2026年热处理工艺工程师实操考核试题及答案

2026年热处理工艺工程师实操考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.18CrNiMo7-6钢渗碳后，为获得1.0mm有效硬化层深度，在920℃强渗阶段，碳势一般控制在A.0.75%C  B.0.90%C  C.1.15%C  D.1.35%C答案：C解析：18CrNiMo7-6为低碳合金渗碳钢，920℃时奥氏体溶碳极限约1.25%，为防止网状碳化物，强渗碳势取1.15%C，既保证扩散驱动力，又低于饱和值。2.真空高压气淬炉采用N₂淬时，常出现“白光”异常，其本质是A.氮化物析出  B.表面脱碳  C.马氏体自回火  D.残留奥氏体膜答案：A解析：白光层为CrN、VN等氮化物在10²Pa级冷速下析出，硬度高但脆，可通过降低N₂纯度至99.5%或添加2%H₂抑制。3.42CrMo调质件在感应淬火后出现“软带”，最可能的原因是A.频率过高  B.比功率不足  C.冷却延迟>0.8s  D.残留P元素答案：C解析：延迟喷冷导致先共析铁素体析出，硬度骤降；实验表明42CrMo延迟≥0.8s即可出现≤45HRC软带。4.铝合金T6处理中，固溶转移时间＞30s时，对力学性能的影响是A.屈服强度↑  B.延伸率↑  C.硬度↓5–8HB  D.电导率↓答案：C解析：转移延迟使空位大量复合，降低后续时效强化潜力，硬度平均降6HB，延伸率略升但屈服降。5.渗氮白亮层脆性检验采用维氏硬度法，当载荷从0.3kgf换到1kgf时，若裂纹长度增加＞30%，则判定A.1级（优）  B.3级（合格）  C.5级（次品）  D.无法判定答案：C解析：ISO18203规定，载荷增大裂纹显著扩展表明白亮层与基体结合弱，脆性5级。6.在可控气氛多用炉中，CO₂红外仪显示0.35%，此时碳势（930℃）约为A.0.60%C  B.0.75%C  C.0.90%C  D.1.05%C答案：B解析：根据CO–CO₂平衡曲线，930℃时CO₂=0.35%对应氧势≈8×10⁻²¹，换算碳势0.75%C。7.对M₂高速钢进行深冷处理，最佳切入温度是A.0℃  B.–30℃  C.–80℃  D.–196℃答案：C解析：–80℃可让70%残留奥氏体转变，且避免马氏体微裂纹；液氮直接切入热冲击大。8.固溶态316L在550℃敏化2h后，用Strauss试验锈蚀面积＞5%，说明A.碳含量＞0.030%  B.铬扩散系数低  C.σ相析出  D.冷速过快答案：A解析：Strauss试验检验晶间腐蚀，550℃敏化2h，若碳＞0.030%，Cr₂₃C₆连续析出，锈蚀面积必＞5%。9.齿轮感应淬火采用“双频”工艺，其根本目的是A.节能  B.获得轮廓硬化层  C.降低变形  D.减少残留奥氏体答案：B解析：中频(10kHz)预热齿根，高频(200kHz)终热齿面，使模数4mm齿轮获得2.5mm均匀层。10.真空回火时充N₂至300mbar，主要作用是A.提高冷却速度  B.抑制元素挥发  C.增加对流换热  D.防止氧化答案：C解析：真空度＜10⁻¹mbar时，对流极弱，充N₂至300mbar可使h值提高8倍，均匀温度。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.下列哪些措施可降低20CrMnTi渗碳淬火后磨削裂纹倾向A.强渗后降温至850℃直接淬火  B.160℃×2h回火  C.深冷+低温回火  D.控制残留奥氏体＜15%  E.提高砂轮线速度至60m/s答案：B、C、D解析：低温回火消除淬火应力；深冷降低Ar，减少磨削相变膨胀；Ar＜15%裂纹敏感性显著降。12.关于QPQ处理，正确的有A.氮化温度一般570℃  B.氧化盐浴主要成分为NaOH+NaNO₂  C.白亮层以Fe₃N为主  D.腐蚀试验采用5%CuSO₄×5min  E.可替代镀硬铬答案：A、C、D、E解析：氧化盐浴为NaOH+NaNO₃，非NaNO₂；其余均正确。13.铝合金时效硬化曲线出现“双峰”现象的原因A.空位-溶质复合体再溶解  B.GP区→θ″过渡  C.位错湮灭  D.晶界无析出带加宽  E.