第7卷 机械工程材料（下）——非铁金属、非金属与材料选用 湖南省（对口招生）《机械基础》（高教版·第3版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 机械工程材料（下）——非铁金属、非金属与材料选用 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 非晶态金属的特点是？（ ） A. 具有规则的晶体结构 B. 具有无序的原子排列 C. 具有高强度 D. 具有良好的导电性 【答案】B 【解析】非晶态金属是指具有无序的原子排列结构，与晶态金属相比，其原子排列无规律，因此具有特殊的物理和化学性质。 2. 铝合金时效过程中相结构及组织的变化是什么（ ） A. 固溶体分解，形成GP区 B. 形成稳定的化合物 C. 晶格畸变 D. 形成金属间化合物 【答案】A 【解析】铝合金时效过程中固溶体分解，形成Guerin-Preston (GP)区，这是时效强化的基础。 3. 下图所示的海水泵常采用______制造（ ） A. B. C. D. HMn58-2 【答案】D 4. 非铁金属的典型代表包括（ ） A. 镁、锌 B. 钢、铁 C. 镍、钴 D. 铝、铜 【答案】D 【解析】非铁金属的代表包括铝、铜等。 5. 青铜是铜与______元素的合金。（ ） A. Zn B. Ni C. 除 Zn、Ni以外 D. Cu 【答案】C 【解析】青铜是以铜为基体、以锡或其他元素为主要合金元素的铜合金。按合金元素分类，黄铜主要是铜锌合金，白铜主要是铜镍合金，除锌和镍以外的铜合金通常称为青铜，因此应选C。 6. T4指的是（ ） A. 含碳4% B. 碳素工具钢 C. 含碳0.4% D. 工业纯铜 【答案】D 【解析】T4是工业纯铜的牌号，其中“T”表示纯铜，后面的数字表示不同牌号，不表示含碳量。因此应选D。 7. 下图所示的飞机蒙皮常采用______制造（ ） A. 防锈铝 B. 硬铝 C. 超硬铝 D. 锻铝 【答案】B 8. ZCuSn10P1表示平均含锡量为（ ）的铸造青铜。 A. 10% B. 1% C. 0.1% D. 0.01% 【答案】A 【解析】铸造青铜牌号ZCuSn10P1中，“ZCu”表示铸造铜合金，“Sn10”表示平均含锡量约为10%，“P1”表示含磷量约为1%。因此平均含锡量为10%，应选A。 9. 下列不适合采用锻造铝合金制造的是（ ） A. 活塞 B. 仪表外壳 C. 轴承轴瓦 D. 发动机缸体 【答案】C 【解析】制造轴瓦及其内衬需使用轴承合金，必须具有高的抗压强度和疲劳强度，足够的塑性和韧性，良好的磨合能力、减摩性和耐磨性，易制造、价格低廉，锻造铝合金不符合条件。 10. 下图所示，表述错误的是______。（ ） A. 一般工况下，内燃机曲轴可选用球墨铸铁替代碳素铸钢、合金铸钢来制造。 B. 自行车的轮辋一般采用铝合金制造，具有质轻、抗氧化性好等特点。 C. 反应釜在工业生产中用作强酸溶液反应的容器，应采用铬不锈钢制造。 D. 灰铸铁具有较高的耐磨性、减振性、低的缺口敏感性，普通车床的床身一般采用灰铸铁制造。 【答案】C 【解析】反应釜应采用镍铬不锈钢制造。 11. 智能材料的特点是？（ ） A. 具有自我修复功能 B. 具有高强度 C. 具有高导电性 D. 具有高热稳定性 【答案】A 【解析】智能材料的特点是其具有自我修复、感知和响应等功能，能够根据外界条件自动调节其性能。 12. 材料与化学密切相关。下列物质与材料对应关系不正确的是（ ） A. 铁碳合金——生铁 B. 硅酸盐——陶瓷 C. 晶体硅——光导纤维 D. 氧化镁——耐高温材料 【答案】C 【解析】光导纤维的主要成分为二氧化硅，而不是晶体硅。 13. 制作中低速、重载滑动轴承的轴瓦时，通常优先选用的材料是（ ） A. 高碳工具钢材料 B. 轴承合金材料 C. 普通灰铸铁材料 D. 硬质合金材料 【答案】B 【解析】轴承合金具有良好的减摩性、耐磨性和适应性，适合制作滑动轴承的轴瓦。高碳工具钢、灰铸铁和硬质合金虽具有一定强度或硬度，但不具备轴承合金的综合减摩性能。 14. 有关下图所示各零部件的表述，正确的是______。（ ） C620 车床主轴 加工中心主轴 电接触器 挖掘机 A. C620 车床主轴承受不大的工作应力和冲击载荷，可选用 45 号普通碳素结构钢制造 B. 