2025年钢的热处理测试题及答案

2025年钢的热处理测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.亚共析钢进行完全退火时，加热温度应控制在（）A.Ac1以下30-50℃B.Ac1以上30-50℃C.Ac3以上30-50℃D.Accm以上30-50℃2.为获得良好的综合力学性能，45钢制造的轴类零件通常采用的热处理工艺是（）A.正火B.完全退火C.淬火+低温回火D.淬火+高温回火3.下列冷却介质中，冷却能力最强的是（）A.20℃清水B.10%NaCl水溶液C.矿物油D.空气4.第一类回火脆性（不可逆回火脆性）的温度区间是（）A.150-250℃B.250-350℃C.400-500℃D.500-650℃5.感应加热表面淬火时，电流频率越高，淬硬层深度（）A.越深B.越浅C.无影响D.先深后浅6.过共析钢淬火加热温度选择在Ac1+30-50℃的主要目的是（）A.获得细小奥氏体晶粒B.减少残余奥氏体量C.避免晶粒粗化D.以上都是7.球化退火主要用于（）A.亚共析钢B.共析钢C.过共析钢D.所有碳素钢8.下列组织中，硬度最高的是（）A.珠光体B.索氏体C.托氏体D.马氏体9.渗碳工艺的主要目的是（）A.提高表面硬度和耐磨性B.提高心部强度C.改善切削性能D.消除内应力10.等温淬火（贝氏体转变）的主要目的是获得（）A.高硬度B.良好的韧性C.高耐磨性D.高耐腐蚀性二、填空题（每空1分，共20分）1.钢的热处理基本原理是通过控制（）、（）和（），改变钢的内部组织，从而获得所需性能。2.奥氏体的形成过程包括（）、（）、（）和（）四个阶段。3.马氏体转变的主要特点是（）、（）和（）。4.常用的表面淬火方法有（）、（）和（）。5.回火的主要目的是（）、（）和（）。6.渗碳工艺通常分为（）、（）和（）三个阶段。7.衡量钢的淬透性的常用指标是（）和（）。三、简答题（每题8分，共40分）1.比较完全退火与正火的工艺区别及应用场景。2.说明马氏体转变的主要特征及其对钢性能的影响。3.分析回火过程中组织转变的四个阶段及对应的性能变化。4.为什么过共析钢淬火加热温度选择在Ac1+30-50℃而不是Ac3以上？5.感应加热表面淬火的工艺特点及适用范围是什么？四、计算题（每题10分，共20分）1.已知某45钢试样的奥氏体晶粒度为6级，根据晶粒度等级与晶粒直径的关系（G=1+log₂(N/64)，其中N为1in²面积中≥100倍放大时的晶粒数，1in=25.4mm），计算其实际晶粒直径（保留两位小数）。2.某钢的过冷奥氏体等温转变（C曲线）显示，获得全部马氏体所需的临界冷却速度为15℃/s。若该钢零件在油中冷却时的平均冷却速度为20℃/s，在水中冷却时的平均冷却速度为50℃/s，判断两种冷却介质是否能使零件完全淬硬，并说明原因。五、综合分析题（20分）某工厂用T10钢制造一批手工锯条，淬火后发现部分锯条硬度不足（HRC＜60），且表面存在氧化脱碳现象。结合热处理工艺原理，分析可能的原因，并提出改进措施。答案一、单项选择题1.C2.D3.B4.B5.B6.D7.C8.D9.A10.B二、填空题1.加热温度；保温时间；冷却速度2.奥氏体形核；奥氏体长大；残余渗碳体溶解；奥氏体成分均匀化3.无扩散性；切变共格性；体积膨胀4.感应加热表面淬火；火焰加热表面淬火；激光表面淬火5.消除内应力；稳定组织和尺寸；调整硬度和韧性6.强渗阶段；扩散阶段；降温淬火阶段7.临界淬透直径；端淬曲线三、简答题1.工艺区别：完全退火加热温度为Ac3+30-50℃，保温后随炉缓慢冷却；正火加热温度为Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）+30-50℃，保温后空冷。