析出相粗化答案：A、B、E解析：第一峰对应GP区，第二峰对应θ″；粗化后硬度下降形成双峰。14.真空钎焊不锈钢与铜，下列filler金属可选A.BAg-8  B.BCu-1  C.BNi-2  D.CuMnCo  E.CuP-7答案：A、D解析：BAg-8(Ag72Cu28)润湿佳；CuMnCo对不锈钢无晶间腐蚀；BNi-2熔点高，易蚀不锈钢；CuP自裂。15.渗碳淬火齿轮检测项目必须包含A.有效硬化层CHD  B.表面硬度  C.心部硬度  D.残留奥氏体含量  E.齿形误差答案：A、B、C、D解析：齿形误差属机加范畴，热处理仅需控制变形量ΔFr。三、判断题（每题1分，共10分）16.渗碳件表面碳浓度越高，接触疲劳寿命一定越长。  答案：×解析：碳＞1.1%时易生成块状碳化物，成为疲劳源。17.真空油淬时，工件表面出现“麻点”主要因油中水分＞200ppm。  答案：√解析：水汽在<10mbar下闪蒸，留下微坑。18.铝合金T4态停放效应指固溶后室温停留时间越长，硬度越高。  答案：×解析：室温停留形成稳定GP区，消耗空位，后续人工时效硬度反而下降。19.对42CrMo进行亚温淬火(800℃)可提高冲击韧性。  答案：√解析：亚温区保留5%先共析铁素体，细化有效晶粒，KCV↑30%。20.感应淬火采用矩形管仿形感应器时，尖角效应使齿顶过烧。  答案：√解析：尖角处电流密度集中，温度高100℃，需倒圆R1.5mm。21.真空烧结高速钢粉末冶金件可直接深冷无需回火。  答案：×解析：烧结件残留孔隙多，深冷易微裂，需200℃回火1h。22.氮化件抛光后再做氧化可提升耐蚀性。  答案：√解析：抛光去除疏松层，氧化生成致密Fe₃O₄膜，盐雾时间↑2倍。23.渗碳炉甲醇滴注量越大，碳势一定越高。  答案：×解析：甲醇为载气，裂解产生H₂、CO，过量稀释炉气，碳势反而降。24.对M42高速钢采用540℃三次回火可完全消除残留奥氏体。  答案：√解析：540℃回火析出合金碳化物，降低Ar碳含量，三次后Ar＜2%。25.铝合金固溶水温＞40℃会显著降低耐晶间腐蚀性能。  答案：√解析：高温水淬空位过饱和↓，晶界无析出带窄，但析出相连续，晶间腐蚀敏感。四、计算题（每题10分，共20分）26.某20CrMnMo齿轮模数6mm，要求CHD=1.8mm（550HV1）。已知：920℃强渗碳势1.15%C，扩散碳势0.80%C；碳在γ-Fe中扩散系数D=0.62exp(–148kJ/RT)cm²/s；表面碳含量1.10%C时，550HV1对应碳浓度0.42%C。求强渗+扩散总时间（忽略降温）。解：1)计算D：T=1193K，D=0.62exp(–148000/8.314/1193)=2.18×10⁻⁷cm²/s=7.85×10⁻⁴mm²/h。2)用误差函数解：C(x,t)=Cₛ–(Cₛ–C₀)erf(x/2√Dt)，令x=1.8mm，C=0.42%，Cₛ=1.10%，C₀=0.20%。0.42=1.10–0.90erf(1.8/2√Dt)→erf(z)=0.755→z≈0.81。1.8/(2√Dt)=0.81→Dt=1.23mm²→t=1.23/7.85×10⁻⁴=1568h，显然不合理。3)采用两段法：强渗t₁，扩散t₂，总深度δ=β√D(t₁+t₂)，β与碳势阶跃有关。经验取β=0.62，则1.8=0.62√D(t₁+t₂)→t₁+t₂=8.5h。4)校核：强渗1.15%C×3h，扩散0.80%C×5.5h，数值模拟得CHD=1.82mm，满足。答：总时间约8.5h。27.某φ80mm42CrMo轴感应淬火，频率2.5kHz，要求硬化层3mm。已知：热扩散系数a=7.8mm²/s；经验公式δ=0.2√(a·t)，t为加热时间。求加热时间t及最小比功率P₀（表面到达950℃，室温20℃，综合换热系数h=0.8kW/(m²·K)）。解：1)δ=3mm→3=0.2√(7.8t)→t=144s。2)热平衡：P₀×A=ρcV(ΔT)/t+hAΔT，取单位面积：ρ=7850kg/m³，c=460J/(kg·K)，ΔT=930K，渗透深度δₜ≈2√(at)=67mm，有效层厚取δ。体积功率密度q=ρcΔT/t=7850×460×930/144=23.3×10⁶W/m³。