2025年金屬材料考試題庫附答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.純鐵在912℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)由（）轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǎ?。A.體心立方（BCC）→面心立方（FCC）B.面心立方（FCC）→體心立方（BCC）C.體心立方（BCC）→密排六方（HCP）D.密排六方（HCP）→體心立方（BCC）答案：A解析：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度為912℃（α-Fe→γ-Fe）和1394℃（γ-Fe→δ-Fe），其中α-Fe和δ-Fe為體心立方（BCC），γ-Fe為面心立方（FCC），因此912℃時(shí)由BCC轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC。2.下列金屬中，塑性最好的是（）。A.鎂（HCP）B.鐵（BCC）C.銅（FCC）D.鋅（HCP）答案：C解析：金屬的塑性主要取決于滑移系數(shù)量。面心立方（FCC）金屬的滑移系為{111}<110>，共12個(gè)；體心立方（BCC）金屬的滑移系為{110}<111>等，共12個(gè)但密排程度較低；密排六方（HCP）金屬的滑移系僅為{0001}<11-20>，約3個(gè)。因此FCC金屬（如銅）塑性最好。3.鐵碳合金中，滲碳體（Fe?C）的含碳量為（）。A.0.0218%B.0.77%C.2.11%D.6.69%答案：D解析：滲碳體的化學(xué)式為Fe?C，其含碳量計(jì)算為（12×1）/(55.85×3+12×1)≈6.69%。4.下列熱處理工藝中，能顯著提高鋼的硬度和耐磨性的是（）。A.完全退火B(yǎng).正火C.淬火+低溫回火D.球化退火答案：C解析：淬火可使鋼獲得高硬度的馬氏體組織，低溫回火（150-250℃）可消除淬火應(yīng)力，保留高硬度（HRC58-64），主要用于工具、模具等要求高硬度和耐磨性的場合。5.位錯(cuò)是一種（）。A.點(diǎn)缺陷B.線缺陷C.面缺陷D.體缺陷答案：B解析：位錯(cuò)是晶體中原子排列的線缺陷，其特征是原子偏離平衡位置的區(qū)域呈線性分布，包括刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。6.下列強(qiáng)化機(jī)制中，屬于“阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)”的是（）。A.細(xì)晶強(qiáng)化B.加工硬化C.固溶強(qiáng)化D.以上都是答案：D解析：細(xì)晶強(qiáng)化通過晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；加工硬化因位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)間交互作用增強(qiáng)；固溶強(qiáng)化因溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性交互，阻礙位錯(cuò)滑移，三者均通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)提高強(qiáng)度。7.45鋼（含碳0.45%）正火后的組織為（）。A.鐵素體+珠光體B.珠光體+二次滲碳體C.馬氏體+殘余奧氏體D.回火索氏體答案：A解析：45鋼為亞共析鋼，正火是將鋼加熱至Ac3以上30-50℃（約850℃）后空冷，冷卻速度比退火快，室溫組織為鐵素體+珠光體（含碳量0.45%<0.77%，故鐵素體多于珠光體）。8.鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）主要利用的是（）。A.固溶體中溶質(zhì)原子的固溶強(qiáng)化B.第二相粒子對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用C.晶粒細(xì)化D.位錯(cuò)密度增加答案：B解析：鋁合金時(shí)效時(shí)，過飽和固溶體分解出細(xì)小彌散的第二相粒子（如θ'相），這些粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高強(qiáng)度。9.下列材料中，適合制造彈簧的是（）。A.Q235（低碳鋼）B.T12（高碳鋼）C.60Si2Mn（彈簧鋼）D.20CrMnTi（滲碳鋼）答案：C解析：彈簧需高彈性極限和疲勞強(qiáng)度，60Si2Mn為中碳合金鋼（含碳0.6%，Si、Mn合金化），經(jīng)淬火+中溫回火（350-500℃）后獲得回火屈氏體，具有高彈性和耐疲勞性。