金属热处理试题及答案

金属热处理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种热处理工艺的主要目的是消除内应力、降低硬度、改善切削性能？A.完全退火B.球化退火C.去应力退火D.扩散退火答案：C解析：去应力退火通过加热至Ac1以下（500-650℃），缓慢冷却，主要用于消除铸造、焊接或冷加工后的残余应力，同时降低硬度；完全退火用于亚共析钢细化组织；球化退火针对过共析钢；扩散退火用于消除成分偏析。2.45钢（含碳量0.45%）加热至850℃保温后，随炉冷却得到的组织是？A.铁素体+珠光体B.珠光体+二次渗碳体C.马氏体+残余奥氏体D.索氏体+铁素体答案：A解析：45钢为亚共析钢，Ac3约800℃，加热至850℃（Ac3以上30-50℃）完全奥氏体化，随炉冷却（退火冷却方式）发生珠光体转变，最终组织为铁素体（先共析）+珠光体。3.高速钢刀具（W18Cr4V）淬火后需进行多次回火，其主要原因是？A.消除残余奥氏体B.提高硬度C.降低脆性D.细化晶粒答案：A解析：高速钢淬火后残余奥氏体量高达25-30%，需通过560℃三次回火，促使残余奥氏体转变为马氏体（二次淬火），同时析出细小碳化物（二次硬化），最终残余奥氏体量降至1-3%。4.下列哪种淬火介质的冷却速度最快？A.油B.水C.5%NaCl水溶液D.空气答案：C解析：5%NaCl水溶液因盐的析出破坏蒸汽膜，冷却速度远高于纯水（约为水的1.5倍）；油的冷却速度低于水；空气最慢。5.共析钢（T8钢）的过冷奥氏体在550-350℃区间等温转变会得到？A.珠光体B.贝氏体C.马氏体D.索氏体答案：B解析：共析钢C曲线中，鼻尖（约550℃）以上为珠光体转变区（A1-550℃），鼻尖以下至Ms（约230℃）为贝氏体转变区（550-230℃），Ms以下为马氏体转变区。6.下列哪种热处理工艺属于表面热处理？A.完全退火B.渗碳淬火C.高温回火D.球化退火答案：B解析：渗碳淬火通过表层增碳后淬火，仅改变表层组织（高硬度马氏体），心部保持原有韧性，属于表面热处理；其余选项均为整体热处理。7.为改善T12钢（过共析钢）的切削性能，应采用？A.完全退火B.球化退火C.正火D.淬火+低温回火答案：B解析：T12钢含碳量高（1.2%），原始组织为珠光体+网状二次渗碳体，硬度高、切削困难；球化退火通过加热至Ac1以上（730-750℃），缓慢冷却，使渗碳体球化，形成粒状珠光体，降低硬度（HB180-220），改善切削性能。8.马氏体的硬度主要取决于？A.奥氏体晶粒大小B.含碳量C.冷却速度D.合金元素含量答案：B解析：马氏体硬度与含碳量呈正相关（C%↑，硬度↑），当C%>0.6%时，硬度增长趋缓（因残余奥氏体增加）；合金元素主要影响淬透性而非硬度。9.下列哪种缺陷属于热处理常见的表面缺陷？A.心部软点B.脱碳C.晶粒粗大D.回火脆性答案：B解析：脱碳是加热时表层碳与炉气反应导致含碳量降低的现象，属于表面缺陷；心部软点是淬火不充分导致的内部缺陷；晶粒粗大是加热温度过高的组织缺陷；回火脆性是回火后韧性下降的性能缺陷。10.20钢渗碳后通常进行的热处理是？A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.正火D.退火答案：A解析：20钢渗碳后表层含碳量达0.8-1.0%，淬火（加热至Ac1以上，避开心部奥氏体化温度）得到高硬度马氏体，低温回火（150-200℃）消除淬火应力，保持高硬度（HRC58-62），满足耐磨要求。11.下列哪种因素会降低钢的淬透性？A.增加含碳量（C%<0.6%）B.加入Cr、Mo等合金元素C.细化奥氏体晶粒D.提高加热温度使奥氏体成分均匀化答案：C解析：淬透性是钢在淬火时获得马氏体的能力，主要取决于过冷奥氏体稳定性（C曲线右移）。细化奥氏体晶粒会减少晶界（形核位置），降低过冷奥氏体稳定性，使C曲线左移，淬透性下降；其余选项均提高淬透性。12.退火与正火的主要区别在于？A.加热温度不同B.冷却方式不同C.加热时间不同D.应用对象不同答案：B解析：退火采用随炉冷却（缓慢），正火采用空冷（较快），导致最终组织不同（退火为珠光体+铁素体，正火为索氏体+铁素体），性能差异（正火硬度、强度更高）。