啥說退火處理挺重要的？能給我舉個(gè)小例子說明一下，比如某個(gè)牌號(hào)的鋼，退火后性能有啥具體變化？答：鑄造用鋼在退火處理時(shí)，主要是通過加熱到一定溫度并保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，目的是使鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻闹楣怏w或鐵素體，降低硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力。你看啊，比如我之前教過的那個(gè)45號(hào)鋼，退火前是球化退火，組織里到處都是珠光體和鐵素體，分布得還挺均勻，這時(shí)候硬度大概在197HB左右，韌性也還可以。退火之后呢，組織變得更細(xì)小、更均勻了，硬度降到了大約143HB，你看這塑性就明顯提高了，加工起來就容易多了。為啥重要？你想啊，鑄件出來后，內(nèi)部肯定有應(yīng)力，還有那個(gè)冷隔、縮松這些缺陷，退火能消除這些應(yīng)力，避免后續(xù)熱處理時(shí)開裂，還能改善切削加工性能，對(duì)咱們鑄造工來說，這可是個(gè)基礎(chǔ)工序，直接關(guān)系到后面加工的順利程度。2.比較說明灰鑄鐵和球墨鑄鐵在力學(xué)性能、鑄造性能和使用性能方面的主要差異。我在車間里常見這兩種鑄鐵，有時(shí)候都分不清，你能幫我把它們的特點(diǎn)給我講得明明白白點(diǎn)，特別是它們?yōu)樯兑粋€(gè)脆一個(gè)韌，這背后的原理是啥？答：好家伙，這倆可是咱們鑄造里最常見的材料，區(qū)別確實(shí)挺大的。你看啊，灰鑄鐵，它得名是因?yàn)閿嗫诔驶疑?，組織里主要是片狀的石墨，這石墨一存在，就成了一道道裂紋源，所以灰鑄鐵脆性大，延性差，抗拉強(qiáng)度低，你敲它一下，‘嗒’一聲就脆斷，這叫典型的脆性斷裂。但是呢，它的鑄造性能特別好，流動(dòng)性棒，收縮小，還容易切削，所以常用來做些機(jī)床床身、缸體這些不需要高強(qiáng)度、但要求耐磨、減振的零件。原理就是那片狀石墨，它把基體割裂開了，就像一棟樓里全是隔斷墻，哪里還經(jīng)得起折騰。球墨鑄鐵就不同了，它通過在鐵水中加入球化劑和孕育劑，讓石墨變成球狀。你看，球狀的石墨對(duì)基體的割裂作用就小多了，它還能起到儲(chǔ)存能量、緩和不均勻應(yīng)力的作用，這就使得球墨鑄鐵既有鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能，又獲得了接近鋼的強(qiáng)度和韌性，延性也好多了，斷裂方式更接近延性斷裂。我給你舉個(gè)例子，比如咱們發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，以前用鑄鋼的，現(xiàn)在很多都用球墨鑄鐵了，為啥？就因?yàn)樗扔需T鐵的加工方便，又有鋼的高強(qiáng)度和韌性，不容易斷裂，可靠性高。所以啊，為啥一個(gè)脆一個(gè)韌？關(guān)鍵就在于石墨的形狀，片狀的致命傷，球狀的救星。3.簡(jiǎn)述金屬材料硬度測(cè)試的常用方法（布氏、洛氏、維氏）及其各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際操作中，選擇哪種硬度計(jì)，你一般會(huì)考慮哪些因素？能結(jié)合咱們鑄造車間常見的材料說說？答：金屬材料硬度測(cè)試這事兒，咱們常用的有布氏、洛氏、維氏這三種，各有各的特點(diǎn)，得根據(jù)情況選。布氏硬度計(jì)，它是用一個(gè)規(guī)定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸載，通過測(cè)量壓痕的直徑來計(jì)算硬度。它的優(yōu)點(diǎn)是壓痕面積大，結(jié)果比較穩(wěn)定，重復(fù)性好，適合測(cè)定鑄鐵、有色金屬及其合金等較軟的材料。缺點(diǎn)是測(cè)試速度慢，而且壓痕大，對(duì)薄壁件或者小件就不太適用了，還有就是球頭容易磨損，得經(jīng)常校準(zhǔn)。在咱們鑄造車間，測(cè)量像灰鑄鐵、鋁鑄件這些，我經(jīng)常用布氏硬度計(jì)，它們硬度不太高，壓痕大點(diǎn)影響不大，而且結(jié)果可靠。洛氏硬度計(jì)呢，它是用一個(gè)錐形金剛石壓頭或者直徑一定的鋼球壓頭，壓入試樣表面，通過測(cè)量壓入深度來確定硬度。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，壓痕小，對(duì)試樣損傷小，可以直接讀數(shù)，操作方便，適合測(cè)定各種硬度范圍內(nèi)的材料，從很軟到很硬都能測(cè)。