热处理工试题带答案

热处理工试题带答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种热处理工艺属于预备热处理？（）A.表面淬火B.调质处理C.时效处理D.去应力退火答案：D解析：预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力或为最终热处理做组织准备。去应力退火主要用于消除铸件、焊接件等的残余应力，属于预备热处理；表面淬火、调质（淬火+高温回火）和时效处理（稳定尺寸）多为最终热处理或特殊处理。2.45钢（含碳量0.45%）的淬火加热温度通常选择（）A.Ac1以下30-50℃B.Ac3以上30-50℃C.Accm以上30-50℃D.Ar1以下30-50℃答案：B解析：亚共析钢（含碳量＜0.77%）的淬火加热温度为Ac3+30-50℃，目的是获得均匀的奥氏体组织；共析钢（0.77%）为Ac1+30-50℃；过共析钢（＞0.77%）为Ac1+30-50℃（保留部分未溶碳化物以提高硬度和耐磨性）。45钢为亚共析钢，故选B。3.以下哪种冷却介质的冷却速度最快？（）A.水（20℃）B.油（60℃）C.空气D.熔盐（180℃）答案：A解析：常见冷却介质的冷却速度顺序为：水＞油＞熔盐＞空气。水在650-550℃（奥氏体最不稳定区）的冷却速度约为600℃/s，油约为150℃/s，熔盐（等温淬火介质）和空气更慢。4.球化退火主要用于（）A.改善低碳钢的切削性能B.消除高碳钢的网状碳化物C.提高工具钢的硬度D.获得片层状珠光体答案：B解析：球化退火的目的是将过共析钢（如T10钢）中的片状珠光体或网状碳化物转化为球状珠光体，降低硬度（HB180-220），改善切削性能，并为后续淬火做组织准备。低碳钢一般采用正火改善切削性能；提高硬度需淬火+回火；片层状珠光体是正火或完全退火的产物。5.真空热处理的主要优点不包括（）A.零件无氧化脱碳B.变形量小C.设备成本低D.表面质量高答案：C解析：真空热处理需在真空炉中进行，设备投资和维护成本较高；其优点包括无氧化脱碳（表面光亮）、变形小（缓慢均匀冷却）、可实现淬火+回火一体化等。6.以下哪种组织的硬度最高？（）A.珠光体B.贝氏体C.马氏体D.铁素体答案：C解析：马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，晶格畸变严重，硬度最高（HRC60-65）；贝氏体（HRC40-55）次之；珠光体（HB180-280）；铁素体（HB50-80）。7.感应加热表面淬火的淬硬层深度主要取决于（）A.加热时间B.电流频率C.冷却速度D.工件材料答案：B解析：感应加热的集肤效应中，电流频率越高，表层电流密度越大，加热层越薄。高频（200-300kHz）淬硬层0.5-2mm，中频（2.5-8kHz）2-10mm，工频（50Hz）10-20mm。8.调质处理的工艺是（）A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火D.正火+高温回火答案：C解析：调质处理是淬火后进行高温回火（500-650℃），获得回火索氏体组织，综合力学性能（强度、塑性、韧性）优良，广泛用于轴类、齿轮等零件。9.以下哪种缺陷属于热处理常见表面缺陷？（）A.心部软点B.网状碳化物C.氧化皮D.白点答案：C解析：氧化皮是加热时金属与炉气反应生成的表面缺陷；心部软点（冷却不足）、网状碳化物（过共析钢加热温度过高或冷却太慢）、白点（氢脆引起的内部裂纹）属于内部或组织缺陷。10.回火脆性的本质是（）A.马氏体分解B.残余奥氏体转变C.杂质元素在晶界偏聚D.碳化物粗化答案：C解析：第一类回火脆性（250-400℃）与马氏体分解时碳化物沿晶界析出有关；第二类回火脆性（450-650℃）与Sb、Sn、P等杂质元素在原奥氏体晶界偏聚，降低晶界结合力有关。11.以下哪种钢适合采用等温淬火？（）A.20钢B.45钢C.T8钢D.65Mn答案：D解析：等温淬火（贝氏体转变）需钢具有足够的淬透性，以保证在等温温度下完成贝氏体转变。65Mn（弹簧钢）淬透性较好，等温淬火可获得下贝氏体（良好的强韧性）；20钢（低碳钢）淬透性差，45钢（中碳钢）等温淬火易出现珠光体，T8钢（共析钢）等温淬火需严格控制温度。12.盐浴炉加热的主要优点是（）A.加热速度慢B.温度均匀性差C.表面氧化严重D.加热速度快、表面脱碳少答案：D解析：盐浴炉通过熔盐（如NaCl、KCl、BaCl₂）传热，加热速度快（比箱式炉快3-5倍），且熔盐隔绝空气，零件表面氧化脱碳少，适用于精密零件的加热。13.以下哪种工艺可用于消除铝合金的时效强化效果？（）A.固溶处理B.