2025年金属热处理考试题题库及答案

2025年金属热处理考试题题库及答案一、填空题（每空1分，共20分）1.钢的热处理是通过加热、保温、冷却的工艺过程，改变材料内部的组织，从而获得所需性能的一种加工技术。2.铁碳合金相图中，Ac1是加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度，Accm是过共析钢加热时二次渗碳体完全溶解于奥氏体的温度，Ar3是亚共析钢冷却时奥氏体向铁素体转变的终了温度。3.完全退火的工艺是将钢加热到Ac3+30~50℃，保温后随炉冷却；其主要目的是细化晶粒、消除内应力、改善切削性能。4.淬火钢回火时，随着回火温度升高，其硬度降低，韧性提高；45钢淬火后经550℃回火得到的组织是回火索氏体。5.马氏体的硬度主要取决于碳含量；板条马氏体的亚结构是位错，针状马氏体的亚结构是孪晶。6.球化退火主要用于过共析钢（如工具钢），其目的是使渗碳体球化，以降低硬度、改善切削性能并为后续淬火做准备。7.感应加热表面淬火的主要特点是加热速度快、表层硬度高、变形小，通常用于中碳钢（如45钢）或中碳低合金钢的表面强化。8.渗碳工艺一般用于低碳钢或低碳合金钢（如20钢、20CrMnTi），渗碳后需进行淬火+低温回火处理，以获得表层高硬度、心部良好韧性的性能。二、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种工艺不属于钢的整体热处理？（）A.退火B.表面淬火C.正火D.回火答案：B2.亚共析钢正火的加热温度是（）A.Ac1+30~50℃B.Ac3+30~50℃C.Accm+30~50℃D.Ar1+30~50℃答案：B3.马氏体转变的主要特点是（）A.扩散型转变B.无碳原子扩散C.转变速度慢D.体积收缩答案：B4.45钢（含碳量0.45%）淬火后获得的组织是（）A.珠光体B.贝氏体C.马氏体D.索氏体答案：C5.以下哪种回火工艺可使钢获得良好的综合力学性能（强韧性匹配）？（）A.低温回火（150~250℃）B.中温回火（350~500℃）C.高温回火（500~650℃）D.等温回火答案：C6.过共析钢淬火时，若加热温度过高（超过Accm），可能导致的问题是（）A.奥氏体晶粒粗大B.未溶渗碳体过多C.淬火后硬度不足D.心部未淬透答案：A7.20CrMnTi齿轮渗碳后通常采用的热处理工艺是（）A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.正火D.退火答案：A8.以下哪种冷却介质的冷却能力最强？（）A.水B.油C.空气D.熔盐答案：A9.钢的淬透性主要取决于（）A.工件尺寸B.冷却介质C.碳含量和合金元素D.加热温度答案：C10.球化退火后，过共析钢的组织是（）A.片状珠光体B.粒状珠光体C.马氏体D.贝氏体答案：B三、判断题（每题1分，共10分）1.所有钢加热到奥氏体区后，冷却时都会发生马氏体转变。（×）（解析：只有冷却速度大于临界冷却速度（Vκ）时才会发生马氏体转变。）2.正火的冷却速度比退火快，因此正火后的组织更细，硬度和强度更高。（√）3.淬火钢回火时，回火温度越高，残余奥氏体转变越完全，硬度越低。（√）4.感应加热表面淬火的淬硬层深度主要取决于电流频率，频率越高，淬硬层越浅。（√）5.渗碳后的零件必须进行淬火处理，否则表层无法获得高硬度。（√）6.马氏体是一种硬而脆的组织，因此所有钢中马氏体含量越高，性能越差。（×）（解析：板条马氏体（低碳）具有良好的强韧性，并非完全脆。）7.完全退火适用于所有钢种，包括亚共析钢、共析钢和过共析钢。（×）（解析：过共析钢一般不采用完全退火，易导致网状渗碳体。）8.钢的淬硬性是指钢在淬火时获得马氏体的能力，主要取决于碳含量。（√）9.回火索氏体和索氏体的区别在于，前者是马氏体回火产物，后者是奥氏体直接冷却产物。（√）10.为避免淬火裂纹，形状复杂的工件应采用分级淬火或等温淬火。