缺點(diǎn)是壓痕小，結(jié)果的重復(fù)性不如布氏好，而且不同標(biāo)尺的適用范圍和換算比較麻煩。我一般測(cè)咱們鑄造車間的一些鋼件，特別是熱處理后的零件，比如調(diào)質(zhì)處理的曲軸、連桿，用洛氏硬度計(jì)就挺方便，測(cè)得快，也能滿足精度要求。維氏硬度計(jì)，它是用一個(gè)正四棱錐形的金剛石壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸載，通過測(cè)量壓痕兩對(duì)角線的平均值來計(jì)算硬度。它的優(yōu)點(diǎn)是壓痕小，形狀固定，測(cè)量準(zhǔn)確，適用范圍廣，既可以測(cè)軟的，也可以測(cè)硬的材料，而且不同材料的硬度值可以直接比較。缺點(diǎn)是測(cè)試速度最慢，測(cè)量壓痕對(duì)角線需要顯微鏡，操作相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于一些要求精度特別高，或者硬度特別高，比如咱們做的一些耐磨零件，用維氏硬度計(jì)測(cè)就最合適，雖然慢點(diǎn)，但準(zhǔn)??！所以啊，在實(shí)際操作中，我選哪種硬度計(jì)，主要考慮的是被測(cè)材料的硬度范圍、硬度值的要求精度、試樣的尺寸和形狀，還有測(cè)試效率。總的來說，布氏適合軟材料，洛氏適合各種材料且效率高，維氏適合硬材料和精度要求高的情況。4.解釋什么是金屬材料的塑性、韌性、強(qiáng)度，并說明它們之間有何關(guān)系。在鑄造設(shè)計(jì)和選用材料時(shí)，為什么要綜合考慮這些力學(xué)性能指標(biāo)？能結(jié)合一個(gè)具體的鑄造零件來說明嗎？答：好，這塑性、韌性、強(qiáng)度，都是金屬材料挺重要的力學(xué)性能指標(biāo)，得搞明白。塑性，簡(jiǎn)單說就是材料在受力變形時(shí)，能承受多大塑性變形而不破壞的能力，你把它想象成橡皮筋，能拉多長(zhǎng)還不斷，這就是塑性。韌性，這概念就廣了，是指材料在斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力，可以理解為材料抵抗沖擊載荷的能力，就像你掰一個(gè)空啤酒瓶，它‘咔嚓’一下就斷了，韌性差；但你要是掰一個(gè)滿的，它能發(fā)出‘呲啦’的聲音，慢慢變形才斷，韌性就好。強(qiáng)度，這指的是材料抵抗變形和斷裂的能力，通常用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來表示，就是材料能承受多大載荷而不被壓扁或者拉斷。你看，強(qiáng)度是抵抗變形的能力，塑性是變形的能力，韌性是變形和吸收能量的綜合能力。它們之間啥關(guān)系呢？我覺得可以這樣理解：強(qiáng)度是基礎(chǔ)，你得有足夠的強(qiáng)度才能承受載荷不壞；塑性是潛力，有了塑性材料才能在受力時(shí)變形而不馬上斷裂；韌性是綜合表現(xiàn)，它既要求材料有強(qiáng)度，又要求材料有塑性，能在斷裂前吸收更多能量，所以韌性好的材料，通常強(qiáng)度和塑性也都不會(huì)太差。它們是相輔相成的，缺一不可。在鑄造設(shè)計(jì)和選用材料時(shí)，為啥要綜合考慮這些力學(xué)性能指標(biāo)？這太重要了！你想啊，一個(gè)零件在機(jī)器里干活，要承受各種各樣的力，有靜載荷，有動(dòng)載荷，還有沖擊載荷，它的工作環(huán)境是高溫還是低溫？工作條件是干還是濕？這些都會(huì)影響對(duì)材料性能的要求。如果只考慮一個(gè)指標(biāo)，肯定不行。比如，做個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，它既要承受氣缸內(nèi)高溫高壓燃?xì)獾膲毫Γㄐ枰欢ǖ膹?qiáng)度），又要承受上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖擊（需要韌性），還得在高溫下工作穩(wěn)定（需要一定的塑性），你不能找個(gè)脆性大的材料，一敲就碎，那不是要了命嘛。所以啊，必須綜合考慮。設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)零件的受力情況、工作環(huán)境、成本等因素，選擇合適的材料，并可能還需要通過熱處理來調(diào)整這些力學(xué)性能，以達(dá)到最佳的使用效果。