2025年热处理工(高级)考试真题及答案解析

2025年热处理工(高级)考试练习题及答案解析一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.45钢的Ac3温度约为（）。A.727℃B.780℃C.830℃D.900℃2.真空热处理炉的主要优点是（）。A.加热速度快B.工件无氧化脱碳C.设备成本低D.适用于大尺寸工件3.等温淬火（贝氏体转变）的主要目的是（）。A.提高硬度B.获得马氏体C.减少变形开裂D.细化晶粒4.球化退火主要用于（）。A.高碳钢B.低碳钢C.不锈钢D.铝合金5.感应加热表面淬火时，高频电源（频率100500kHz）适用于（）。A.深层硬化（510mm）B.浅层硬化（0.52mm）C.中深层硬化（25mm）D.整体淬火6.38CrMoAl钢渗氮前需进行（）预处理。A.完全退火B.调质处理C.正火D.去应力退火7.回火索氏体与回火屈氏体的主要区别是（）。A.碳化物形态B.含碳量C.形成温度D.基体组织8.高速钢刀具淬火后需进行多次回火（通常560℃×3次），主要目的是（）。A.消除残余奥氏体B.提高硬度C.减少内应力D.细化晶粒9.铝合金固溶处理后需进行（）。A.自然时效或人工时效B.完全退火C.正火D.等温退火10.测定钢的淬透性常用的方法是（）。A.洛氏硬度试验B.布氏硬度试验C.端淬试验（Jominy试验）D.维氏硬度试验二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.影响奥氏体晶粒长大的因素包括（）。A.加热温度B.保温时间C.钢中碳含量D.合金元素（如Ti、V）2.淬火裂纹的产生原因可能有（）。A.工件形状复杂（截面突变）B.淬火介质冷却速度过快C.奥氏体晶粒粗大D.回火不及时3.真空渗碳的优点包括（）。A.渗碳层均匀B.表面无氧化脱碳C.可精确控制碳势D.设备成本低4.调质处理（淬火+高温回火）后的组织为回火索氏体，其性能特点是（）。A.高强度B.高塑性C.高韧性D.高硬度5.感应加热表面淬火的工艺参数包括（）。A.加热功率B.加热时间C.冷却介质D.工件移动速度三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.钢的临界冷却速度（Vk）是指获得全部马氏体组织所需的______冷却速度。2.珠光体转变属于______转变（填“扩散型”或“无扩散型”）。3.气体渗碳常用的渗碳剂有______（列举1种）。4.铝合金时效强化的本质是______析出强化。5.火焰表面淬火的燃料通常为______（填“乙炔氧气”或“天然气空气”）。6.为防止第二类回火脆性（高温回火脆性），含Cr、Ni的钢回火后应采用______冷却（填“空冷”或“油冷/水冷”）。7.马氏体的硬度主要取决于______（填“含碳量”或“合金元素含量”）。8.等温退火的工艺是将钢加热至Ac3（或Accm）以上后，快冷至______区等温，待转变完成后空冷。9.常用的淬火介质中，水的冷却能力比油______（填“强”或“弱”）。10.40Cr钢（含Cr约1%）的淬透性比45钢______（填“好”或“差”）。四、简答题（共5题，共30分）1.（封闭型，6分）简述感应加热表面淬火的工艺要点。2.（开放型，6分）某工厂生产的20CrMnTi齿轮渗碳后淬火，发现表面硬度不足（要求≥60HRC），可能的原因有哪些？3.（封闭型，6分）说明真空热处理炉的基本组成（至少4个部分）。4.（开放型，6分）如何通过热处理工艺控制减少高碳钢（如T10钢）刀具的淬火变形？5.（开放型，6分）比较渗碳与渗氮工艺的主要区别（至少3点）。五、应用题（共5题，共35分）1.（计算类，7分）某45钢轴类零件（直径φ50mm，长度1000mm）需进行整体淬火，采用箱式炉加热（经验公式：加热时间t=α×D，其中α=1.5min/mm，D为有效厚度）。计算该零件的加热时间（有效厚度取直径）。2.（分析类，7分）某40Cr钢齿轮（要求综合力学性能：抗拉强度≥800MPa，伸长率≥12%），需制定调质处理工艺（包括淬火温度、冷却介质、回火温度及回火后的组织）。（已知40Cr的Ac3≈830℃）3.（综合类，7分）某工厂生产的45钢轴（直径φ30mm）淬火后发现表面存在软点（局部硬度低于50HRC），分析可能的原因并提出解决措施。4.