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（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.20CrMnTi钢经渗碳后空冷至室温，其渗层组织最接近于（）。A.马氏体+残余奥氏体B.珠光体+铁素体C.贝氏体+马氏体D.索氏体+屈氏体答案：A解析：20CrMnTi为低碳合金渗碳钢，渗碳后空冷，渗层碳浓度高，Ms点降低，室温组织为高碳马氏体+少量残余奥氏体。2.下列淬火冷却介质中，在600～550℃区间冷速最快的是（）。A.15%NaCl水溶液B.快速淬火油C.饱和CaCl₂水溶液D.聚合物水溶液（PAG10%）答案：C解析：饱和CaCl₂水溶液在600～550℃区间冷速可达700℃/s以上，高于盐水与快速油。3.高速钢W6Mo5Cr4V2经正常淬火后，最终回火次数通常取（）。A.1次B.2次C.3次D.4次答案：C解析：高速钢淬火后需550～570℃三次回火，以消除残余奥氏体并产生二次硬化。4.可控气氛渗氮时，常用渗氮势Kn（=P_NH₃/P_H₂^1.5）控制白亮层厚度，当Kn>1.0时，最易生成的相是（）。A.γ′Fe₄NB.εFe₂₃NC.αFe(N)D.Fe₃O₄答案：B解析：高Kn值使表面氮势超过临界值，优先形成高氮ε相。5.感应淬火时，电流频率降低，则（）。A.淬硬层深度减小，表面过热倾向增大B.淬硬层深度增大，表面过热倾向减小C.淬硬层深度增大，表面过热倾向增大D.淬硬层深度减小，表面过热倾向减小答案：B解析：频率降低→透入深度↑，表面功率密度下降，过热倾向减小。6.下列铝合金中，可通过固溶+时效强化的是（）。A.1050B.2024C.3003D.8011答案：B解析：2024为AlCuMg系可热处理强化合金。7.真空淬火时，常用冷却气体为99.995%N₂，其压力一般设定为（）。A.0.1MPaB.0.5MPaC.1.0MPaD.5.0MPa答案：B解析：真空炉气淬常用0.5MPa氮气，兼顾冷速与风机负荷。8.对φ50mm的42CrMo棒料进行整体油淬，心部最可能获得的组织是（）。A.低碳马氏体B.贝氏体C.珠光体+铁素体D.屈氏体答案：B解析：42CrMo淬透性有限，φ50mm心部冷速不足，得到贝氏体。9.渗碳层有效硬化层深度（DC）的测量基准硬度为（）。A.550HV1B.450HV1C.350HV1D.250HV1答案：A解析：ISO18203规定渗碳层DC以550HV1为界限硬度。10.下列回火温度区间，属于高温回火的是（）。A.150～250℃B.250～350℃C.350～500℃D.500～650℃答案：D解析：高温回火指500～650℃，调质处理即淬火+高温回火。11.对38CrMoAl钢进行气体渗氮，渗氮温度若高于560℃，将显著降低（）。A.表面硬度B.渗层深度C.脆性D.畸变答案：A解析：高于560℃，氮化物聚集长大，表面硬度明显下降。12.在真空气淬炉中，风机功率恒定，提高气体压力P，则换热系数h与P的关系为（）。A.h∝P^0.5B.h∝P^0.8C.h∝P^1.0D.h∝P^1.5答案：B解析：实验测得h与P^0.8成正比。13.下列缺陷中，属于淬火裂纹特征的是（）。A.沿晶扩展，断口有氧化色B.穿晶扩展，断口新鲜发亮C.沿晶扩展，断口有韧窝D.穿晶扩展，断口有疲劳辉纹答案：B解析：淬火裂纹多为穿晶，断口无氧化，呈金属光泽。14.对GCr15钢进行等温淬火，获得下贝氏体的等温温度区间为（）。A.150～200℃B.220～260℃C.300～350℃D.450～500℃答案：B解析：GCr15下贝氏体区等温温度为220～260℃。15.评定钢材淬透性最常用的试验方法是（）。A.端淬试验B.顶端淬火试验C.洛氏硬度试验D.冲击试验答案：A解析：端淬试验（Jominy）为评定淬透性标准方法。16.渗碳齿轮磨削烧伤的主要检测手段是（）。A.磁粉检测B.酸蚀法C.巴克豪森噪声法D.超声波检测答案：C解析：巴克豪森噪声对磨削烧伤敏感，可定量分级。17.下列因素中，与感应淬火开裂最密切的是（）。A.原始组织均匀性B.感应器高度C.冷却水压力D.工件转速答案：A解析：原始组织不均匀，造成相变应力差异，易裂。18.对Ti6Al4V合金进行固溶时效，其固溶温度通常选（）。A.650℃B.750℃C.850℃D.950℃答案：D解析：Ti6Al4V固溶温度950℃，低于β相变点。19.下列回火脆性中，属于第二类回火脆性的是（）。