就拿咱們鑄造車間常見的汽車變速箱殼體來說吧，它既要保證足夠的強(qiáng)度來承受齒輪傳動(dòng)的載荷，又要有一定的韌性來抵抗可能的沖擊，還要有良好的塑性和減振性能來減少噪音和振動(dòng)，同時(shí)還得考慮鑄造工藝的可行性，成本也不能太高。設(shè)計(jì)師就會(huì)根據(jù)這些要求，選擇合適的鑄鐵牌號(hào)，比如可能是球墨鑄鐵，然后通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，比如退火或者正火，來?yōu)化它的力學(xué)性能，確保變速箱殼體能可靠地工作好幾年不出問題。5.簡(jiǎn)述金屬材料在沖擊載荷作用下破壞的特點(diǎn)，并分析影響沖擊韌性的主要因素。在鑄造生產(chǎn)中，如何采取措施來提高鑄件的沖擊韌性？答：金屬材料在沖擊載荷作用下破壞，那特點(diǎn)和靜載荷作用下可不一樣。沖擊載荷嘛，就是載荷加得很快，能量在短時(shí)間內(nèi)傳遞給材料，這要求材料不僅要能承受力，還得能快速地吸收能量，均勻地變形。如果材料韌性差，沖擊韌性不高，受到突然的沖擊就容易脆性斷裂。這種斷裂通常斷口比較粗糙，晶粒顯得很清晰，有時(shí)還有放射狀條紋，跟靜載荷下的延性斷裂那種平滑的斷口不一樣。脆性斷裂往往是突然發(fā)生的，沒有明顯預(yù)兆，危險(xiǎn)性很大。所以啊，沖擊韌性這東西，在要求抗沖擊能力的零件上，比如汽車的車架、鐵路的轍叉，都特別重要。影響沖擊韌性的主要因素，我覺得有這幾個(gè)：第一，材料的化學(xué)成分，像碳、磷、硫這些元素，含量高了，韌性通常會(huì)下降；第二，材料的組織結(jié)構(gòu)，晶粒越細(xì)小，韌性越好，因?yàn)榧?xì)小的晶界能阻礙裂紋擴(kuò)展；第三，溫度，大部分金屬材料的沖擊韌性都會(huì)隨溫度降低而下降，有個(gè)‘韌脆轉(zhuǎn)變溫度’，低于這個(gè)溫度就容易脆斷；第四，缺陷，像夾雜物、縮孔、裂紋這些，都是裂紋的起點(diǎn)，會(huì)大大降低沖擊韌性。在鑄造生產(chǎn)中，怎么提高鑄件的沖擊韌性呢？我覺得可以從這幾個(gè)方面入手：一是選對(duì)材料，盡量選用沖擊韌性本身比較好的材料，比如前面說的球墨鑄鐵；二是優(yōu)化鑄造工藝，比如控制冷卻速度，避免快速冷卻造成應(yīng)力集中和形成白口組織，適當(dāng)進(jìn)行退火處理來細(xì)化晶粒，改善組織；三是改善鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)成帶尖角的缺口結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿笨谑菓?yīng)力集中點(diǎn)，會(huì)大大降低沖擊韌性，可以做成圓角過渡；四是嚴(yán)格控制質(zhì)量，減少鑄件內(nèi)部的缺陷，特別是那些可能成為裂紋源的低熔點(diǎn)共晶物和夾雜物。你看，提高沖擊韌性不是一件容易的事，得從材料、工藝、設(shè)計(jì)、質(zhì)量全方位考慮，不能光指望哪一方面。四、論述題（本大題共2小題，每小題25分，共計(jì)50分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上，要求觀點(diǎn)鮮明，論據(jù)充分，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，書寫工整。）1.結(jié)合你所在鑄造車間的實(shí)際生產(chǎn)情況，論述金屬材料力學(xué)性能測(cè)試在鑄件質(zhì)量控制中的重要作用。能舉例說明，如果某個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)不合格，可能會(huì)對(duì)鑄件造成什么樣的嚴(yán)重后果？咱們平時(shí)在測(cè)試過程中，要注意哪些事項(xiàng)，才能保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠？答：金屬材料力學(xué)性能測(cè)試，這在我們鑄造車間的鑄件質(zhì)量控制中，那可是個(gè)重頭戲，作用太大了！你想啊，鑄件從鐵水澆入模具，到最終成型，這過程中要經(jīng)歷高溫、冷卻、應(yīng)力變化等一系列復(fù)雜的過程，最后出來的鑄件，它的內(nèi)部組織和性能能不能滿足設(shè)計(jì)要求，光靠看、摸、敲是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須得通過力學(xué)性能測(cè)試來科學(xué)地判斷。首先，力學(xué)性能測(cè)試可以驗(yàn)證我們選用的材料是否合格。