3)换算表面比功率：P₀=q·δ=23.3×10⁶×0.003=70kW/m²。4)考虑辐射对流损失：hΔT=0.8×930=0.74kW/m²，可忽略。答：加热时间144s，最小比功率70kW/m²，实际取1.3倍即90kW/m²。五、综合应用题（35分）28.某新能源汽车电机轴（φ55mm×300mm）采用42CrMoVNb，要求：表面硬度58–62HRC；有效硬化层2.5–3.0mm（550HV1）；心部硬度35–40HRC；全长跳动≤0.15mm；残留奥氏体≤15%；成本较传统渗碳降30%。请制定完整热处理工艺路线，包括设备选型、参数、检验、变形控制及成本测算，并说明理由。答：1)工艺路线：下料→调质（850℃×1h油淬+580℃×2h回火）→精车→感应淬火→180℃×2h回火→深冷–80℃×2h→120℃×1h热矫直→精磨→磁粉探伤。2)设备选型：采用160kW/2kHz横向磁场感应机床，配卧式淬火机床、–80℃深冷箱、0.1℃分辨率巡检仪。3)参数：预热：横向扫描，比功率50kW/m²，3kHz，齿条速度1.5mm/s，温升至600℃；终热：切换2kHz，比功率提升至110kW/m²，表面达950℃，延迟0.4s后Polymer10%喷射，流量120m³/h；回火：180℃×2h空冷，消除应力；深冷：–80℃×2h，Ar降至15%；矫直：120℃热压，0.05mm反变形量。4)检验：表面硬度：洛氏60HRC（合格）；CHD：550HV1测得2.7mm；心部：38HRC；残留奥氏体：XRD测12%；跳动：0.08mm；金相：马氏体5级，无屈氏体网。5)变形控制：调质预硬至28HRC，机加应力提前释放；感应采用双频渐进，温差＜100℃；深冷后热矫，回弹系数0.7，一次合格率98%。6)成本：传统渗碳周期28h，能耗260kWh/件；感应总周期0.3h，能耗45kWh，人工节省2人班，综合成本降32%，满足要求。六、实操口答（现场随机抽题，示例）29.现场发现真空炉热电偶指示漂移±15℃，如何快速判定真实温度？答：1)用便携式红外仪（1.6µm）对准石墨基准块，读取940℃；2)插入S型偶校核，若差值>10℃，判定为偶老化；3)更换偶丝，重新标定PID，补偿斜率0.8℃/min；4)记录漂移曲线，溯源保护管密封圈泄漏导致Mo污染。30.渗碳炉出现“炭黑”报警，列出三步应急。答：1)降碳势至0.65%C，增N₂流量至15m³/h，稀释炉气；2)降低炉温至880℃，暂停甲醇，仅通N₂吹扫30min；3)取出工件空冷，清理炉膛炭黑，检查滴注嘴堵塞，更换过滤棉。31.深冷处理时，工件表面结霜说明什么？如何处理？答：结霜表明隔热层失效或充N₂过快，水蒸气凝华。立即停充N₂，关闭盖门，启动真空泵至10Pa，霜升华后重新按2℃/min降温。32.感应淬火齿面出现“螺旋软带”，如何调整？答：因扫描速度与旋转速度不匹配，产生螺距。提高旋转速度至300rpm，降低扫描速度10%，使重叠系数>1.3，软带消失。33.如何在不破坏工件前提下测得渗氮层中ε相厚度？答：采用X射线衍射-掠射法，选Fe₃N(220)峰，入射角1–5°，测得衍射强度-角度曲线，用BRUKERLEPTOS软件拟合，误差±0.5µm。34.铝合金固溶后室温停放超过48h，如何挽救？答：重新固溶，495℃×30min，水淬，立即190℃×6h人工时效，强度可恢复95%，但晶界稍有粗化，延伸率降1%。35.真空回火时，工件表面出现“彩膜”，成分是什么？如何去除？答：彩膜为TiN、Cr₂N干涉色，因炉内残留N₂分压高与元素挥发反应。用Al₂O₃浆液抛光5µm，或氩离子轰击10min可去除。36.可控气氛炉氧探头毫伏值异常升高，可能原因？答：1)炭黑覆盖ZrO₂头，响应迟缓；2)参比气（空气）流量<50mL/min；3)探头密封圈漏气，炉气渗入；4)探头寿命>18月，电极Pt挥发。处理：清理炭黑，调流量至100mL/min，检漏，更换探头。37.如何用简易方法判断高速钢回火是否充分？答：用锉刀试验（HRC>65锉不动）结合断口颜色，充分回火断口呈瓷状，未充分呈亮晶；或用巴克豪森噪声仪，噪声值<30mV即充分。38.渗碳齿轮磨削烧伤如何快速检测？答