2026年热处理工实操考核试题及答案

2026年热处理工实操考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种钢材最适合采用调质处理以获得良好的综合力学性能？A.20钢B.45钢C.T8钢D.GCr15钢【答案】B【解析】45钢属于中碳钢，含碳量适中，经调质处理后能获得良好的强度与韧性配合，广泛用于制造轴类、齿轮等零件。2.在箱式电阻炉中加热工件时，为防止氧化脱碳，最常用的保护气氛是：A.氧气B.氮气C.二氧化碳D.空气【答案】B【解析】氮气为惰性气体，能有效隔绝空气中的氧，减少工件表面氧化脱碳倾向，是箱式炉中最经济实用的保护气氛。3.淬火冷却介质中，冷却能力最强的是：A.10号机械油B.水C.聚合物水溶液D.空气【答案】B【解析】水的冷却速度最快，尤其在650～550℃区间，冷却能力远高于油，但易引发变形开裂，需根据材料与形状谨慎选用。4.对40Cr钢轴类零件进行高频淬火后，硬度检测部位应选在：A.表面1mm深处B.表面0.5mm深处C.表面2mm深处D.表面5mm深处【答案】A【解析】高频淬火硬化层深度一般为1～3mm，硬度检测取距表面1mm处可准确反映有效硬化层硬度，避免脱碳层干扰。5.回火索氏体组织的典型力学性能特征是：A.高硬度、低韧性B.高韧性、低硬度C.强度与韧性良好配合D.高耐磨、低强度【答案】C【解析】回火索氏体为调质处理后的典型组织，具有强度与韧性的最佳匹配，是中碳结构零件最常用的最终组织。6.下列哪项不是真空热处理优点？A.无氧化脱碳B.表面光亮C.处理成本低D.变形小【答案】C【解析】真空热处理需专用设备与真空系统，能耗高、设备折旧大，导致处理成本高于常规气氛炉，故“成本低”不是其优点。7.对W18Cr4V高速钢进行三次高温回火的主要目的是：A.降低硬度B.消除应力C.促使残余奥氏体转变并析出弥散碳化物D.细化晶粒【答案】C【解析】高速钢淬火后残余奥氏体高达20%以上，三次560℃回火可使残余奥氏体充分转变，并析出二次硬化碳化物，提高红硬性。8.气体渗碳时，炉内碳势控制常用哪类探头？A.热电偶B.氧探头C.红外探头D.压力探头【答案】B【解析】氧探头通过测量炉内氧分压，间接计算碳势，响应速度快、精度高，是目前渗碳炉碳势控制的主流方式。9.下列哪种缺陷最可能因淬火加热温度过高引起？A.软点B.过热过烧C.脱碳D.表面裂纹【答案】B【解析】加热温度过高，晶粒急剧长大，甚至局部熔化，形成过热过烧组织，导致材料脆化，无法通过后续热处理挽救。10.对20CrMnTi齿轮渗碳淬火后，层深要求0.8～1.2mm，有效硬化层深度测定采用：A.维氏硬度法（HV1）B.洛氏HRCC.布氏硬度D.肖氏硬度【答案】A【解析】按GB/T9450标准，渗碳有效硬化层深度以HV1550界限值测定，自表面垂直向心部测量至硬度降至550HV处。二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）11.等温淬火获得的组织主要为下贝氏体，具有良好强韧性。【答案】√【解析】等温淬火在贝氏体区恒温转变，可避免马氏体转变带来的高内应力，得到下贝氏体+残余奥氏体组织，强韧性佳。12.工件淬火后必须立即回火，否则室温下也可能发生自然开裂。【答案】√【解析】高碳钢或复杂形状件淬火后残余应力极高，即使室温放置，也可能因应力松弛与氢脆叠加导致延时开裂，故需及时回火。13.气体氮化温度越高，氮化层硬度越高。【答案】×【解析】氮化温度过高（＞580℃），合金氮化物聚集长大，硬度反而下降；一般氮化温度控制在500～540℃，以获得最高硬度。14.真空油淬炉中，油槽需充氮加压，以提高冷却速度。【答案】√【解析】真空环境下油沸点降低，冷却能力下降；充氮至0.5～0.8bar可抑制油沸腾，恢复冷却速度，并减少油烟。