比如，我們要生產(chǎn)一批發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，設(shè)計(jì)要求它的材料是球墨鑄鐵，要求抗拉強(qiáng)度不低于某個(gè)數(shù)值，延伸率也要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。那我們拿到鋼廠送來的球墨鑄鐵棒材，或者我們自己熔煉出來的鐵水，在鑄出小試塊后，就得進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)，甚至硬度測(cè)試，把這些數(shù)據(jù)跟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，如果都不合格，那這批材料就不能用，就得跟供應(yīng)商溝通或者調(diào)整熔煉工藝，這就能從源頭上把住質(zhì)量關(guān)。其次，力學(xué)性能測(cè)試可以監(jiān)控鑄造工藝的穩(wěn)定性。比如，我們調(diào)整了鑄造工藝參數(shù)，比如澆注溫度、冷卻速度、保溫時(shí)間等，這些改變會(huì)不會(huì)影響鑄件的力學(xué)性能？這時(shí)候，就得通過測(cè)試來驗(yàn)證。如果測(cè)試結(jié)果表明調(diào)整后的鑄件力學(xué)性能得到了改善，或者至少滿足要求，那說明工藝調(diào)整是成功的；如果測(cè)試結(jié)果不理想，那就得分析原因，是材料問題還是工藝問題，然后進(jìn)行修正。我記得有一次，我們?yōu)榱颂岣咔S的強(qiáng)度，嘗試降低了冷卻速度，結(jié)果一批鑄件出來后，力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不夠，沖擊韌性也下降了，后來我們分析是冷卻太慢，組織粗大，脆性增加了，于是又調(diào)整回原來的冷卻速度，這才保證了產(chǎn)品質(zhì)量。再次，力學(xué)性能測(cè)試是判斷鑄件是否合格的重要依據(jù)。鑄件生產(chǎn)出來后，客戶最關(guān)心的就是它能不能用，能不能耐用。力學(xué)性能測(cè)試就能直接給出答案。比如，我們生產(chǎn)一批汽車變速箱殼體，設(shè)計(jì)要求它有一定的強(qiáng)度和韌性，以承受齒輪嚙合的載荷和可能的沖擊。如果我們隨機(jī)抽取一些鑄件進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度或者沖擊韌性不符合要求，那這批鑄件就不能出廠，要么返工重做，要么就降低等級(jí)使用，否則一旦用在實(shí)際車上，出現(xiàn)問題，那后果不堪設(shè)想。舉個(gè)例子，如果咱們生產(chǎn)的某個(gè)重要的承力部件，比如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，它的強(qiáng)度或者韌性指標(biāo)不合格，那可能會(huì)造成什么樣的嚴(yán)重后果？想象一下，汽車在高速行駛中，轉(zhuǎn)向節(jié)突然因?yàn)閺?qiáng)度不夠而斷裂，或者韌性不足在受到?jīng)_擊時(shí)脆性斷裂，這會(huì)導(dǎo)致車輛失控，引發(fā)嚴(yán)重的交通事故，甚至危及乘客的生命安全！所以，對(duì)這種關(guān)鍵部件，力學(xué)性能測(cè)試的要求就格外嚴(yán)格。在平時(shí)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試過程中，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，咱們得注意好多事項(xiàng)。首先，試樣的制備要規(guī)范，要在鑄件上切取有代表性的試樣，切割時(shí)要避免熱影響，切割后要仔細(xì)打磨，去除表面氧化皮和毛刺，保證試樣表面光潔。其次，試驗(yàn)設(shè)備要定期校準(zhǔn)，拉伸試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度計(jì)這些，都得保證精度，不能老化失準(zhǔn)。第三，試驗(yàn)環(huán)境要符合要求，溫度、濕度要穩(wěn)定，避免外界因素干擾。第四，操作要規(guī)范，加載速度要均勻，要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行操作，不能憑感覺隨意操作。第五，試驗(yàn)結(jié)果的記錄和分析要仔細(xì)，數(shù)據(jù)要真實(shí)，分析要客觀，不能主觀臆斷。