10.鐵碳相圖中，共晶反應(yīng)的溫度是（）。A.727℃B.1148℃C.912℃D.1394℃答案：B解析：鐵碳相圖中，共晶反應(yīng)發(fā)生在含碳4.3%、溫度1148℃，反應(yīng)式為L→奧氏體（A）+滲碳體（Fe?C），生成萊氏體（Le）。11.下列關(guān)于馬氏體的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體B.馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散相變C.馬氏體的硬度隨含碳量增加而升高D.馬氏體轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致體積收縮答案：D解析：馬氏體的比容（單位質(zhì)量體積）大于奧氏體，因此馬氏體轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致體積膨脹，易產(chǎn)生淬火應(yīng)力和變形。12.下列金屬中，屬于密排六方結(jié)構(gòu)的是（）。A.鋁（Al）B.鉻（Cr）C.鎂（Mg）D.銀（Ag）答案：C解析：鋁、銀為面心立方（FCC）；鉻為體心立方（BCC）；鎂為密排六方（HCP）。13.為消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)采用（）。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.再結(jié)晶退火答案：C解析：去應(yīng)力退火（低溫退火，500-650℃）主要用于消除鑄件、焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。14.下列性能指標(biāo)中，屬于材料工藝性能的是（）。A.抗拉強(qiáng)度B.沖擊韌性C.焊接性D.硬度答案：C解析：工藝性能指材料適應(yīng)加工工藝的能力，包括鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性等；抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度為力學(xué)性能。15.黃銅是（）。A.銅鋅合金B(yǎng).銅錫合金C.銅鋁合金D.銅鎳合金答案：A解析：黃銅的主要合金元素是鋅（Zn），青銅通常指銅錫（Sn）合金，白銅為銅鎳（Ni）合金。二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬的晶體缺陷主要包括點(diǎn)缺陷、（）和（），其中（）是決定金屬塑性變形的關(guān)鍵缺陷。答案：線缺陷（位錯(cuò)）；面缺陷（晶界、亞晶界等）；位錯(cuò)2.鐵碳合金中，奧氏體（A）是碳在（）中的固溶體，其最大溶碳量為（）%（溫度（）℃）。答案：γ-Fe（面心立方鐵）；2.11；11483.鋼的熱處理工藝一般由（）、（）和（）三個(gè)階段組成。答案：加熱；保溫；冷卻4.鋁合金按加工方式分為（）鋁合金和（）鋁合金，其中（）鋁合金可通過時(shí)效強(qiáng)化提高強(qiáng)度。答案：變形；鑄造；變形5.常見的金屬強(qiáng)化機(jī)制有（）、（）、（）和（）。答案：固溶強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化；位錯(cuò)強(qiáng)化（加工硬化）；第二相強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）6.40Cr鋼（含碳0.4%，Cr≈1%）屬于（）鋼，其最終熱處理通常為（），以獲得（）組織，提高綜合力學(xué)性能。答案：合金結(jié)構(gòu)（調(diào)質(zhì)）；淬火+高溫回火；回火索氏體7.鑄鐵的石墨形態(tài)主要有（）、（）、（）和（），其中（）鑄鐵的力學(xué)性能最接近鋼。答案：片狀；球狀；蠕蟲狀；團(tuán)絮狀；球墨三、判斷題（每題1分，共10分）1.所有金屬在固態(tài)下都是晶體。（）答案：√解析：金屬鍵的本質(zhì)是自由電子與正離子的相互作用，導(dǎo)致原子排列長程有序，因此固態(tài)金屬均為晶體（非晶態(tài)合金為特例，但不屬于傳統(tǒng)金屬）。2.面心立方金屬的滑移系數(shù)量比體心立方多。（）答案：×解析：面心立方（FCC）和體心立方（BCC）金屬的滑移系數(shù)量均為12個(gè)，但FCC的滑移面（{111}）和滑移方向（<110>）均為原子密排方向，因此滑移更易進(jìn)行，塑性更好。3.鋼的含碳量越高，硬度越高，塑性越差。（）答案：√解析：鋼中碳主要以滲碳體（Fe?C）形式存在，含碳量增加，滲碳體數(shù)量增多，硬度（由滲碳體決定）升高，而塑性（由鐵素體決定）下降。4.