加工中心主轴综合力学性能要求很高，强度、塑性和韧性要求配合良好，可选用 40MnB合金渗碳钢制造。 C. 电接触器中电路元件应有良好的导电性、耐腐蚀性和耐磨性，可选用 QBe2 铍青铜制造。 D. 挖掘机铲斗的斗齿在工作时受冲击载荷作用，需具备高强度、高硬度和高耐磨性，可选用 ZG200-400 钢制造。 【答案】C 【解析】45钢为优质碳素结构钢；40MnB为合金调质钢；挖掘机铲斗的斗齿应选用ZGMn13。 15. 下列材料中，属于热固性塑料的是（ ） A. 酚醛塑料材料 B. 聚乙烯塑料材料 C. 聚氯乙烯材料 D. 聚酰胺塑料材料 【答案】A 【解析】酚醛塑料固化后形成稳定的网状结构，受热不能再次软化成型，属于热固性塑料。聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺受热可以软化，属于热塑性塑料。 16. 制造要求摩擦因数小、耐腐蚀性能好的密封环时，较适合选用的非金属材料是（ ） A. 聚四氟乙烯材料 B. 普通酚醛塑料 C. 硬质橡胶材料 D. 普通尼龙材料 【答案】A 【解析】聚四氟乙烯摩擦因数小、耐腐蚀性优良，常用于制作密封环、密封垫等零件。酚醛塑料耐热但不适合长期滑动密封，硬质橡胶弹性不足，尼龙吸水后尺寸稳定性会受到影响。 17. 制造形状复杂、承受冲击载荷的小型零件，适宜选用（ ） A. 铸钢 B. 灰铸铁 C. 可锻铸铁 D. 球墨铸铁 【答案】C 【解析】可锻铸铁具有一定的塑性和韧性，能够承受一定的冲击载荷，且适合制造形状复杂的小型零件；铸钢成本较高；灰铸铁韧性差，不适合承受冲击载荷；球墨铸铁一般用于制造受力较大的零件 。 18. 要求零件具有耐高温、耐腐蚀和良好电绝缘性能时，较适合选用的材料是（ ） A. 铝合金材料 B. 铜合金材料 C. 普通碳钢材料 D. 工程陶瓷材料 【答案】D 【解析】工程陶瓷具有耐高温、耐腐蚀和良好电绝缘性，适合制造高温绝缘套管、绝缘支架等零件。铝合金和铜合金导电性较好，普通碳钢耐腐蚀性和电绝缘性均不符合主要要求。 19. 确定材料性能要求时需要考虑零件的（ ） A. 工作条件、失效形式 B. 成本 C. 重量 D. 颜色 【答案】A 【解析】材料性能要求应根据零件的工作条件和可能出现的失效形式确定。例如，受拉零件需重点考虑抗拉强度，受冲击零件需考虑韧性，处于高温或腐蚀环境中的零件还需考虑耐热性或耐腐蚀性。因此应选A。 20. 毛坯选择时，应考虑材料的何种性能？（ ） A. 导热性 B. 色泽 C. 助磨性 D. 周期性 【答案】A 【解析】毛坯选择时应考虑材料的导热性，以确保良好的加工性能。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 锡青铜铸件收缩率大，适用于铸造形状复杂，壁厚变化大的器件（ ） 【答案】错误 【解析】锡青铜铸件收缩率小。 22. 黄铜是铜和锌的合金，具有优良的导电性和导热性。（ ） 【答案】正确 【解析】黄铜是以铜和锌为主要元素组成的铜合金。黄铜具有较好的导电性和导热性，同时具有良好的塑性和耐蚀性，但其导电、导热性能通常低于纯铜。因此题述判断正确。 23. 下图为某减速器轴及轴上零件的结构简图，A段装有件1(两个圆螺母)，B段装有件2(轴承)，C段装有件3(直齿圆柱齿轮)，D段装有件4(套筒)和件2(轴承)，F段装有件5(带轮)。 判断下面小题。 （1）此轴在工作时传递动力与运动，受到转矩与弯矩作用，属于典型的传动轴。（ ） （2）A段用两个圆螺母进行轴向固定，主要目的是加强螺母的固定强度，防止滑牙。（ ） （3）如件2轴承的代号为6210，则此轴承为深沟球轴承，轴承公称内径为50 mm。（ ） （4）件5为V型腹板带轮，如用于一般场合，应选用铸钢材料制造。（ ） 【答案】错误 24. 铝-铜-镁系合金是超硬铝。（ ） 【答案】错误 【解析】铝-铜-镁系合金通常称为硬铝。超硬铝是在铝-铜-镁系基础上加入锌等合金元素形成的高强度铝合金，因此不能将铝-铜-镁系合金直接称为超硬铝。题述说法错误。 25. 复杂黄铜是在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的铜合金。