退火C.正火D.回火答案：B解析：铝合金的时效强化（如6061-T6）是通过固溶处理+人工时效获得的。退火（加热至再结晶温度以上，缓慢冷却）可消除内部应力，使析出相重新溶解或粗化，降低硬度和强度。14.渗碳工艺的主要目的是（）A.提高表层硬度和耐磨性B.提高心部强度C.改善切削性能D.消除内应力答案：A解析：渗碳是将低碳钢（如20CrMnTi）表层碳含量提高至0.8-1.2%，经淬火+低温回火后，表层获得高硬度（HRC58-64）的马氏体，心部保持良好的韧性，适用于齿轮、轴类等承受磨损和冲击的零件。15.以下哪种设备用于测量炉温均匀性？（）A.洛氏硬度计B.红外测温仪C.热电偶多点记录仪D.金相显微镜答案：C解析：炉温均匀性需通过在炉内不同位置布置热电偶，连接多点记录仪同步测量各点温度，计算最大温差。红外测温仪用于非接触式单点测温，硬度计测硬度，金相显微镜观察组织。二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.马氏体转变是扩散型相变，需要原子长距离迁移。（）答案：×解析：马氏体转变是无扩散型相变，碳原子不扩散，仅通过切变方式形成过饱和固溶体。2.高温回火后的组织是回火屈氏体，硬度较高（HRC40-50）。（）答案：×解析：高温回火（500-650℃）得到回火索氏体（铁素体基体+细粒状碳化物），硬度HRC20-35；中温回火（350-500℃）得到回火屈氏体（HRC40-50）。3.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。（）答案：√解析：正火在空气中冷却，退火在炉内缓慢冷却（或随炉冷却），冷却速度越快，珠光体片层越细，硬度和强度越高。4.为防止淬火变形，形状复杂的零件应采用快速冷却介质（如水）。（）答案：×解析：形状复杂零件淬火时，快速冷却（如水）会因内外温差大产生较大应力，易变形或开裂，应采用缓冷介质（如油）或分级淬火（先在熔盐中停留）。5.感应加热表面淬火后一般需要进行低温回火，以消除内应力。（）答案：√解析：表面淬火后表层为高硬度马氏体，存在较大内应力，低温回火（150-200℃）可降低应力，提高韧性，避免开裂。6.去应力退火的加热温度应高于Ac1，以保证内应力充分消除。（）答案：×解析：去应力退火加热温度一般为500-650℃（低于Ac1），通过原子扩散松弛应力，不发生相变；若高于Ac1会发生奥氏体转变，冷却后产生新的应力。7.真空淬火时，零件表面会因真空环境而脱碳。（）答案：×解析：真空热处理中，炉内氧分压极低，金属不会氧化脱碳；若炉内残留少量氧气，可能发生轻微氧化，但脱碳需碳与氧反应，真空环境下难以进行。8.球墨铸铁的等温淬火（贝氏体球铁）可获得比普通淬火更高的强韧性。（）答案：√解析：球墨铸铁等温淬火后得到下贝氏体+球状石墨组织，下贝氏体的强韧性优于马氏体，因此综合性能更优（如QT800-5）。9.渗氮工艺的加热温度（500-580℃）比渗碳（900-950℃）低，因此渗氮层深度更浅。（）答案：√解析：渗氮靠氮原子在铁素体中的扩散，温度低、时间长（20-100小时），但扩散系数小，层深仅0.1-0.6mm；渗碳在奥氏体区进行，碳原子扩散快，层深可达0.5-2mm。10.盐浴炉使用前需进行脱氧处理，否则熔盐中的氧化物会导致零件表面氧化。（）答案：√解析：盐浴长期使用会吸收水分和氧气，生成氧化物（如BaO），脱氧处理（加入硅铁粉、木炭等）可还原氧化物，减少零件氧化脱碳。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述完全退火与球化退火的工艺差异及应用场景。答案：工艺差异：完全退火：加热至Ac3以上30-50℃（亚共析钢），保温后随炉缓慢冷却，得到片状珠光体+铁素体组织。球化退火：加热至Ac1以上20-30℃（过共析钢），保温后缓冷或等温（Ar1以下），使片状珠光体或网状碳化物转化为球状珠光体。应用场景：完全退火用于亚共析钢（如45钢），改善切削性能（降低硬度）、消除内应力或细化粗大组织。球化退火用于过共析钢（如T10、Cr12MoV），降低硬度（HB180-220），改善切削性能，并为后续淬火做组织准备（避免淬火开裂）。2.分析淬火裂纹的主要成因及预防措施。答案：主要成因：应力过大：淬火冷却时，表层先冷却收缩，心部后冷却，产生热应力；马氏体转变时体积膨胀（比容增大），产生组织应力，两者叠加超过材料强度极限。材料缺陷：原始组织中有网状碳化物、夹杂物，或零件存在尖锐棱角（应力集中）。工艺不当：加热温度过高（晶粒粗大，脆性增加）、冷却介质选择错误（如水冷代替油冷）、淬火后未及时回火。预防措施：优化设计：避免零件截面突变，倒圆尖锐棱角。