13.第一类回火脆性（不可逆回火脆性）发生在？A.150-250℃B.250-400℃C.400-550℃D.550-650℃答案：B解析：第一类回火脆性在250-400℃出现，与马氏体分解时碳化物沿晶界析出有关，无法通过重新回火消除，需避开此温度区间。14.感应加热表面淬火的主要特点是？A.加热速度慢，表层氧化脱碳严重B.表层加热深度可控，心部组织不变C.适用于所有钢种D.设备简单，成本低答案：B解析：感应加热利用电磁感应快速加热表层（速度可达100-1000℃/s），加热深度由电流频率控制（高频0.5-2mm，中频2-10mm），心部未加热，组织保持不变；氧化脱碳轻，适用于中碳钢（如45钢）。15.为使40Cr钢（合金结构钢）获得良好的综合力学性能（强韧性匹配），应采用？A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火D.正火答案：C解析：淬火+高温回火（500-650℃）得到回火索氏体，具有良好的综合性能（抗拉强度650-800MPa，延伸率15-20%），是调质处理的典型工艺。二、填空题（每空1分，共20分）1.钢的热处理基本原理是通过加热、保温、冷却三个阶段，改变钢的内部组织，从而获得所需性能。2.铁碳相图中，A1温度是727℃（共析转变温度），A3是亚共析钢奥氏体与铁素体平衡线，Acm是过共析钢奥氏体与渗碳体平衡线。3.马氏体转变的主要特点包括无扩散性、切变共格性、高速形核和体积膨胀。4.常用的表面淬火方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光表面淬火。5.回火的主要类型有低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）和高温回火（500-650℃）。6.影响奥氏体晶粒长大的主要因素是加热温度和保温时间，以及钢中的合金元素（如Al、Ti可细化晶粒）。7.淬火时，为避免零件变形或开裂，应选择临界冷却速度以上、尽可能缓慢的冷却速度。8.球化退火的主要目的是使钢中的渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）1.所有钢种淬火后都能得到马氏体。（×）解析：仅当冷却速度大于临界冷却速度（V冷>V临）时，过冷奥氏体才会转变为马氏体；若V冷<V临，会发生珠光体或贝氏体转变。2.正火的冷却速度比退火快，因此正火后的硬度和强度比退火高。（√）解析：正火空冷（较快），退火随炉冷（缓慢），正火得到更细的珠光体（索氏体），硬度（HB170-230）高于退火（HB150-200）。3.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：低碳马氏体（C%<0.2%）具有良好的强韧性（位错马氏体），高碳马氏体（C%>0.6%）硬而脆（孪晶马氏体），需通过回火改善性能。4.去应力退火的加热温度应高于Ac1，以确保内应力充分消除。（×）解析：去应力退火加热至Ac1以下（500-650℃），避免组织相变，仅通过回复消除应力；若超过Ac1会发生奥氏体化，冷却后组织改变。5.渗碳后的零件必须进行淬火+低温回火，才能获得高硬度表层。（√）解析：渗碳后表层为高碳奥氏体，淬火转变为马氏体，低温回火消除应力，保持高硬度（HRC58-62），否则表层为珠光体，硬度不足。6.第一类回火脆性可通过重新加热至脆性温度以上回火后快冷来消除。（×）解析：第一类回火脆性不可逆，无法通过重新回火消除，需避开250-400℃回火；第二类回火脆性（450-650℃）可通过快冷（如水冷）消除。7.感应加热表面淬火的加热深度与电流频率有关，频率越高，加热深度越浅。（√）解析：高频电流集肤效应显著，表层电流密度大，加热深度小（0.5-2mm）；中频（2.5-8kHz）加热深度2-10mm；工频（50Hz）可达10-20mm。8.奥氏体晶粒越细，钢的淬透性越好。（×）解析：奥氏体晶粒细化会减少晶界（过冷奥氏体形核位置），降低其稳定性（C曲线左移），淬透性下降；粗晶粒奥氏体稳定性高，淬透性更好。