（ ） 【答案】正确 【解析】普通黄铜主要是铜锌合金。复杂黄铜是在普通黄铜的基础上加入铝、锰、铁、镍、铅等一种或多种其他合金元素所形成的铜合金，因此题述说法正确。 26. 纯铝一般用来制造机械零件。（ ） 【答案】错误 【解析】纯铝一般不用于制造机械零件，因为它相对于铝合金来说，强度和硬度较低，不适合承受高负荷和磨损的工况。 27. 材料的工艺性能好，其使用性能一定也好。（ ） 【答案】错误 【解析】工艺性能和使用性能是不同概念，工艺性能好便于加工成型，使用性能是满足实际工作要求的性能，二者没有必然联系，如一些材料加工容易但强度等使用性能一般 。 28. 在满足强度和刚度要求的条件下，铝合金因密度较小、耐蚀性较好，常用于制造需要减轻质量的零件。（ ） 【答案】正确 【解析】铝合金的密度通常小于钢，且表面容易形成保护性氧化膜，具有较好的耐蚀性。因此，在满足零件强度和刚度要求时，铝合金常用于轻量化结构和零件。 29. 所有的陶瓷材料都是良好的绝缘体。（ ） 【答案】错误 【解析】虽然大多数陶瓷材料具有良好的绝缘性，但也存在导电陶瓷，比如锆钛酸铅(PZT)。 30. 热固性塑料固化后受热仍能反复软化，因此可以多次重新成型使用。（ ） 【答案】错误 【解析】热固性塑料固化后形成稳定的网状结构，受热不会再次软化，温度过高时通常会分解或碳化，不能反复重新成型。能够受热软化并反复成型的是热塑性塑料。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 韧性： 【答案】金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。 【解析】韧性是金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，通常反映材料吸收塑性变形功和断裂功的能力。韧性好的材料在受到冲击时不易发生突然断裂。 32. 简述选择机械零件材料时应考虑的主要因素。 【答案】- 使用性能：包括力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等），根据零件工作时的受力情况选择合适性能的材料；物理性能（如密度、导电性、导热性等），在有特殊物理要求时考虑；化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等），在腐蚀环境工作的零件需重点考虑。 - 工艺性能：铸造性能影响铸件质量和生产效率；锻造性能关系到能否通过锻造获得所需形状和性能的零件；焊接性能决定零件焊接的难易程度和焊接质量；切削加工性能影响加工精度和效率；热处理性能影响材料通过热处理改善性能的效果。 - 经济性：在满足使用性能前提下，选择价格低、供应充足的材料，同时考虑加工成本、使用寿命等综合成本。 - 其他因素：如材料的可回收性、环保性等，符合可持续发展要求；还要考虑材料的供应稳定性和市场情况 。 【解析】使用性能是保证零件正常工作的基础，工艺性能决定零件能否方便制造，经济性控制成本，其他因素是适应社会发展需求，多方面综合考虑才能选到合适材料。 33. 简述铝合金的分类及特点。 【答案】铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 变形铝合金具有良好的塑性，可通过压力加工制成各种型材； 铸造铝合金具有优良的铸造性能，适于制造形状复杂的零件。 铝合金的共同特点是密度小、强度高、耐腐蚀性好。 【解析】铝合金按成形方法和用途可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金具有较好的塑性，可通过轧制、挤压、锻造等压力加工方法制成板材、棒材、管材和各种型材；铸造铝合金具有良好的铸造性能，适于制造形状复杂的铸件。铝合金的共同特点是密度小、比强度高、耐腐蚀性较好，并具有良好的导电性和导热性。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某自动化生产线的防护门采用轴向受拉的连接拉杆，拉杆有效长度为 0.80 m，承受最大拉力为 3.00 kN，设计安全系数取 2。现拟采用 6061 铝合金或玻璃纤维增强尼龙制造。