完全退火適用于亞共析鋼，而球化退火適用于過共析鋼。（）答案：√解析：完全退火通過加熱至Ac3以上，使亞共析鋼完全奧氏體化，緩慢冷卻得到均勻的鐵素體+珠光體；球化退火將過共析鋼加熱至Ac1以上，使片狀滲碳體球化，改善切削性能。5.馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，與合金元素?zé)o關(guān)。（）答案：×解析：馬氏體的硬度主要由含碳量決定（碳過飽和引起晶格畸變），但合金元素（如Cr、Mo）可抑制奧氏體分解，增加淬透性，間接影響馬氏體的形成，但不直接決定硬度。6.加工硬化是由于位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)間交互作用增強(qiáng)導(dǎo)致的。（）答案：√解析：冷變形時(shí)，位錯(cuò)增殖且相互交截、纏結(jié)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使材料強(qiáng)度、硬度升高，塑性下降。7.鑄鐵中的石墨會(huì)割裂基體，因此石墨數(shù)量越多，鑄鐵強(qiáng)度越低。（）答案：√解析：石墨的強(qiáng)度和塑性極低，相當(dāng)于基體中的“裂紋”，數(shù)量越多、尺寸越大（如片狀石墨），對(duì)基體的割裂作用越強(qiáng)，鑄鐵強(qiáng)度越低（球墨鑄鐵因石墨呈球狀，割裂作用小，強(qiáng)度接近鋼）。8.固溶強(qiáng)化中，間隙固溶體的強(qiáng)化效果比置換固溶體更顯著。（）答案：√解析：間隙原子（如C、N）尺寸與溶劑原子（如Fe）差異更大，引起的晶格畸變更嚴(yán)重，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用更強(qiáng)，因此強(qiáng)化效果更顯著（如鋼中碳的固溶強(qiáng)化）。9.回火索氏體的硬度高于回火屈氏體。（）答案：×解析：回火溫度越高，馬氏體分解越徹底，析出的碳化物越粗大，因此回火索氏體（高溫回火，500-650℃）的硬度低于回火屈氏體（中溫回火，350-500℃）。10.鋁合金的時(shí)效處理必須在淬火后立即進(jìn)行。（）答案：×解析：鋁合金的時(shí)效（如自然時(shí)效或人工時(shí)效）需在淬火獲得過飽和固溶體后進(jìn)行，但并非必須“立即”，部分合金可室溫放置（自然時(shí)效）或加熱（人工時(shí)效）。四、簡答題（每題6分，共30分）1.比較體心立方（BCC）和面心立方（FCC）金屬的塑性差異，并解釋原因。答案：面心立方金屬的塑性優(yōu)于體心立方金屬。原因：（1）滑移系數(shù)量：兩者均有12個(gè)滑移系，但FCC的滑移面{111}和滑移方向<110>均為原子密排面和密排方向，原子間距小、結(jié)合力強(qiáng)，滑移阻力?。唬?）滑移面的密排程度：FCC的{111}面原子堆垛密度（74%）高于BCC的{110}面（68%），滑移更易進(jìn)行；（3）位錯(cuò)交滑移：BCC金屬在低溫下易發(fā)生位錯(cuò)交滑移受阻，導(dǎo)致塑性下降（如鋼的冷脆現(xiàn)象），而FCC金屬無明顯冷脆，塑性穩(wěn)定性更好。2.簡述馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征。答案：（1）無擴(kuò)散性：馬氏體轉(zhuǎn)變是切變機(jī)制，原子不發(fā)生擴(kuò)散，僅作集體協(xié)同位移；（2）切變共格性：馬氏體與母相奧氏體保持共格關(guān)系，界面為共格界面；（3）高速性：轉(zhuǎn)變速度極快（接近聲速），瞬間完成；（4）體積膨脹：馬氏體比容大于奧氏體，轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；（5）不完全性：奧氏體無法全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘留部分殘余奧氏體；（6）高硬度：馬氏體因碳的過飽和固溶引起晶格畸變（體心正方結(jié)構(gòu)），阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，硬度極高（含碳量越高，硬度越高）。3.分析固溶強(qiáng)化的本質(zhì)及其影響因素。答案：固溶強(qiáng)化的本質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。具體機(jī)制包括：（1）彈性交互作用：溶質(zhì)原子（尤其是間隙原子）引起晶格畸變，與位錯(cuò)的應(yīng)力場相互作用，形成“柯氏氣團(tuán)”，釘扎位錯(cuò)；（2）電交互作用：溶質(zhì)原子與溶劑原子的電子結(jié)構(gòu)差異，在位錯(cuò)周圍形成電荷畸變區(qū)，阻礙位錯(cuò)滑移；（3）化學(xué)交互作用：溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的結(jié)合能較高，需額外能量才能使位錯(cuò)脫離溶質(zhì)原子。