9.45钢经调质处理（淬火+高温回火）后，组织为回火索氏体，具有良好的综合性能。（√）解析：回火索氏体是铁素体基体+细粒状碳化物，强韧性匹配，抗拉强度650-800MPa，延伸率15-20%，适用于轴类零件。10.球化退火主要用于亚共析钢，以改善切削性能。（×）解析：球化退火主要用于过共析钢（如T8、T12），将网状渗碳体球化，降低硬度；亚共析钢常用完全退火或正火。四、简答题（每题6分，共30分）1.比较完全退火与球化退火的工艺参数及应用场景。答：工艺参数：完全退火加热至Ac3以上30-50℃（亚共析钢），保温后随炉冷却；球化退火加热至Ac1以上20-30℃（过共析钢），保温后缓冷或等温（700-720℃）。应用场景：完全退火用于亚共析钢（如45钢），细化晶粒、消除内应力、降低硬度；球化退火用于过共析钢（如T12钢），使渗碳体球化，改善切削性能（硬度HB180-220），为后续淬火做准备。2.解释“淬透性”与“淬硬层深度”的区别，并说明影响淬透性的主要因素。答：区别：淬透性是钢在淬火时获得马氏体的能力（固有属性），由C曲线位置决定；淬硬层深度是实际零件淬火后马氏体层的深度（受零件尺寸、冷却介质影响）。影响因素：含碳量（C%↑，淬透性↑，C%>0.6%后趋缓）、合金元素（Cr、Mo、Mn等阻碍碳扩散，C曲线右移，淬透性↑）、奥氏体晶粒大小（粗晶粒↑淬透性）。3.简述马氏体转变的主要特点及其对钢性能的影响。答：特点：无扩散性（原子不移动，切变完成）、切变共格性（与母相奥氏体保持共格关系）、高速形核（瞬间完成）、体积膨胀（比容比奥氏体大3-5%）。性能影响：高硬度（C%↑，硬度↑）、高脆性（高碳马氏体孪晶结构）、相变应力大（易变形开裂）；低碳马氏体（位错结构）强韧性较好。4.分析淬火零件出现“软点”的可能原因及预防措施。答：原因：淬火介质中局部温度过高（如介质循环不良）、零件表面有氧化皮或油污（阻碍冷却）、加热温度不足（奥氏体未完全均匀化）、零件截面尺寸差异大（薄处冷却快，厚处冷却慢）。预防措施：加强介质循环（搅拌或循环泵）、淬火前清理表面（酸洗或喷砂）、确保加热温度均匀（控制炉温偏差±10℃）、对复杂零件采用阶梯式加热或预冷。5.说明感应加热表面淬火与渗碳淬火的区别（从工艺、组织、应用三方面）。答：工艺：感应加热表面淬火是整体加热表层（快速加热+水淬），无需改变成分；渗碳淬火是表层增碳（900-950℃渗碳）后整体淬火。组织：感应加热表层为马氏体（含碳量与心部相同），心部为原始组织（如珠光体+铁素体）；渗碳淬火表层为高碳马氏体（含碳0.8-1.0%），心部为低碳马氏体或原始组织（视心部淬透性）。应用：感应加热适用于中碳钢（45钢、40Cr），要求表层耐磨、心部韧性（如齿轮、轴）；渗碳淬火适用于低碳钢（20钢、20CrMnTi），要求表层高硬度、心部强韧性（如汽车齿轮）。五、综合分析题（每题10分，共20分）1.某工厂需加工一根45钢传动轴（直径50mm，要求表面硬度HRC50-55，心部硬度HRC25-30，综合性能良好），请设计其热处理工艺路线，并说明各步骤的作用。答：工艺路线：正火→粗加工→调质处理→精加工→感应加热表面淬火+低温回火。正火：加热至850℃（Ac3以上30-50℃），空冷，细化原始组织（铁素体+珠光体），消除铸造应力，改善切削性能（硬度HB170-230）。调质处理：淬火（840℃水淬）→高温回火（550℃），得到回火索氏体，心部获得良好综合性能（抗拉强度650-800MPa，延伸率15-20%），硬度HRC25-30。感应加热表面淬火：高频加热表层至850℃（Ac3以上），水淬，表层转变为马氏体，硬度HRC58-62。低温回火（180℃）：消除表层淬火应力，稳定组织，硬度降至HRC50-55，提高耐磨性。2.分析T12钢（过共析钢，含碳1.2%）冲头在淬火过程中可能出现的缺陷及预防措施。答：可能缺陷及预防：淬火裂纹：T12钢含碳高，淬火应力大（组织应力+热应力）。预防：采用分级淬火（先在200℃硝盐浴中停留，减少内外温差）或等温淬火（250-300℃贝氏体转变）；淬火前进行球