材料研发笔试题库大全及答案

材料研发笔试题库大全及答案

一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）

1.下列材料中，属于金属材料的是（）A.陶瓷B.铝合金C.聚乙烯D.玻璃

2.晶体中原子排列的周期性在空间上的重复单元称为（）A.晶胞B.晶格C.晶粒D.亚晶粒

3.金属材料经过固溶处理后，再进行时效处理，可显著提高其（）A.硬度B.塑性C.韧性D.耐磨性

4.下列哪种热处理工艺主要用于消除材料内部应力（）A.退火B.正火C.淬火D.回火

5.陶瓷材料的最显著缺点是（）A.强度低B.韧性差C.硬度低D.耐高温性差

6.下列不属于复合材料主要组成相的是（）A.增强相B.基体相C.界面相D.弥散相

7.金属的疲劳强度通常与材料的（）关系最为密切A.抗拉强度B.屈服强度C.硬度D.冲击韧性

8.下列哪种材料适用于制造高温轴承（）A.45钢B.铝合金C.陶瓷D.橡胶

9.材料在冲击载荷作用下吸收能量的能力称为（）A.强度B.硬度C.韧性D.耐磨性

10.粉末冶金工艺中，不属于成形工序的是（）A.混料B.压制C.烧结D.等静压

11.下列哪种缺陷会导致金属材料的脆性增加（）A.空位B.位错C.晶界D.第二相颗粒第1页共6页

12.电子材料中，常用作半导体衬底的材料是（）A.单晶硅B.蓝宝石C.陶瓷D.玻璃

13.高分子材料的玻璃化温度是指（）A.从玻璃态转变为高弹态的温度B.从高弹态转变为粘流态的温度C.从晶体态转变为非晶体态的温度D.从非晶体态转变为晶体态的温度

14.材料的磨损率与摩擦系数的关系通常是（）A.成正比B.成反比C.无关D.不确定

15.在材料研发中，“配方设计”主要针对的是（）A.金属材料B.陶瓷材料C.复合材料D.高分子材料

二、填空题（共10题，每空1分，共10分）

1.合金中两组元在液态和固态下均能相互溶解的合金称为________合金，其相图为________形

2.金属的结晶过程包括________和________两个基本阶段

3.45钢的含碳量约为________%，其主要热处理工艺可采用________（如调质处理）

4.陶瓷材料的结合键主要是________键，具有高硬度、高熔点和________的特点

5.复合材料按增强相形态可分为________、和

6.材料的疲劳裂纹扩展通常分为________、________和________三个阶段

三、简答题（共8题，每题分5分，共40分）

1.简述晶体与非晶体的主要区别，并举例说明常见的晶体材料和非晶体材料

2.解释固溶强化的基本原理，并说明其对材料性能的影响第2页共6页

3.简述金属材料热处理的主要工艺参数（温度、时间、冷却速度）及其对材料组织和性能的作用

4.比较金属材料、陶瓷材料和高分子材料在密度、强度、韧性、耐高温性四个方面的性能特点

5.什么是复合材料的界面？简述界面在复合材料中的作用及影响界面结合强度的因素

6.简述粉末冶金工艺的主要步骤，并说明其适用于哪些材料的制备

6.解释材料的“应力腐蚀开裂”现象，并分析影响该现象发生的主要因素

7.简述金属的塑性变形机制（滑移和孪生），并比较两者的异同点

四、论述题（共3题，每题10分，共30分）

1.论述铝合金（如2A

12、7075）在航空航天领域广泛应用的原因，并结合材料研发趋势，提出未来高性能铝合金的研发方向

2.设计一种用于新能源汽车电池外壳的材料研发方案（包括材料选择、制备工艺、性能要求、预期应用效果）并说明理由

3.分析3D打印技术（如SLM、FDM技术）对传统材料研发模式的变革，以及在材料研发中面临的挑战和未来发展前景

五、案例分析题（共2题，每题15分，共30分）案例1某汽车变速箱齿轮在长期使用后出现齿面磨损和点蚀，经检测发现该齿轮采用45钢制造，未进行表面处理

（1）分析该齿轮失效的可能原因（至少从材料、工艺、使用环境三个方面说明）；（7分）

（2）提出两种以上改进方案（包括材料选择、表面处理工艺等），并比较各方案优缺点（8分）第3页共6页案例2某建筑用钢筋在施工过程中发生断裂，断裂面呈脆性特征，断口处无明显塑性变形经成分分析，钢筋含碳量过高，且存在较多夹杂物

（1）结合材料知识，分析该钢筋断裂的主要原因；（7分）

（2）从材料研发和生产角度，提出避免此类断裂的关键控制措施（8分）答案汇总

一、单项选择题

1.B

2.A

3.A

4.A

5.B

2.D

7.A

8.C

9.C

10.C

3.C

12.A

13.A

14.A

15.D

二、填空题

1.无限互溶；无限固溶

2.形核；长大

3.