你看，這每一個(gè)環(huán)節(jié)都馬虎不得，只有把這些都做好了，測(cè)試結(jié)果才能真實(shí)反映材料的性能，才能為鑄件質(zhì)量控制提供可靠的依據(jù)。本次試卷答案如下一、選擇題答案及解析1.C解析：退火處理的主要目的是降低硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)的切削加工或熱處理做準(zhǔn)備。A、B、D選項(xiàng)描述的不是退火的主要目的。2.B解析：灰鑄鐵的斷口通常呈現(xiàn)灰色，這是由于其組織中含有大量的片狀石墨，使得斷口呈現(xiàn)出類似石墨的灰色。A、C、D選項(xiàng)描述的不是灰鑄鐵斷口的主要特征。3.A解析：金屬材料拉伸試驗(yàn)通常使用圓形試樣，因?yàn)閳A形試樣在拉伸過程中變形均勻，便于測(cè)量和計(jì)算力學(xué)性能指標(biāo)。B、C、D選項(xiàng)描述的試樣形狀不是拉伸試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)形狀。4.C解析：在鑄造鋁合金中，硅主要起到改善鑄造性能的作用，如提高流動(dòng)性、降低收縮率等。A、B、D選項(xiàng)描述的元素不是硅的主要作用。5.B解析：金屬材料在沖擊載荷作用下，其破壞形式通常為脆性斷裂，因?yàn)闆_擊載荷作用時(shí)間短，材料沒有足夠的時(shí)間發(fā)生塑性變形。A、C、D選項(xiàng)描述的不是沖擊載荷作用下的主要破壞形式。6.B解析：球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是延性好，因?yàn)榍蚰T鐵中的石墨呈球狀，對(duì)基體的割裂作用小，從而提高了材料的韌性。A、C、D選項(xiàng)描述的不是球墨鑄鐵的主要優(yōu)點(diǎn)。7.C解析：布氏硬度計(jì)主要適用于較軟的金屬材料，因?yàn)椴际嫌捕葴y(cè)試壓痕較大，對(duì)于較硬的材料，壓痕難以測(cè)量準(zhǔn)確。A、B、D選項(xiàng)描述的不是布氏硬度計(jì)的主要適用范圍。8.A解析：鑄造用鋼在淬火處理時(shí)，其主要目的是提高硬度，因?yàn)榇慊鹉苁逛摰膴W氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，從而顯著提高硬度。B、C、D選項(xiàng)描述的不是淬火的主要目的。9.D解析：金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其破壞形式通常為蠕變斷裂，因?yàn)楦邷叵虏牧蠒?huì)發(fā)生緩慢的塑性變形，最終導(dǎo)致斷裂。A、B、C選項(xiàng)描述的不是高溫長(zhǎng)期載荷作用下的主要破壞形式。10.B解析：在鑄造鎂合金中，鋁主要起到提高強(qiáng)度的作用，因?yàn)殇X可以形成強(qiáng)化相，從而提高鎂合金的強(qiáng)度。A、C、D選項(xiàng)描述的元素不是鋁的主要作用。11.B解析：金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用抗拉強(qiáng)度來衡量其強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度是材料抵抗拉伸載荷破壞的最大能力。A、C、D選項(xiàng)描述的不是衡量強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。12.A、B解析：灰鑄鐵的鑄造性能主要表現(xiàn)在流動(dòng)性好和收縮率小，這使得灰鑄鐵易于澆注和成型，且尺寸變化小。C、D選項(xiàng)描述的不是灰鑄鐵鑄造性能的主要特點(diǎn)。13.A解析：在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用夏比V型缺口試樣，因?yàn)閂型缺口能集中應(yīng)力，使材料在缺口處容易發(fā)生脆性斷裂，更適用于測(cè)定材料的沖擊韌性。B、C、D選項(xiàng)描述的不是沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣類型。14.C解析：在鑄造鋁合金中，硅主要起到提高耐腐蝕性的作用，因?yàn)楣杩梢孕纬芍旅艿难趸?，提高材料的耐腐蝕性。A、B、D選項(xiàng)描述的元素不是硅的主要作用。15.B解析：金屬材料在彎曲試驗(yàn)中，其破壞形式通常為脆性斷裂，因?yàn)閺澢囼?yàn)是典型的靜載荷試驗(yàn)，材料沒有足夠的時(shí)間發(fā)生塑性變形。A、C、D選項(xiàng)描述的不是彎曲試驗(yàn)的主要破壞形式。