15.感应淬火频率越高，硬化层越深。【答案】×【解析】频率越高，集肤效应越显著，电流透入深度越浅，硬化层变薄；低频（1～3kHz）适合深层，高频（200～400kHz）适合浅层。16.对同一钢号，回火温度越高，硬度一定越低。【答案】√【解析】回火温度升高，碳化物析出并聚集，马氏体正方度下降，硬度单调降低，符合回火软化规律。17.渗碳件淬火后低温回火温度一般高于200℃。【答案】×【解析】渗碳层为高碳马氏体，低温回火温度160～200℃即可消除应力并保持高硬度（HRC58以上），超过200℃硬度下降明显。18.退火冷却速度比正火慢，所得组织更均匀。【答案】√【解析】退火采用炉冷，过冷度小，组织接近平衡态，珠光体片层粗，硬度低，利于后续加工；正空空冷，组织较细。19.热处理工艺卡片只需注明加热温度，无需标注保温时间。【答案】×【解析】保温时间决定组织转变是否充分，工艺卡片必须同时注明加热温度、保温时间、冷却方式及检验要求，缺一不可。20.采用分级淬火可有效减少薄壁套类零件的椭圆变形。【答案】√【解析】分级淬火在Ms点以上恒温停留，使截面温度均匀后再空冷，可显著降低热应力与组织应力，减少变形。三、填空题（每空1分，共20分）21.45钢调质处理淬火加热温度一般选________℃，回火温度根据硬度要求选________℃。【答案】840～860；500～650【解析】45钢Ac3约780℃，淬火温度需高于Ac330～50℃；回火温度区间宽，500～650℃可调硬度HB220～300。22.气体渗碳强渗阶段碳势通常设定在________%，扩散阶段降至________%。【答案】1.15～1.25；0.85～0.95【解析】强渗高碳势快速增碳，扩散降低碳势使碳向内迁移，获得平缓浓度梯度，防止网状碳化物。23.真空高压气淬常用气体为________，其淬透能力随压力升高而________。【答案】高纯氮气（或氦气）；增强【解析】氮气安全廉价，压力升至5～20bar可显著提高冷却速度，氦气冷却更快但成本高。24.感应淬火设备中，比功率定义为________，常用单位________。【答案】单位面积输入功率；kW/cm²【解析】比功率决定加热速度及温度梯度，轴类零件常用0.5～1.5kW/cm²，模数大取上限。25.铝合金固溶时效处理中，固溶温度一般低于过烧温度________℃，时效温度人工时效选________℃。【答案】15～30；160～190【解析】防止过烧，固溶温度需低于共晶温度15～30℃；人工时效温度160～190℃可获得峰值强度。26.检测渗氮层脆性常用________法，压痕等级≤________级为合格。【答案】维氏硬度压痕；2【解析】GB/T11354规定，用HV0.5或HV1压痕，根据裂纹长度评定，1～2级合格，3级以上脆性偏大。27.高速钢淬火后残余奥氏体含量可达________%，经三次回火后降至________%以下。【答案】20～30；2【解析】W18Cr4V淬火后残余奥氏体约25%，每次回火转变约10%，三次后基本转变完全，尺寸稳定。28.箱式炉升温阶段，为避免温差开裂，复杂铸件应________装炉，并设置________℃的预热平台。【答案】随炉升温；300～400【解析】预热平台可消除部分加工应力，减少升温热应力，防止薄壁部位开裂。29.热处理冷却介质污染后，冷却能力________，可通过________试验测定其冷却特性曲线。【答案】下降；ISO9950银探头【解析】油含水、杂质会显著降低冷却速度，银探头φ12.5mm×60mm，测800→400℃时间评价冷却性能。30.工件表面出现软点，常见原因是________、________。