（分析类，7分）某高速钢（W18Cr4V）刀具淬火后硬度不足（要求≥63HRC），检测发现残余奥氏体含量过高（>25%），应如何调整后续热处理工艺以提高硬度？5.（综合类，7分）设计20钢（低碳钢）齿轮的表面强化热处理工艺（要求表面硬度≥58HRC，心部具有良好韧性），并说明各步骤的目的。答案及解析一、单项选择题1.C（45钢的Ac3温度约为830℃，Ac1约为727℃）。2.B（真空热处理的核心优势是无氧化脱碳，工件表面质量高）。3.C（等温淬火获得贝氏体，韧性好，变形开裂倾向小）。4.A（球化退火用于高碳钢，改善切削性能，为淬火做准备）。5.B（高频感应加热穿透深度浅，适用于浅层硬化）。6.B（38CrMoAl渗氮前需调质处理，保证心部性能）。7.A（回火索氏体的碳化物呈球状，回火屈氏体呈细片状）。8.A（高速钢淬火后残余奥氏体多，多次回火促进其转变为马氏体）。9.A（铝合金固溶处理后需时效，析出强化相）。10.C（端淬试验是测定淬透性的标准方法）。二、多项选择题1.ABCD（加热温度越高、时间越长，晶粒越粗大；碳含量高或含强碳化物形成元素（如Ti、V）可阻碍晶粒长大）。2.ABCD（形状复杂导致应力集中，冷却过快、晶粒粗大增加脆性，回火不及时残余应力大）。3.ABC（真空渗碳设备成本高，但控制精度和表面质量好）。4.ABC（回火索氏体综合力学性能优异，硬度中等）。5.ABCD（功率、时间影响加热深度，冷却介质影响淬火效果，移动速度控制加热均匀性）。三、填空题1.最小2.扩散型（珠光体由铁素体和渗碳体组成，需碳原子扩散）3.煤油（或甲醇、丙烷等）4.第二相（或强化相）5.乙炔氧气（火焰温度更高）6.油冷/水冷（快速冷却避开脆性温度区）7.含碳量（马氏体硬度随含碳量增加而提高）8.珠光体（或A1以下珠光体转变区）9.强（水的冷却速度远高于油）10.好（Cr提高淬透性）四、简答题1.工艺要点：①选择合适频率（高频用于浅层，中频用于深层）；②控制加热功率和时间（避免过热或加热不足）；③淬火介质（常用水或水溶性淬火剂）；④回火处理（消除应力，稳定组织，通常180200℃低温回火）。2.可能原因：①渗碳温度过低或时间不足（渗碳层碳浓度低）；②淬火温度过低（奥氏体未充分溶解碳）；③淬火介质冷却速度不足（未完全转变为马氏体）；④表面氧化脱碳（渗碳后未保护，表面碳含量降低）；⑤材料成分偏差（如含碳量过低或合金元素不足）。3.基本组成：①炉体（真空密封结构）；②加热系统（电阻丝或石墨加热器）；③真空系统（真空泵、真空阀）；④冷却系统（气体或油循环冷却）；⑤控制系统（温度、真空度、碳势控制）。4.控制措施：①预热处理（球化退火，均匀组织）；②加热工艺（阶梯式升温，减少热应力）；③淬火介质（选用冷却速度适中的介质，如油或分级淬火）；④淬火方式（采用等温淬火或贝氏体转变）；⑤及时回火（淬火后12小时内回火，消除应力）。5.主要区别：①温度：渗碳850950℃，渗氮500580℃；②时间：渗碳几小时至几十小时，渗氮几十小时至百小时；③表层组织：渗碳后淬火得高碳马氏体，渗氮得氮化物（如Fe4N）；④性能：渗碳层硬度高但耐磨性低于渗氮，渗氮层更薄但抗咬合性好；⑤适用材料：渗碳用于低碳钢，渗氮用于含Al、Cr、Mo的钢（如38CrMoAl）。五、应用题1.计算：有效厚度D=50mm，加热时间t=1.5min/mm×50mm=75min。解析：箱式炉加热时间通常按有效厚度计算，经验公式适用于碳素钢，α取值1.5min/mm（合金钢需调整α值）。2.工艺制定：淬火温度：850870℃（Ac3+2040℃，保证奥氏体均匀化）；冷却介质：油（40Cr淬透性较好，油冷可避免水淬开裂）；回火温度：500600℃（根据性能要求，800MPa对应回火温度约550℃）；回火组织：回火索氏体（保证综合力学性能）。3.原因分析：①表面氧化脱碳（加热时未保护，碳含量降低）；②淬火介质中存在杂质（如油中有水，局部冷却速度不足）；③工件表面有油污或氧化皮（阻碍淬火介质接触）；④感应加热时功率分布不均（局部未达到淬火温度）。解决措施：①加热时通入保护气氛（如氮气+甲醇）；②定期清理淬火介质（过滤杂质）；③淬火前清理工件表面（去除油污、氧化皮）；④调整感应加热参数（确保表面均匀加热）。4.调整工艺：①进行深冷处理（70~196℃），促使残余奥氏体转变为马氏体；②增加回火次数（如560℃回火4次，每次1小时），残余奥氏体在回火过程中分解；③优化淬火冷却（提高冷却速度，减少残余奥氏体量）。5.工艺设计：渗碳