16.D解析：球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要缺點(diǎn)是鑄造性能相對(duì)差一些，因?yàn)榍蚰T鐵需要精確控制熔煉和球化處理工藝，對(duì)鑄造工藝的要求更高。A、B、C選項(xiàng)描述的不是球墨鑄鐵的主要缺點(diǎn)。17.C解析：洛氏硬度計(jì)主要適用于較硬的金屬材料，因?yàn)槁迨嫌捕葴y(cè)試壓痕較小，對(duì)于較軟的材料，壓痕容易測(cè)量不準(zhǔn)。A、B、D選項(xiàng)描述的不是洛氏硬度計(jì)的主要適用范圍。18.B解析：鑄造用鋼在回火處理時(shí)，其主要目的是降低脆性，因?yàn)榇慊鸷蟮匿撚捕雀叩嘈源螅鼗鹂梢越档痛嘈?，提高韌性。A、C、D選項(xiàng)描述的不是回火的主要目的。19.B解析：金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其強(qiáng)度通常降低，因?yàn)楦邷叵虏牧蠒?huì)發(fā)生蠕變，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。A、C、D選項(xiàng)描述的不是高溫長(zhǎng)期載荷作用下的強(qiáng)度變化規(guī)律。20.A解析：在鑄造鎂合金中，鎂主要起到改善鑄造性能的作用，因?yàn)殒V的流動(dòng)性好，易于澆注成型。B、C、D選項(xiàng)描述的元素不是鎂的主要作用。21.C解析：金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用斷后伸長(zhǎng)率來衡量其塑性，斷后伸長(zhǎng)率是材料在斷裂后總伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的比值。A、B、D選項(xiàng)描述的不是衡量塑性的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。22.A、D解析：灰鑄鐵的力學(xué)性能主要表現(xiàn)在硬度高和脆性大，這使得灰鑄鐵具有良好的耐磨性和減振性，但同時(shí)也使其脆性較大。B、C選項(xiàng)描述的不是灰鑄鐵力學(xué)性能的主要特點(diǎn)。23.C解析：在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用沖擊試驗(yàn)機(jī)，因?yàn)闆_擊試驗(yàn)機(jī)是專門用于進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的設(shè)備。A、B、D選項(xiàng)描述的不是沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。24.B解析：在鑄造鋁合金中，鎂主要起到提高高溫強(qiáng)度的作用，因?yàn)殒V可以形成強(qiáng)化相，提高材料的高溫強(qiáng)度。A、C、D選項(xiàng)描述的元素不是鎂的主要作用。25.C解析：金屬材料在疲勞試驗(yàn)中，其破壞形式通常為疲勞斷裂，因?yàn)槠谠囼?yàn)是模擬材料在實(shí)際使用中承受的循環(huán)載荷，最終導(dǎo)致材料發(fā)生疲勞斷裂。A、B、D選項(xiàng)描述的不是疲勞試驗(yàn)的主要破壞形式。二、判斷題答案及解析1.×解析：鑄造用鋼在退火處理時(shí)，其主要目的是降低硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力，而不是提高硬度。2.√解析：灰鑄鐵的斷口通常呈現(xiàn)灰色的特征，這是由于其組織中含有大量的片狀石墨。3.√解析：在進(jìn)行金屬材料拉伸試驗(yàn)時(shí)，通常使用圓形試樣，因?yàn)閳A形試樣在拉伸過程中變形均勻，便于測(cè)量和計(jì)算力學(xué)性能指標(biāo)。4.×解析：在鑄造鋁合金中，鎂主要起到改善鑄造性能的作用，而不是鋁。5.×解析：金屬材料在沖擊載荷作用下，其破壞形式通常為脆性斷裂，而不是延性斷裂。6.√解析：球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是延性好，因?yàn)榍蚰T鐵中的石墨呈球狀，對(duì)基體的割裂作用小，從而提高了材料的韌性。7.√解析：在進(jìn)行金屬材料硬度測(cè)試時(shí)，布氏硬度計(jì)主要適用于較軟的金屬材料，因?yàn)椴际嫌捕葴y(cè)試壓痕較大，對(duì)于較硬的材料，壓痕難以測(cè)量準(zhǔn)確。8.×解析：鑄造用鋼在淬火處理時(shí)，其主要目的是提高硬度，而不是降低脆性。