【答案】脱碳；冷却不均（或局部污染）【解析】脱碳层硬度低；冷却时气泡附着或介质污染导致局部冷速不足，形成非马氏体组织。四、简答题（每题10分，共30分）31.简述渗碳齿轮热处理后出现“内氧化”缺陷的机理、危害及预防措施。【答案】机理：渗碳气氛中含微量氧、水，与钢中Cr、Mn、Ti等合金元素亲和力强，沿晶界优先氧化形成Cr₂O₃、MnO等，深度5～30μm，后续淬火形成非马氏体黑带。危害：硬度下降200HV以上，降低弯曲疲劳强度30%～50%，早期齿根疲劳剥落。预防措施：1.原料控制：选用低氧势渗碳钢，降低Cr、Mn含量波动；2.气氛净化：甲醇、丙烷脱水，氧探头监测，露点≤-60℃；3.设备升级：采用低压真空渗碳，氧分压<10⁻³mbar，彻底消除内氧化；4.工艺优化：降低强渗温度至920℃以下，缩短时间，减少氧扩散；5.后处理：轻磨削0.05mm去除黑层，或喷丸强化引入残余压应力，恢复疲劳性能。32.某企业采用网带炉对65Mn弹垫片进行淬火+中温回火，要求硬度HRC42～46，但批量出现回火不足（HRC50）与回火过度（HRC38）并存现象，请分析可能原因并给出解决方案。【答案】原因分析：1.炉温不均：网带宽度2m，两侧与中心温差±15℃，热电偶仅测中心，边缘温度低导致回火不足；2.装炉密度大：垫片堆叠，热风循环受阻，实际工件温度低于设定值；3.网带速度波动：变频电机编码器故障，速度时快时慢，保温时间差异±3min；4.回火炉分区控温失效，PID参数未自整定，出现超调；5.原材料混料：部分批次为50钢，Ms点高，同样回火温度硬度下降更快。解决方案：1.炉温标定：用9点测温架，每季度一次，调整烧嘴角度，使温差≤±5℃；2.装炉规范：垫片单层平铺，密度≤5kg/m²，加装挡风板强化循环；3.设备维护：更换编码器，速度闭环控制，误差<1%；4.控温升级：采用多段PID+SSR无触点控温，增设超温报警并记录曲线；5.材料确认：入库光谱检验，按炉号分批热处理，不同钢号单独设定回火温度，50钢回火温度降低20℃。33.阐述大型42CrMo风电主轴调质处理时，如何控制变形与开裂，并给出具体工艺参数。【答案】控制思路：降低热应力与组织应力，保持均匀冷却。工艺参数：1.预热：550℃×2h，随炉升温至550℃，升温速度≤50℃/h；2.淬火加热：860℃×3h，保护气氛为氮气+丙烷，碳势0.35%，减少脱碳；3.冷却方式：采用水-空交替淬火，先水冷3min，出水空冷2min，循环3次，控制表面与心部温差<100℃；4.回火：580℃×6h，炉冷至300℃出炉，消除应力；5.变形检测：淬火后热态下用激光对边距测量，跳动≤1mm，超差立即热态校正；6.防裂措施：R角处缠陶瓷纤维，降低冷速；锻后UT探伤，确保无≥φ2mm当量缺陷；7.结果：硬度HB260～290，屈服强度≥650MPa，晶粒度7级，轴端跳动≤0.8mm，无裂纹。五、综合实操题（20分）34.现场给定一批φ20mm×100mm的20CrMnTi试棒，要求完成渗碳+淬火+低温回火全流程，渗层深度0.8～1.0mm，表面硬度HRC60～63，心部硬度HRC35～42。设备为可控气氛井式渗碳炉，配套油淬槽、回火炉。请编写详细工艺卡并现场操作，完成后提交硬度梯度曲线及金相照片。【答案】工艺卡编号：2026-TC-20CrMnTi-011.前处理：a.清洗：60℃热水+5%金属清洗剂超声10min，压缩空气吹干；b.装夹：试棒垂直吊挂，间距20mm，防渗碳涂料涂端面；2.渗碳：a.升温：随炉升温至920℃，升温速度≤150℃/h；b.强渗：920℃×3h，碳势1.2%，甲醇180d/min，丙烷1.2m³/h；c.扩散：920℃×1.5h，碳势0.9%，丙烷降至0.4m³/h；d.降温至840℃，保温30min，准备淬火；3.淬火：a.油槽温度60℃，10