已知两种材料的室温抗拉强度、密度及 80 ℃时的强度保持系数如下：| 材料 | 室温抗拉强度 | 密度 | 80 ℃时强度保持系数 ||---|---:|---:|---:|| 6061铝合金 | 260 MPa | 2.70×103 kg/ 玻璃纤维增强尼龙 | 120 MPa | 1.35×103 kg/按轴向拉伸强度进行初步设计，拉杆截面为等截面圆杆。计算时取材料在 80 ℃时的抗拉强度为室温抗拉强度与强度保持系数的乘积。（1）分别计算两种材料在 80 ℃时的有效抗拉强度、所需最小截面积及按最小截面积计算的拉杆质量。（2）比较两种材料的承载截面积和质量，并结合材料特性判断该工况下优先选用哪种材料。（3）说明玻璃纤维增强尼龙适合用于哪些工程场合，并指出其在本工况中需要重点考虑的两个问题。 【答案】（1）6061铝合金：有效抗拉强度为 MPa，所需最小截面积为 mm2，质量为 kg。玻璃纤维增强尼龙：有效抗拉强度为 MPa，所需最小截面积为 mm2，质量为 kg。（2）玻璃纤维增强尼龙所需截面积约为铝合金的 3.43 倍，按强度设计所得质量也较大。本工况温度较高且承受较大拉力，优先选用 6061 铝合金。（3）玻璃纤维增强尼龙适合用于绝缘、减摩、耐腐蚀及质量要求较低的零件。使用时应重点考虑高温下强度下降和长期受载产生蠕变，同时注意吸湿造成的尺寸及性能变化。 【解析】（1）先用室温强度乘保持系数求有效强度，再由 求截面积，最后用 求质量。（2）尼龙高温强度保持率较低，需增大截面，且长期受载易蠕变；铝合金耐热性和尺寸稳定性较好。（3）工程塑料具有绝缘、耐腐蚀等优点，但高温和长期载荷会明显影响其性能。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 机械工程材料（下）——非铁金属、非金属与材料选用 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 非晶态金属的特点是？（ ） A. 具有规则的晶体结构 B. 具有无序的原子排列 C. 具有高强度 D. 具有良好的导电性 2. 铝合金时效过程中相结构及组织的变化是什么（ ） A. 固溶体分解，形成GP区 B. 形成稳定的化合物 C. 晶格畸变 D. 形成金属间化合物 3. 下图所示的海水泵常采用______制造（ ） A. B. C. D. HMn58-2 4. 非铁金属的典型代表包括（ ） A. 镁、锌 B. 钢、铁 C. 镍、钴 D. 铝、铜 5. 青铜是铜与______元素的合金。（ ） A. Zn B. Ni C. 除 Zn、Ni以外 D. Cu 6. T4指的是（ ） A. 含碳4% B. 碳素工具钢 C. 含碳0.4% D. 工业纯铜 7. 下图所示的飞机蒙皮常采用______制造（ ） A. 防锈铝 B. 硬铝 C. 超硬铝 D. 锻铝 8. ZCuSn10P1表示平均含锡量为（ ）的铸造青铜。 A. 10% B. 1% C. 0.1% D. 0.01% 9. 下列不适合采用锻造铝合金制造的是（ ） A. 活塞 B. 仪表外壳 C. 轴承轴瓦 D. 发动机缸体 10. 下图所示，表述错误的是______。（ ） A. 一般工况下，内燃机曲轴可选用球墨铸铁替代碳素铸钢、合金铸钢来制造。 B. 自行车的轮辋一般采用铝合金制造，具有质轻、抗氧化性好等特点。 C. 反应釜在工业生产中用作强酸溶液反应的容器，应采用铬不锈钢制造。 D. 灰铸铁具有较高的耐磨性、减振性、低的缺口敏感性，普通车床的床身一般采用灰铸铁制造。 11. 智能材料的特点是？（ ） A. 具有自我修复功能 B. 具有高强度 C. 具有高导电性 D. 具有高热稳定性 12. 材料与化学密切相关。下列物质与材料对应关系不正确的是（ ） A. 铁碳合金——生铁 B. 硅酸盐——陶瓷 C. 晶体硅——光导纤维 D. 氧化镁——耐高温材料 13. 制作中低速、重载滑动轴承的轴瓦时，通常优先选用的材料是（ ） A. 高碳工具钢材料 B. 轴承合金材料 C. 普通灰铸铁材料 D. 硬质合金材料 14. 有关下图所示各零部件的表述，正确的是______。（ ） C620 车床主轴 加工中心主轴 电接触器 挖掘机 A. C620 车床主轴承受不大的工作应力和冲击载荷，可选用 45 号普通碳素结构钢制造 B. 