影響因素：（1）溶質(zhì)原子類型：間隙原子（如C、N）比置換原子（如Mn、Cr）引起的晶格畸變更大，強(qiáng)化效果更顯著；（2）溶質(zhì)原子濃度：濃度增加，溶質(zhì)原子數(shù)量增多，強(qiáng)化效果增強(qiáng)（但過高濃度會(huì)導(dǎo)致第二相析出，轉(zhuǎn)為沉淀強(qiáng)化）；（3）溶質(zhì)與溶劑原子的尺寸差異：尺寸差越大，晶格畸變?cè)絿?yán)重，強(qiáng)化效果越好；（4）溫度：溫度升高，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用減弱，強(qiáng)化效果下降。4.說明鐵碳合金中“珠光體”和“萊氏體”的區(qū)別（組成、形成條件、性能）。答案：（1）組成：珠光體（P）是鐵素體（F，含碳0.0218%）與滲碳體（Fe?C，含碳6.69%）的層片狀機(jī)械混合物，含碳0.77%；萊氏體（Le）是奧氏體（A，高溫下）或珠光體（低溫下）與滲碳體的混合物，共晶萊氏體（高溫）含碳4.3%，變態(tài)萊氏體（低溫，Le'）含碳2.11-6.69%。（2）形成條件：珠光體通過共析反應(yīng)（727℃，A→F+Fe?C）形成，發(fā)生在亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的平衡冷卻過程；萊氏體通過共晶反應(yīng)（1148℃，L→A+Fe?C）形成，僅存在于含碳≥2.11%的鐵碳合金中。（3）性能：珠光體因?qū)悠?xì)密，強(qiáng)度、硬度較高（HB180-280），塑性、韌性較好；萊氏體因含大量硬脆的滲碳體（體積分?jǐn)?shù)約50%），硬度高（HB700-750），塑性、韌性極差，脆性大。5.簡述鋁合金的“時(shí)效強(qiáng)化”工藝及強(qiáng)化機(jī)理。答案：時(shí)效強(qiáng)化工藝：（1）固溶處理：將鋁合金加熱至單相區(qū)（如Al-Cu合金的α相區(qū)），保溫使第二相（如CuAl?）完全溶解，形成過飽和固溶體；（2）淬火：快速冷卻（如水冷），抑制第二相析出，保留過飽和固溶體；（3）時(shí)效：在室溫（自然時(shí)效）或加熱（人工時(shí)效，如120-200℃）下保溫，過飽和固溶體分解，析出細(xì)小彌散的第二相粒子（如GP區(qū)→θ''→θ'→θ相）。強(qiáng)化機(jī)理：析出的第二相粒子（如θ'相）與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。具體表現(xiàn)為：（1）奧羅萬（Orowan）繞過機(jī)制：位錯(cuò)無法切過粒子，需繞過粒子，增加位錯(cuò)線長度，消耗額外能量；（2）切過機(jī)制：若粒子細(xì)小且與基體共格，位錯(cuò)可切過粒子，但需克服粒子與基體的界面能及晶格畸變能。兩種機(jī)制共同作用，顯著提高合金強(qiáng)度。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.現(xiàn)有一根直徑為20mm的45鋼（含碳0.45%）軸類零件，要求其表面硬度為HRC50-55，心部具有良好的綜合力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性匹配）。試設(shè)計(jì)其熱處理工藝，并說明各步驟的作用及最終組織。答案：（1）預(yù)處理：正火（850-870℃加熱，空冷）。作用：消除鍛造或軋制后的網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化晶粒，均勻組織，改善切削加工性；得到鐵素體+珠光體組織（心部原始組織）。（2）最終熱處理：①淬火：加熱至Ac3以上30-50℃（約840-860℃），保溫足夠時(shí)間（根據(jù)工件尺寸，20mm直徑保溫約30分鐘），使心部完全奧氏體化；然后油冷（45鋼淬透性一般，油冷可避免水冷開裂），獲得馬氏體組織（表面和心部均為馬氏體，但心部因冷卻速度不足可能有少量珠光體或貝氏體）。②低溫回火：加熱至150-250℃（約180-200℃），保溫1-2小時(shí)，然后空冷。作用：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，減少脆性，保留高硬度；表面馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體（含碳化物細(xì)小彌散），心部若為馬氏體則同樣轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，若有未淬透組織（如珠