控制加热：严格控制淬火温度（避免过热），采用预热（减少温差）。改进冷却：使用分级淬火（先在熔盐中停留）或等温淬火（减少应力），选择合适的冷却介质（如油冷代替水冷）。及时回火：淬火后1-2小时内进行回火，消除内应力。3.说明回火的目的及不同回火温度对应的组织和性能。答案：回火目的：消除淬火内应力，防止变形开裂。稳定组织，防止零件在使用中尺寸变化。调整力学性能（通过控制回火温度，获得所需的硬度、强度、韧性）。不同回火温度的组织与性能：低温回火（150-250℃）：组织为回火马氏体（极细碳化物+残留奥氏体），硬度HRC58-64，高硬度、高耐磨性，用于刀具、量具。中温回火（350-500℃）：组织为回火屈氏体（细片状碳化物+铁素体），硬度HRC35-50，高弹性极限，用于弹簧、模具。高温回火（500-650℃）：组织为回火索氏体（细粒状碳化物+铁素体），硬度HRC20-35，优良的综合力学性能（强韧性匹配），用于轴类、齿轮（调质处理）。4.比较气体渗碳与真空渗碳的优缺点。答案：气体渗碳：优点：设备成本低，工艺成熟，渗碳层均匀，可处理批量零件。缺点：存在氧化脱碳（需控制炉气碳势），渗碳时间长（900-950℃保温数小时），零件表面易积碳（需定期清理）。真空渗碳：优点：无氧化脱碳（表面光亮），渗碳温度高（1000-1100℃）可缩短时间（扩散系数大），碳势控制精确（通过脉冲式通渗碳剂），适合精密零件（如航空齿轮）。缺点：设备投资高（需真空炉），对装炉方式要求严格（避免零件遮挡影响渗碳均匀性），维护成本高。5.简述热处理工艺卡的主要内容及编制原则。答案：主要内容：零件信息：材料、规格、数量、图号。工艺参数：加热温度（℃）、保温时间（min）、冷却方式（介质、温度、时间）、回火温度及时间。技术要求：硬度（HRC/HB）、渗层深度（mm）、显微组织（如马氏体级别）、变形量（mm）。设备信息：炉型（箱式炉/井式炉/真空炉）、工装（夹具/料盘）。编制原则：依据材料特性：如亚共析钢淬火温度为Ac3+30-50℃，过共析钢为Ac1+30-50℃。结合零件用途：承受磨损的零件需高硬度（低温回火），承受冲击的零件需综合性能（高温回火）。考虑设备能力：盐浴炉加热快，适合小零件；井式炉适合长轴类零件垂直加热（减少变形）。符合工艺纪律：关键参数（如保温时间）需通过试验验证（如每毫米有效厚度1-1.5min）。四、计算题（每题8分，共16分）1.某45钢轴类零件，直径Φ60mm，长度1500mm，采用箱式炉加热淬火，加热系数取1.2min/mm（有效厚度为直径）。计算其加热时间（需考虑装炉方式修正：单件直立装炉修正系数1.1）。答案：有效厚度δ=直径=60mm基础加热时间t₀=δ×加热系数=60mm×1.2min/mm=72min装炉修正后时间t=t₀×修正系数=72min×1.1=79.2min≈80min解析：加热时间计算需考虑零件有效厚度（轴类零件有效厚度为直径）、加热系数（箱式炉对45钢的加热系数通常为1.0-1.5min/mm）及装炉方式（单件直立装炉因受热均匀性略差，需乘以修正系数1.1-1.2）。2.某T10钢（含碳量1.0%）试样经800℃淬火后，测得表面硬度HRC62，心部硬度HRC45。已知该钢的临界直径D₀=30mm（水淬），试样直径Φ50mm，计算心部未淬硬的原因（需结合淬透性概念）。答案：T10钢为过共析钢，淬火加热温度为Ac1+30-50℃（约760-780℃），题中加热温度800℃略高（可能导致晶粒粗大），但主要影响淬透性的是零件尺寸与临界直径的关系。临界直径D₀=30mm（水淬）表示该钢在水淬时，直径30mm的零件心部可完全淬硬（获得马氏体）。试样直径Φ50mm＞D₀=30mm，心部冷却速度低于临界冷却速度（Vₖ），无法发生马氏体转变，部分组织转变为珠光体或贝氏体，导致心部硬度低（HRC45）。解析：淬透性是钢在淬火时获得马氏体的能力，用临界直径D₀表示。当零件直径＞D₀时，心部冷却速度＜Vₖ，无法完全淬硬；本题中Φ50mm＞30mm，故心部未淬硬。五、综合分析题（每题7分，共14分）1.某工厂生产的20CrMnTi齿轮，渗碳后淬火+低温回火，发现齿面硬度不足（HRC52-54，要求HRC58-64），分析可能原因及解决措施。答案：可能原因：渗碳工艺问题：渗碳温度过低（＜900℃）或时间不足，导致表层碳含量未达0.8-1.2%（实测可能＜0.7%）。淬火温度不当：淬火加热温度过低（未完全奥氏体化），或过高（晶粒粗大，残留奥氏体增多）。冷却介质问题：淬火时冷却速度不足（如油冷代替水冷，或油温过高），心部未完全淬硬，表层马氏体量少。回火温度过高：低温回火温度超过200℃（如250℃），马氏体分解，硬度下降。解决措施：检