（√）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述退火与正火的主要区别及应用场合。答案：区别：①冷却方式：退火是随炉缓慢冷却（或埋砂冷却），正火是在空气中冷却；②组织：退火后为平衡组织（如片状珠光体+铁素体），正火后为伪共析组织（更细的珠光体）；③性能：正火后硬度、强度高于退火；④工艺成本：正火生产周期短，成本低。应用：退火用于亚共析钢的软化（改善切削性能）、消除内应力；正火用于亚共析钢的预处理（细化晶粒）、过共析钢消除网状渗碳体，或替代退火用于性能要求不高的零件。2.说明马氏体转变的主要特点及其对钢性能的影响。答案：特点：①无扩散性：仅原子集体切变，无成分变化；②切变共格性：新相（马氏体）与母相（奥氏体）保持共格关系；③高速性：转变速度极快（接近声速）；④不完全性：奥氏体无法100%转变为马氏体，残留部分残余奥氏体；⑤体积膨胀：马氏体比容大于奥氏体，导致淬火应力。影响：马氏体是钢中最硬的组织（硬度随碳含量升高而增加），但脆性大（尤其是高碳针状马氏体）；低碳马氏体（板条马氏体）因亚结构为位错，具有较好的强韧性。3.分析45钢（含碳0.45%）经“淬火+高温回火”后获得良好综合性能的原因。答案：45钢淬火后组织为马氏体（含残余奥氏体），硬度高但脆性大；高温回火（500~650℃）时，马氏体分解为铁素体和颗粒状渗碳体（即回火索氏体）。铁素体呈多边形，塑性、韧性良好；渗碳体颗粒细小弥散，起强化作用。因此，回火索氏体兼具较高的强度、硬度和良好的塑性、韧性，实现“强韧性匹配”。4.简述感应加热表面淬火的工艺过程及适用材料。答案：工艺过程：①将工件置于感应线圈中，通高频/中频电流，利用电磁感应使表层快速加热至奥氏体区（850~950℃）；②迅速喷水冷却，使表层发生马氏体转变，获得高硬度（50~58HRC）；③通常需进行低温回火（150~200℃）以消除淬火应力。适用材料：中碳钢（如45钢）、中碳低合金钢（如40Cr），因低碳钢表面淬火后硬度不足，高碳钢易开裂。5.列举三种常见的淬火缺陷，并分析其产生原因。答案：①淬火裂纹：原因包括材料含碳量或合金元素过高（脆性大）、加热温度过高（晶粒粗大）、冷却速度过快（应力超过强度极限）、工件截面尺寸突变（应力集中）。②淬火软点：原因是工件表面有氧化皮或脱碳层（局部未淬硬）、冷却介质不均匀（如水中有油或气泡）、加热不均匀（局部未达到奥氏体化温度）。③变形：原因是淬火时表层与心部冷却速度不一致（热应力）、马氏体转变体积膨胀（组织应力），导致工件翘曲或尺寸变化。五、综合分析题（20分）某工厂生产的45钢轴类零件（直径50mm，要求表面硬度50~55HRC，心部硬度25~30HRC），在使用过程中出现表面磨损严重、心部韧性不足的问题。请结合热处理知识，设计合理的热处理工艺路线，并说明各步骤的目的及组织转变。答案：工艺路线：正火→粗加工→感应加热表面淬火→低温回火→精加工。各步骤分析：1.正火（预处理）：加热至Ac3+30~50℃（约860~880℃），保温后空冷。-目的：细化原始组织（消除铸锻造成的粗大晶粒），均匀成分，为后续加工做准备；同时调整硬度（170~220HBW），改善切削性能。-组织转变：原始组织（珠光体+铁素体）→细片状珠光体+铁素体（伪共析组织）。2.感应加热表面淬火：将轴类零件表层快速加热至Ac3+50~100℃（约880~920℃），表层奥氏体化后喷水冷却。-目的：使表层获得高硬度的马氏体组织，满足表面耐磨要求。-组织转变：表层奥氏体→马氏体（含少量残余奥氏体）；心部因未达到奥氏体化温度，保持正火后的原始组织（珠光体+铁素体）。3.低温回火（150~200℃，保温1~2小时）：-目的：消除表层淬火应力（马氏体转变引起的组织应力），减少脆性，稳定尺寸；同时使残余奥氏体部分转变为回火马氏体，提高表面硬度均匀性。-组织转变：表层马氏体→回火马氏体（极细碳化物+过饱和铁素体）；心部组织不变（仍为珠光体+铁