应用场景：完全退火用于亚共析钢消除内应力、细化晶粒、改善切削性能；正火用于提高低碳钢硬度（改善切削性）、作为中碳钢最终热处理（代替退火以提高效率）或高碳钢预备热处理（消除网状渗碳体）。2.马氏体转变特征：①无扩散性（原子不进行长程迁移，仅通过切变完成）；②切变共格性（新相与母相保持共格关系，形成表面浮凸）；③体积膨胀（马氏体比容大于奥氏体，导致淬火应力）；④转变不完全性（冷却至Mf以下仍有残余奥氏体）。对性能影响：马氏体是钢中最硬的组织（硬度随含碳量增加而升高），但脆性大；高碳马氏体（针状）易产生微裂纹，韧性差；低碳马氏体（板条状）具有较高强韧性。3.回火四阶段：①第一阶段（100-200℃）：马氏体分解，析出ε-碳化物（薄片状），形成回火马氏体（M回），硬度略有下降，内应力部分消除；②第二阶段（200-300℃）：残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体，硬度下降趋缓，内应力进一步降低；③第三阶段（250-400℃）：ε-碳化物转变为渗碳体（Fe3C），形成回火托氏体（T回），硬度显著下降，塑性、韧性提高；④第四阶段（400℃以上）：渗碳体聚集长大，α相发生回复与再结晶，形成回火索氏体（S回），硬度继续下降，综合力学性能最佳。4.过共析钢（含碳量＞0.77%）若加热至Ac3以上，会导致奥氏体晶粒粗化（因Accm＜Ac3，加热到Ac3时渗碳体已全部溶解，奥氏体含碳量高，晶粒易粗化）；同时，奥氏体含碳量过高会增加残余奥氏体量（淬火后残余奥氏体不易转变为马氏体），降低硬度；而加热至Ac1+30-50℃时，部分渗碳体未溶解，奥氏体含碳量适中（略高于共析成分），晶粒细小，淬火后得到细针状马氏体+少量残余奥氏体+未溶渗碳体，硬度高且耐磨性好。5.工艺特点：①加热速度快（表层几秒内达到淬火温度，心部未升温）；②淬硬层深度可控（通过调节电流频率，高频0.5-2mm，中频2-10mm，工频10-20mm）；③表面氧化脱碳少（加热时间短）；④生产效率高（适合批量生产）。适用范围：承受交变载荷、表面磨损的中碳钢（如45钢）或中碳低合金钢（如40Cr）零件，如齿轮、轴类、导轨等。四、计算题1.晶粒度等级G=6，代入公式G=1+log₂(N/64)，得6=1+log₂(N/64)→log₂(N/64)=5→N/64=2⁵=32→N=64×32=2048（个/in²）。实际晶粒直径d=1/√(N×放大倍数²/面积)，放大倍数100倍，面积1in²=25.4²mm²≈645.16mm²。实际晶粒数密度n=N/(100²)=2048/10000=0.2048个/mm²。则d=1/√n≈1/√0.2048≈2.21mm（注：此处公式需修正，正确计算应为：100倍下1in²内有N个晶粒，实际1mm²内的晶粒数n=N×(1in²)/(100²×1mm²)=2048×645.16/(10000×1)≈132.1个/mm²；实际晶粒直径d=1/√n≈1/√132.1≈0.087mm）。2.油中冷却速度20℃/s＞临界冷却速度15℃/s，能完全淬硬（获得全部马氏体）；水中冷却速度50℃/s＞15℃/s，也能完全淬硬。但实际生产中需考虑零件尺寸：若零件尺寸过大，心部冷却速度可能低于临界值，导致心部出现非马氏体组织。本题假设冷却速度为平均速度，故两种介质均能满足要求。五、综合分析题可能原因：①淬火加热温度不足（未达到Ac1+30-50℃，奥氏体未充分形成，淬火后马氏体量少）；②保温时间过短（碳化物未充分溶解，奥氏体含碳量低）；③冷却速度不够（油冷或冷却介质温度过高，未达到临界冷却速度，部分组织转变为珠光体或贝氏体）；④表面氧化脱碳（加热时炉内气氛控制不严，表面碳含量降低，淬火后表面马氏体含碳量不足，硬度下降）。改进措施：①调整加热温度至Ac1（T10钢Ac1≈730℃）+30-50℃（