加工中心主轴综合力学性能要求很高，强度、塑性和韧性要求配合良好，可选用 40MnB合金渗碳钢制造。 C. 电接触器中电路元件应有良好的导电性、耐腐蚀性和耐磨性，可选用 QBe2 铍青铜制造。 D. 挖掘机铲斗的斗齿在工作时受冲击载荷作用，需具备高强度、高硬度和高耐磨性，可选用 ZG200-400 钢制造。 15. 下列材料中，属于热固性塑料的是（ ） A. 酚醛塑料材料 B. 聚乙烯塑料材料 C. 聚氯乙烯材料 D. 聚酰胺塑料材料 16. 制造要求摩擦因数小、耐腐蚀性能好的密封环时，较适合选用的非金属材料是（ ） A. 聚四氟乙烯材料 B. 普通酚醛塑料 C. 硬质橡胶材料 D. 普通尼龙材料 17. 制造形状复杂、承受冲击载荷的小型零件，适宜选用（ ） A. 铸钢 B. 灰铸铁 C. 可锻铸铁 D. 球墨铸铁 18. 要求零件具有耐高温、耐腐蚀和良好电绝缘性能时，较适合选用的材料是（ ） A. 铝合金材料 B. 铜合金材料 C. 普通碳钢材料 D. 工程陶瓷材料 19. 确定材料性能要求时需要考虑零件的（ ） A. 工作条件、失效形式 B. 成本 C. 重量 D. 颜色 20. 毛坯选择时，应考虑材料的何种性能？（ ） A. 导热性 B. 色泽 C. 助磨性 D. 周期性 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 锡青铜铸件收缩率大，适用于铸造形状复杂，壁厚变化大的器件（ ） 22. 黄铜是铜和锌的合金，具有优良的导电性和导热性。（ ） 23. 下图为某减速器轴及轴上零件的结构简图，A段装有件1(两个圆螺母)，B段装有件2(轴承)，C段装有件3(直齿圆柱齿轮)，D段装有件4(套筒)和件2(轴承)，F段装有件5(带轮)。 判断下面小题。 （1）此轴在工作时传递动力与运动，受到转矩与弯矩作用，属于典型的传动轴。（ ） （2）A段用两个圆螺母进行轴向固定，主要目的是加强螺母的固定强度，防止滑牙。（ ） （3）如件2轴承的代号为6210，则此轴承为深沟球轴承，轴承公称内径为50 mm。（ ） （4）件5为V型腹板带轮，如用于一般场合，应选用铸钢材料制造。（ ） 24. 铝-铜-镁系合金是超硬铝。（ ） 25. 复杂黄铜是在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的铜合金。（ ） 26. 纯铝一般用来制造机械零件。（ ） 27. 材料的工艺性能好，其使用性能一定也好。（ ） 28. 在满足强度和刚度要求的条件下，铝合金因密度较小、耐蚀性较好，常用于制造需要减轻质量的零件。（ ） 29. 所有的陶瓷材料都是良好的绝缘体。（ ） 30. 热固性塑料固化后受热仍能反复软化，因此可以多次重新成型使用。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 韧性： 32. 简述选择机械零件材料时应考虑的主要因素。 33. 简述铝合金的分类及特点。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某自动化生产线的防护门采用轴向受拉的连接拉杆，拉杆有效长度为 0.80 m，承受最大拉力为 3.00 kN，设计安全系数取 2。现拟采用 6061 铝合金或玻璃纤维增强尼龙制造。已知两种材料的室温抗拉强度、密度及 80 ℃时的强度保持系数如下：| 材料 | 室温抗拉强度 | 密度 | 80 ℃时强度保持系数 ||---|---:|---:|---:|| 6061铝合金 | 260 MPa | 2.70×103 kg/ 玻璃纤维增强尼龙 | 120 MPa | 1.35×103 kg/按轴向拉伸强度进行初步设计，拉杆截面为等截面圆杆。计算时取材料在 80 ℃时的抗拉强度为室温抗拉强度与强度保持系数的乘积。（1）分别计算两种材料在 80 ℃时的有效抗拉强度、所需最小截面积及按最小截面积计算的拉杆质量。（2）比较两种材料的承载截面积和质量，并结合材料特性判断该工况下优先选用哪种材料。（3）说明玻璃纤维增强尼龙适合用于哪些工程场合，并指出其在本工况中需要重点考虑的两个问题。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $