2025年大学材料科学与工程（金属材料工程）试题及答案.doc

2025年大学材料科学与工程（金属材料工程）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
w1. 以下哪种金属晶体结构具有最高的原子堆积密度？
A. 简单立方结构
B. 体心立方结构
C. 面心立方结构
D. 六方密堆积结构
w2. 金属材料的强度主要取决于以下哪个因素？
A. 金属原子的半径
B. 金属键的强度
C. 金属的密度
D. 金属的颜色
w3. 下列哪种方法可以提高金属材料的硬度？
A. 退火
B. 正火
C. 淬火
D. 回火
w4. 金属材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂所达到的最大应力称为？
A. 屈服强度
B. 抗拉强度
C. 弹性模量
D. 延伸率
w5. 以下哪种元素不是常见的合金元素？
A. 碳
B. 硅
C. 氮
D. 金
w6. 金属的导电性随温度升高而？
A. 升高
B. 降低
C. 不变
D. 先升高后降低
w7. 金属材料的疲劳失效是由于以下哪种原因引起的？
A. 静载荷作用
B. 交变载荷作用
C. 腐蚀作用
D. 高温作用
w8. 以下哪种金属具有良好的耐腐蚀性？
A. 铁
B. 铝
C. 铜
D. 锌
w9. 金属材料的热膨胀系数与以下哪个因素有关？
A. 金属的熔点
B. 金属的密度
C. 金属原子间的结合力
D. 金属的硬度
w10. 下列哪种工艺可以改善金属材料的切削加工性能？
A. 调质处理
B. 球化退火
C. 渗碳处理
D. 氮化处理

第II卷（非选择题 共70分）
w11. （10分）简述金属晶体的三种常见结构及其特点。
w12. （15分）解释金属材料的强化机制有哪些，并举例说明。
w13. （15分）材料：某金属材料在拉伸试验中，原始标距长度为50mm，直径为10mm。当施加拉力达到一定值时，标距长度变为55mm，直径变为9.5mm。已知该材料的弹性模量E = 200GPa。求：（1）该材料的伸长率；（2）该材料的断面收缩率；（3）此时材料所承受的应力。
w14. （15分）材料：在金属材料的研究中，发现一种合金在高温下具有良好的抗氧化性能。经分析，合金中含有Cr、Al等元素。请分析Cr、Al元素对合金抗氧化性能的影响，并说明原因。
w15. （15分）材料：随着航空航天技术的发展，对金属材料的性能要求越来越高。例如，要求材料具有高强度、低密度、良好的耐高温和耐腐蚀性等。请结合金属材料工程的知识，谈谈如何设计和开发满足这些要求的新型金属材料。

答案：
w1. D
w2. B
w3. C
w4. B
w5. D
w6. B
w7. B
w8. B
w9. C
w10. B
w11. 金属晶体常见结构有简单立方结构、体心立方结构和面心立方结构。简单立方结构原子位于立方体顶点，原子堆积密度低；体心立方结构原子除位于顶点外，立方体中心还有一个原子，堆积密度高于简单立方；面心立方结构原子位于立方体顶点和面心，堆积密度最高，空间利用率高。
w12. 强化机制有固溶强化，如钢中溶入碳等合金元素，使强度硬度升高；加工硬化，如冷拉钢丝，变形使位错增殖，阻碍位错运动强化；弥散强化，如钢中细小碳化物弥散分布强化基体；细晶强化，晶粒细化增加晶界，阻碍位错运动强化材料。
w13. （1）伸长率=(55 - 50)/50×100% = 10%；（2）断面收缩率=[(π×(10/2)² - π×(9.5/2)²)/(π×(10/2)²)]×100% = 9.75%；（3）应变=(55 - 50)/50 = 0.1，应力=E×应变=200×10³MPa×0.1 = 20000MPa。
w14. Cr、Al元素能提高合金抗氧化性能。Cr能形成致密氧化膜，阻止氧气进一步向内扩散；Al能生成Al₂O₃氧化膜，该膜致密且稳定性好，可有效保护合金内部不被氧化。
w15. 可通过合金化设计，添加合适合金元素提高强度等性能；采用先进熔炼工艺保证成分均匀；运用热加工工艺控制组织形态；探索新的制备技术如粉末冶金等制备高性能材料；研究材料在不同环境下性能变化规律，优化材料性能以满足航空航天需求。