0.45；调质处理（或正火、淬火回火等）

4.离子键/共价键；高化学稳定性

5.纤维增强复合材料；颗粒增强复合材料；层状增强复合材料

6.萌生；扩展；瞬断

三、简答题

1.晶体具有长程有序的原子排列结构，非晶体长程无序、短程有序；晶体有固定熔点（如铁、铝），非晶体无固定熔点且具有各向同性（如玻璃、松香）

2.固溶强化是溶质原子溶入溶剂晶格引起晶格畸变，阻碍位错运动；影响提高材料强度和硬度，降低塑性和韧性

3.a.温度决定相变类型和原子扩散速度；b.时间保证相变充分或消除应力；c.冷却速度决定相变产物（如淬火快冷得马氏体，退火慢冷得珠光体）第4页共6页

4.金属密度中等、强度高、韧性好、耐高温性中等；陶瓷密度低、强度高、韧性差、耐高温性好；高分子密度低、强度低、韧性好、耐高温性差

5.界面是增强相和基体相接触的区域；作用传递载荷、阻止裂纹扩展；影响因素界面结合强度（化学键、物理化学吸附等）、界面反应

6.主要步骤粉末制备、混料、成形、烧结；适用于制备高纯度、复杂形状、特殊性能材料（如硬质合金、高温合金、陶瓷零件）

7.应力腐蚀开裂是材料在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下产生的开裂；因素材料本身（冶金缺陷）、应力（拉应力）、环境（腐蚀介质种类和浓度）

8.滑移原子沿最密排晶面/晶向相对滑动，切应力作用；孪生原子切变，晶体一部分相对另一部分均匀切变；相同均为塑性变形机制；不同滑移不改变晶体位向，孪生改变；滑移变形量大，孪生变形量小

四、论述题

1.铝合金在航空航天应用原因密度低（约

2.7g/cm³）、比强度高（强度/密度大）、抗腐蚀性能较好（表面氧化膜保护）、易于加工成形（塑性好）；研发方向通过合金化（添加Sc、Zr等微量元素细化晶粒）、粉末冶金（提高致密度）、表面处理（涂层改善耐蚀性）提升强度和疲劳性能

2.材料选择高强度铝合金（如7075）或镁合金（密度更低）；制备工艺挤压铸造（成形性好）；性能要求屈服强度≥400MPa、延伸率≥10%、耐腐蚀性满足汽车环境；理由铝合金比强度高、成本适第5页共6页中，挤压铸造工艺适合批量生产，满足电池外壳轻量化需求（减轻车身重量提升续航里程）

3.变革缩短研发周期（快速原型制造）、个性化定制（复杂结构一体成形）、材料-工艺协同设计；挑战材料性能稳定性（打印致密度、缺陷控制）、设备成本高、材料体系有限；前景拓展生物医用材料（个性化植入体）、航空航天复杂构件（轻量化）、智能材料（4D打印）

五、案例分析题案例1

（1）原因45钢基体强度不足（未表面处理）；齿面接触应力大导致磨损；材料韧性不足易产生点蚀；未进行表面淬火等强化处理

（2）改进方案1采用20CrMnTi渗碳淬火（表面硬度提高至60HRC以上，心部韧性好）；方案2采用粉末冶金钢制造（致密度高、减少内部缺陷）；方案3表面喷涂陶瓷涂层（提高耐磨性）；优缺点渗碳淬火性价比高，适合批量生产；粉末冶金材料成本高，工艺复杂；陶瓷涂层结合力可能不足易脱落案例2

（1）原因含碳量过高导致马氏体转变增多，韧性下降；夹杂物（如硫化物、氧化物）作为裂纹萌生点；脆性断裂（无塑性变形）

（2）控制措施a.调整成分降低含碳量至

0.2%-

0.25%，添加Mn、Si等元素细化晶粒；b.冶炼工艺控制杂质含量（S、P≤

0.03%），采用真空精炼去除夹杂物；c.热处理采用正火处理细化珠光体，避免网状碳化物析出第6页共6页。