9.√解析：金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其破壞形式通常為蠕變斷裂，因?yàn)楦邷叵虏牧蠒?huì)發(fā)生緩慢的塑性變形，最終導(dǎo)致斷裂。10.×解析：在鑄造鎂合金中，鋅主要起到提高強(qiáng)度的作用，而不是鋁。11.×解析：金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用抗拉強(qiáng)度來衡量其強(qiáng)度，而不是屈服強(qiáng)度。12.√解析：灰鑄鐵的鑄造性能主要表現(xiàn)在流動(dòng)性好和收縮率小，這使得灰鑄鐵易于澆注和成型，且尺寸變化小。13.√解析：在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用夏比V型缺口試樣，因?yàn)閂型缺口能集中應(yīng)力，使材料在缺口處容易發(fā)生脆性斷裂，更適用于測(cè)定材料的沖擊韌性。14.×解析：在鑄造鋁合金中，硅主要起到提高耐腐蝕性的作用，而不是鋅。15.×解析：金屬材料在彎曲試驗(yàn)中，其破壞形式通常為脆性斷裂，而不是延性斷裂。16.×解析：球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其主要缺點(diǎn)是鑄造性能相對(duì)差一些，因?yàn)榍蚰T鐵需要精確控制熔煉和球化處理工藝，對(duì)鑄造工藝的要求更高。17.×解析：洛氏硬度計(jì)主要適用于較硬的金屬材料，因?yàn)槁迨嫌捕葴y(cè)試壓痕較小，對(duì)于較軟的材料，壓痕容易測(cè)量不準(zhǔn)。18.√解析：鑄造用鋼在回火處理時(shí)，其主要目的是降低脆性，因?yàn)榇慊鸷蟮匿撚捕雀叩嘈源螅鼗鹂梢越档痛嘈裕岣唔g性。19.√解析：金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下，其強(qiáng)度通常降低，因?yàn)楦邷叵虏牧蠒?huì)發(fā)生蠕變，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。20.×解析：在鑄造鎂合金中，鋁主要起到改善鑄造性能的作用，而不是鎂。21.√解析：金屬材料在拉伸試驗(yàn)中，通常使用斷后伸長(zhǎng)率來衡量其塑性，斷后伸長(zhǎng)率是材料在斷裂后總伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的比值。22.√解析：灰鑄鐵的力學(xué)性能主要表現(xiàn)在硬度高和脆性大，這使得灰鑄鐵具有良好的耐磨性和減振性，但同時(shí)也使其脆性較大。23.√解析：在進(jìn)行金屬材料沖擊試驗(yàn)時(shí)，通常使用沖擊試驗(yàn)機(jī)，因?yàn)闆_擊試驗(yàn)機(jī)是專門用于進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的設(shè)備。24.√解析：在鑄造鋁合金中，鎂主要起到提高高溫強(qiáng)度的作用，因?yàn)殒V可以形成強(qiáng)化相，提高材料的高溫強(qiáng)度。25.√解析：金屬材料在疲勞試驗(yàn)中，其破壞形式通常為疲勞斷裂，因?yàn)槠谠囼?yàn)是模擬材料在實(shí)際使用中承受的循環(huán)載荷，最終導(dǎo)致材料發(fā)生疲勞斷裂。三、簡(jiǎn)答題答案及解析1.答案：鑄造用鋼在退火處理時(shí)，主要是通過加熱到一定溫度（通常高于A1線，但低于Ac3線）并保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻（通常在爐內(nèi)冷卻），目的是使鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻闹楣怏w或鐵素體（根據(jù)鋼種和退火目的），降低硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力。例如，45號(hào)鋼球化退火后，組織為珠光體，硬度從退火前的約250HB降低到約180HB左右，塑性顯著提高，便于切削加工。退火處理很重要，因?yàn)殍T件在鑄造過程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，且組織可能不均勻，退火可以消除這些不利因素，為后續(xù)的機(jī)加工或熱處理做好準(zhǔn)備，避免加工硬化或熱處理開裂，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。