2022年河北工程大学《工程材料》期末试卷
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
河北工程大学材料学院研发的新型稀土永磁材料中，主要强化相为（）
A.Nd?Fe??B
B.Al?O?
C.SiC
D.TiC
工程材料抵抗冲击载荷的能力用以下哪个指标衡量？（）
A.硬度
B.韧性
C.强度
D.塑性
金属材料的晶体结构中，面心立方晶格的致密度为（）
A.0.68
B.0.74
C.0.52
D.0.82
河北工程大学与某钢铁企业合作项目中，用于汽车齿轮的渗碳钢热处理工艺为（）
A.淬火+低温回火
B.淬火+高温回火
C.正火
D.退火
复合材料的性能特点是（）
A.各向同性
B.比强度高
C.耐腐蚀性差
D.加工成本低
以下属于工程材料物理性能的是（）
A.导电性
B.耐磨性
C.抗拉强度
D.硬度
河北工程大学研发的改性树脂基复合材料中，常用的增强体为（）
A.碳纤维
B.石墨烯
C.纳米银
D.碳化钨
材料的热膨胀系数与以下哪个因素无关？（）
A.晶体结构
B.化学成分
C.温度
D.密度
以下哪种材料属于无机非金属材料？（）
A.铝合金
B.陶瓷
C.工程塑料
D.碳纤维
河北工程大学在先进钢铁材料研究中，用于提高材料强度的主要方法是（）
A.细化晶粒
B.增加碳含量
C.降低合金元素
D.提高加工温度
二、简答题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）
比较金属材料与陶瓷材料的性能差异
金属材料：
良好的导电性、导热性；
较高的塑性和韧性；
易氧化腐蚀。
陶瓷材料：
高硬度、耐高温；
脆性大，韧性差；
绝缘性好。
简述热处理对钢性能的影响
淬火：提高硬度和强度，但降低韧性；
回火：消除淬火应力，调整硬度和韧性；
正火：细化晶粒，改善切削性能；
退火：降低硬度，消除内应力。
说明复合材料的组成及性能优势
组成：基体材料（如树脂、金属）+增强体（如纤维、颗粒）；
优势：
比强度和比刚度高；
可设计性强，适应复杂工况；
耐腐蚀性和耐磨性优异。
三、案例分析题（本大题共2小题，每小题15分，共30分）
案例一：汽车发动机缸体材料选择（15分）
背景：河北某汽车制造企业需为新款发动机缸体选择材料，要求耐高温、耐磨且轻量化。
要求：
分析铝合金、铸铁、陶瓷三种材料的适用性；
推荐最优材料并说明理由；
提出材料表面处理方案以提高耐磨性。
答案要点：
材料分析：
铝合金：轻量化，但耐高温性不足；
铸铁：耐磨、耐高温，但密度大；
陶瓷：耐高温、耐磨，但脆性大。
推荐材料：铝合金（如A356）+陶瓷涂层；
理由：轻量化优势显著，涂层可弥补耐磨性不足。
表面处理：等离子喷涂陶瓷涂层（如Al?O?），提高表面硬度和耐高温性。
案例二：桥梁结构钢腐蚀防护（15分）
背景：河北某桥梁使用Q345钢，长期受潮湿环境影响，出现腐蚀问题。
要求：
分析腐蚀原因及影响因素；
设计防护方案（至少两种方法）；
说明防护效果评估方法。
答案要点：
腐蚀原因：电化学腐蚀，受湿度、Cl?浓度影响；
防护方案：
涂覆环氧富锌底漆，形成隔离层；
阴极保护，外接直流电源抑制腐蚀。
评估方法：
失重法测量腐蚀速率；
电化学阻抗谱（EIS）分析防护层性能。
四、计算题（本大题共1小题，共20分）
材料力学性能计算
背景：某低碳钢试样直径10mm，标距长度50mm，拉伸试验测得最大载荷为45kN，断裂后标距长度为58mm，断口直径为7mm。
要求：
计算抗拉强度；
计算断后伸长率；
计算断面收缩率；
分析材料的塑性等级。
解答过程：
抗拉强度：
原始横截面积：A?=π×(10/2)2=78.54mm2
抗拉强度：σ_b=45,000N/78.54mm2≈573MPa
断后伸长率：
ΔL=58-50=8mm
δ=(8/50)×100%=16%
断面收缩率：
断口横截面积：A?=π×(7/2)2≈38.48mm2
ψ=[(78.54-38.48)/78.54]×100%≈51%
塑性等级：δ=16%，ψ=51%，属于塑性良好材料。