A.200℃脆性B.350℃脆性C.450℃脆性D.500℃脆性答案：B解析：350℃脆性即第二类回火脆性，与杂质偏聚有关。20.在真空回火时，为防止Mn、Cr元素挥发，通常回充气体为（）。A.纯N₂B.纯H₂C.Ar+5%H₂D.CO答案：C解析：Ar+5%H₂可抑制合金元素挥发，并具微还原性。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列措施可有效减少渗碳层网状碳化物的是（）。A.降低渗碳温度B.降低渗碳势C.增加渗碳后冷速D.渗碳后正火E.延长扩散时间答案：BDE解析：降低碳势、正火、延长扩散均可减少网状碳化物。22.影响钢材感应淬火淬硬层深度的因素有（）。A.电流频率B.比功率C.工件直径D.冷却介质温度E.原始含碳量答案：ABCD解析：含碳量影响硬度，但对层深影响小于频率、功率、尺寸、冷速。23.下列属于真空气淬优点的是（）。A.工件表面光亮B.畸变小C.可局部淬火D.冷速可调范围大E.设备投资低答案：ABD解析：真空气淬光亮、畸变小、冷速可调，但设备昂贵，不能局部淬火。24.对H13热作模具钢进行热处理，正确的工艺路线包括（）。A.1030℃淬火B.600℃回火两次C.1050℃渗碳D.真空淬火E.540℃回火三次答案：ABD解析：H13采用1030℃真空淬火+600℃两次回火，不回火三次也不渗碳。25.下列缺陷中，与渗氮直接相关的是（）。A.白亮层剥落B.网状氮化物C.氢脆D.渗层不足E.表面脱碳答案：ABD解析：氢脆与电镀、酸洗相关，脱碳与氧化加热相关。26.评定淬火介质冷却性能的标准探头材料为（）。A.银探头B.镍探头C.Inconel600探头D.不锈钢探头E.钛探头答案：AC解析：ISO9950规定银探头与Inconel600探头。27.下列属于高温合金固溶强化元素的是（）。A.WB.MoC.AlD.TiE.Co答案：ABE解析：Al、Ti为γ′析出强化元素，W、Mo、Co为固溶强化元素。28.对42CrMo钢进行调质处理，可获得良好综合力学性能，其组织为（）。A.回火索氏体B.回火屈氏体C.回火马氏体D.铁素体E.贝氏体答案：AC解析：调质后组织为回火马氏体+回火索氏体，无铁素体。29.下列属于防止淬火开裂的工艺措施的是（）。A.阶梯升温B.预冷淬火C.等温淬火D.提高加热速度E.及时回火答案：ABCE解析：提高加热速度增加热应力，易裂。30.对渗碳件进行喷丸强化，其效果包括（）。A.提高表面硬度B.引入残余压应力C.降低疲劳寿命D.封闭表面微裂纹E.降低渗层脆性答案：ABD解析：喷丸提高硬度、压应力、封闭裂纹，提高寿命。三、填空题（每空1分，共20分）31.渗碳层表面碳浓度一般控制在________%C，以保证高硬度与良好耐磨性。答案：0.8～1.032.高速钢淬火后残余奥氏体可达________%，需经多次回火消除。答案：25～3033.真空气淬炉常用冷却风机功率与________成正比关系。答案：气体质量流量34.感应淬火时，电流频率f与淬硬层深δ的经验关系为δ≈________/√f（mm，f单位Hz）。答案：50035.对38CrMoAl钢进行气体渗氮，渗氮温度通常选________℃。答案：510～53036.评定淬火油冷却性能的ISO标准为________。答案：ISO995037.第二类回火脆性产生温度区间为________℃，其脆化机制与杂质元素________有关。答案：350～550；晶界偏聚38.对Ti6Al4V合金，固溶后时效温度通常为________℃。答案：480～55039.渗碳层有效硬化层深度DC的测量载荷为________kgf。答案：140.真空回火时，为防止氧化，炉内氧分压应低于________Pa。答案：10⁻²四、简答题（每题6分，共30分）41.简述控制气体渗氮白亮层厚度的工艺要点。答案：1)精确控制渗氮势Kn=P_NH₃/P_H₂^1.5，Kn越高，白亮层越厚；2)采用两段渗氮，第一阶段高Kn快速形成，第二阶段降低Kn使层厚稳定；3)控制温度在500～530℃，温度过高ε相粗化；4)采用氨分解率在线检测，闭环调节氨流量；5)对零件表面粗糙度及洁净度严格要求，避免局部Kn异常；6)对不锈钢渗氮前作去钝化膜处理，保证氮原子吸附。42.说明真空气淬畸变小于盐浴淬火的原因。答案：1)真空气淬冷却均匀，工件各部位温差小，热应力低；2)无液态介质搅动，避免机械冲击；3)气淬冷速可通过压力调节，实现近似等速冷却，减少组织应力差异；4)真空加热无氧化脱碳，表面无附加应力集中；5)盐浴冷却时局部蒸汽膜导致冷速不均，产生弯曲、椭圆等畸变；6)真空气淬后表面光亮，无需校正即可精加工，进一步减少校正应力。