比如，如果不用退火直接加工45號(hào)鋼，切削力會(huì)很大，刀具磨損快，而且容易斷刀，加工效率低，成本高，而且加工后的零件性能也不穩(wěn)定。解析：本題考查退火處理的目的、原理和應(yīng)用。答案要點(diǎn)包括退火溫度范圍、目的（降低硬度、提高塑性、消除內(nèi)應(yīng)力）、組織轉(zhuǎn)變、具體例子（45號(hào)鋼球化退火后硬度、塑性變化）、退火的重要性（消除鑄造缺陷、提高加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量）。解析思路是先解釋退火的基本概念和目的，再結(jié)合具體例子說明其效果，最后強(qiáng)調(diào)其在鑄造生產(chǎn)中的重要性。2.答案：灰鑄鐵和球墨鑄鐵的主要區(qū)別在于石墨的形態(tài)及其帶來的性能差異?；诣T鐵的石墨呈片狀，片狀石墨像一把把小刀，割裂了基體，導(dǎo)致材料脆性大，延性差，抗拉強(qiáng)度低，斷口呈灰色，沖擊韌性差。但灰鑄鐵鑄造性能好，流動(dòng)性好，收縮小，易切削，常用于制造機(jī)床床身、缸體等耐磨、減振、不承受強(qiáng)沖擊的零件。球墨鑄鐵通過在鐵水中加入球化劑（如鎂）和孕育劑（如硅），使石墨變成球狀。球狀石墨對(duì)基體的割裂作用大大減小，還能起到緩沖應(yīng)力、改善塑性的作用，因此球墨鑄鐵既有鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能，又獲得了接近鋼的強(qiáng)度和韌性，延性好，沖擊韌性高，斷口韌性斷。球墨鑄鐵常用于制造曲軸、連桿等要求高強(qiáng)度、高韌性的零件。原理就是石墨形狀不同，片狀是‘殺手’，球狀是‘救星’。比如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，以前用鑄鋼的，現(xiàn)在很多用球墨鑄鐵，為啥？球墨鑄鐵加工方便，又有鋼的高強(qiáng)度和韌性，不容易斷裂，可靠性高。解析：本題考查灰鑄鐵和球墨鑄鐵的性能差異及其原因。答案要點(diǎn)包括石墨形態(tài)（片狀vs球狀）、對(duì)基體的影響、力學(xué)性能差異（強(qiáng)度、塑性、韌性）、鑄造性能差異、應(yīng)用舉例（灰鑄鐵vs球墨鑄鐵）。解析思路是先對(duì)比兩種鑄鐵的石墨形態(tài)，再解釋形態(tài)對(duì)性能的影響，然后總結(jié)性能差異，最后通過實(shí)例說明其應(yīng)用區(qū)別。3.答案：金屬材料硬度測(cè)試常用布氏、洛氏、維氏三種方法。布氏硬度計(jì)用規(guī)定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球壓入試樣，壓痕大，結(jié)果穩(wěn)定，適用于較軟材料（如灰鑄鐵、有色金屬），但測(cè)試慢，易損傷試樣。洛氏硬度計(jì)用金剛石壓頭或鋼球壓入，壓痕小，測(cè)試快，可直接讀數(shù)，適用于各種硬度材料，但精度略低，不同標(biāo)尺換算復(fù)雜。維氏硬度計(jì)用正四棱錐金剛石壓頭壓入，壓痕小，形狀固定，測(cè)量準(zhǔn)確，適用范圍廣，適用于硬材料和精度要求高的情況，但測(cè)試慢，需顯微鏡測(cè)量。選擇硬度計(jì)主要考慮材料硬度、精度要求、試樣尺寸、測(cè)試效率。車間常見材料選擇：灰鑄鐵用布氏，硬度不高，壓痕大影響不大；鋼件（如調(diào)質(zhì)處理件）用洛氏，測(cè)得快；高硬度耐磨件用維氏，精度高。注意：布氏不測(cè)硬，洛氏測(cè)快準(zhǔn)，維氏精度高，但要慢。解析：本題考查硬度測(cè)試方法及其選擇。答案要點(diǎn)包括三種硬度計(jì)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍，選擇硬度計(jì)的考慮因素，以及車間常見材料的硬度計(jì)選擇。解析思路是先介紹三種硬度計(jì)的基本原理和特點(diǎn)，再說明選擇依據(jù)，最后結(jié)合實(shí)際例子給出建議。4.答案：金屬塑性是指材料在受力變形時(shí)能承受較大塑性變形而不破壞的能力，像橡皮筋拉伸。韌性是指材料在斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力，抵抗沖擊載荷，像掰啤酒瓶（滿的比空的韌）。強(qiáng)度是指材料抵抗變形和斷裂的能力，用屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度表示。它們關(guān)系是：強(qiáng)度是基礎(chǔ)，塑性是潛力，韌性是綜合表現(xiàn)。強(qiáng)度不