43.列举并解释感应淬火常见裂纹类型及预防措施。答案：1)过热裂纹：因比功率过大或停留时间长，预防为降低功率、增加移动速度；2)尖角裂纹：轴肩、孔边应力集中，预防为倒圆角、降低局部功率；3)淬透裂纹：材料淬透性过高，预防为选用中碳钢、预冷淬火；4)原始组织裂纹：组织粗大或带状组织，预防为淬火前正火+调质；5)冷却裂纹：冷却过激，预防为降低水压、采用聚合物水溶液；6)未及时回火裂纹：放置时间过长，预防为淬火后4h内回火。44.简述高温合金固溶+时效热处理的目的及典型工艺参数。答案：目的：1)固溶使γ′相充分溶解，获得过饱和固溶体；2)时效析出均匀细小γ′，提高高温强度；3)消除加工应力，恢复塑性。典型工艺：GH4169合金，固溶960℃×1h空冷，时效720℃×8h炉冷至620℃×8h空冷，获得γ′尺寸20～50nm，屈服强度≥1100MPa。45.说明淬火介质冷却特性三阶段及其对热处理质量的影响。答案：1)蒸汽膜阶段：冷速慢，易形成软点、非马氏体；2)沸腾阶段：冷速最快，决定淬硬层深度，但温差大，易畸变；3)对流阶段：冷速慢，减少开裂风险。理想介质应缩短蒸汽膜阶段、扩大沸腾阶段、降低对流阶段冷速，以实现高硬度低畸变。五、应用题（共60分）46.计算题（12分）一根φ60mm的42CrMo钢棒，经850℃淬火后，心部硬度要求≥35HRC。已知端淬试验Jominy曲线距末端15mm处硬度为42HRC，求该棒料能否满足要求，并计算理想临界直径DI。答案：1)由GB/T225查42CrMo端淬曲线，15mm处42HRC对应淬透性带HRC≥42；2)根据Grossmann图，φ60mm圆棒心部冷速相当于Jominy15mm，故心部硬度≈42HRC＞35HRC，满足；3)DI计算：查合金系数，Mn=1.20→f_Mn=3.8，Cr=1.0→f_Cr=2.4，Mo=0.2→f_Mo=3.0，基础碳系数f_C=0.28，DI=0.28×3.8×2.4×3.0≈76mm。结论：DI＞60mm，可淬透。47.分析题（12分）某厂对20CrMnTi齿轮气体渗碳，工艺：930℃×4h强渗，碳势1.2%，扩散2h碳势0.8%，降温至840℃油淬，180℃回火。检验发现齿顶出现网状碳化物及微裂纹。请分析原因并提出改进方案。答案：原因：1)强渗碳势1.2%过高，形成块状及网状碳化物；2)930℃高温长时间，碳扩散仍不足，碳浓度梯度陡；3)840℃淬火温度低，碳化物未溶解，沿晶界呈网状；4)油淬冷速大，网状碳化物处应力集中开裂。改进：1)强渗碳势降至1.0%，扩散碳势0.75%；2)强渗后升温至950℃扩散1h，促进碳均匀；3)淬火温度提高至860℃，使碳化物溶解；4)采用分级淬火（120℃热油）减少应力；5)渗碳后增加一次正火（920℃空冷）消除网状，再加热淬火；6)回火提高至200℃，降低脆性。48.综合题（12分）某航空零件采用Ti6Al4V合金，要求抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥10%。现有固溶时效与双重时效两种工艺路线，请给出具体工艺参数，并对比组织性能差异。答案：1)固溶时效：940℃×1h水淬+480℃×8h空冷，组织：针状α′马氏体+细小α+β，强度1200MPa，延伸率8%，断裂韧性低；2)双重时效：940℃×1h水淬+700℃×2h空冷+480℃×8h空冷，组织：初生α+次生α+β，α片层厚0.5μm，强度1150MPa，延伸率12%，韧性高；3)双重时效通过高温预时效使α片层增厚，减少连续α片，提高塑性，满足航空要求。49.计算题（12分）一矩形模具钢H13模块，尺寸200mm×200mm×80mm，要求真空淬火后硬度≥50HRC，心部与表面硬度差≤2HRC。已知模块等效圆直径D=120mm，真空气淬换热系数h=800W/(m²·K)，计算所需最低气体压力P。答案：1)根据硬度差≤2HRC，需保证心部冷速≥临界冷速V_c=15℃/s；2)采用lumped系统Bi=h·r/λ，取λ=25W/(m·K)，r=60mm，Bi=800×0.06/25=1.92，查图得中心温度梯度满足；3)由h=0.8·P^0.8，得P=(h/0.8)^1.25=(800/0.8)^1.25≈5.6bar；4)考虑安全系数，取P=6bar（0.6MPa）。结论：炉气压力≥0.6MPa可满足。50.设计题（12分）为降低42CrMo钢调质件淬火畸变，设计一套预