2025年金属材料工程(金属热处理方向)(金属热处理技术与工艺)试卷及答案

2025年金属材料工程(金属热处理方向)(金属热处理技术与工艺)试卷及答案一、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）1.45钢淬火后获得马氏体组织，其硬度主要取决于（）。A.奥氏体晶粒度B.马氏体含碳量C.冷却速度D.回火温度答案：B2.下列哪种元素最显著地提高钢的淬透性（）。A.SiB.MnC.AlD.Cu答案：B3.高速钢W18Cr4V二次硬化峰值温度约为（）。A.200℃B.350℃C.550℃D.750℃答案：C4.渗碳层中出现网状渗碳体，最有效的消除工艺是（）。A.正火B.调质C.高温回火D.一次淬火+低温回火答案：A5.铝合金时效硬化过程中，GP区的主要强化机制是（）。A.位错绕过机制B.位错切过机制C.弥散强化D.细晶强化答案：B6.真空淬火炉常用冷却介质为（）。A.盐水B.油C.高纯N₂气D.水答案：C7.感应淬火频率选择主要依据（）。A.工件重量B.硬化层深度C.表面粗糙度D.材料导热系数答案：B8.下列哪种缺陷最可能由淬火冷却不足引起（）。A.脱碳B.软点C.过烧D.白点答案：B9.回火脆性可分为第一类与第二类，其中第一类回火脆性出现的温度区间是（）。A.100~150℃B.250~400℃C.450~550℃D.600~700℃答案：B10.20CrMnTi齿轮渗碳后预冷直接淬火，预冷温度一般控制在（）。A.880~900℃B.820~840℃C.780~800℃D.750~770℃答案：B11.下列哪种组织在相同碳含量下硬度最高（）。A.珠光体B.贝氏体C.屈氏体D.马氏体答案：D12.退火态T8钢经球化退火后，其显微组织为（）。A.片状珠光体+铁素体B.粒状珠光体C.马氏体+残余奥氏体D.贝氏体答案：B13.测定钢的淬透性标准试验为（）。A.夏比冲击B.端淬试验C.拉伸试验D.硬度梯度法答案：B14.下列哪种热处理工艺可获得良好的综合力学性能（）。A.完全退火B.调质处理C.去应力退火D.扩散退火答案：B15.铝合金固溶处理温度超过过烧点后，材料（）。A.硬度升高B.韧性提高C.晶界氧化并出现共晶球D.时效速度加快答案：C16.渗氮层硬度高于渗碳层的主要原因是（）。A.氮原子半径大B.形成氮化物弥散强化C.冷却速度快D.晶粒细化答案：B17.高频感应淬火后，工件需立即进行（）。A.高温回火B.自回火C.低温回火D.中温回火答案：C18.下列哪种冷却介质在马氏体转变区冷速最小（）。A.10%盐水B.20℃清水C.60℃热油D.聚合物水溶液答案：C19.双液淬火的第二介质通常选用（）。A.水B.油C.空气D.熔盐答案：B20.评定渗碳层深度的仲裁方法为（）。A.宏观酸蚀法B.显微硬度法（HV1）C.金相法D.断口法答案：B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.下列属于化学热处理的有（）。A.渗碳B.碳氮共渗C.渗硼D.感应淬火答案：A、B、C22.调质处理后的组织特征为（）。A.回火索氏体B.回火屈氏体C.回火马氏体D.粒状珠光体答案：A、B23.下列因素会加剧淬火变形的有（）。A.不对称截面B.加热速度过快C.冷却不均匀D.回火不足答案：A、B、C、D24.真空高压气淬优点包括（）。A.无氧化脱碳B.可实现等温淬火C.冷却速度可调D.工件表面光亮答案：A、C、D25.铝合金时效工艺参数包括（）。A.时效温度B.时效时间C.固溶温度D.冷却速率答案：A、B26.下列属于表面淬火缺陷的有（）。A.裂纹B.硬度不足C.软带D.过烧答案：A、B、C27.渗碳层碳浓度梯度太陡可能导致（）。A.剥落B.过度残余奥氏体C.表面硬度低D.渗层崩齿答案：A、B、D28.下列属于中碳钢调质目的的有（）。A.提高韧性B.获得高硬度C.细化晶粒D.改善切削性能答案：A、C29.下列属于回火目的的有（）。A.降低脆性B.消除应力C.提高硬度D.稳定组织答案：A、B、D30.下列属于感应淬火工艺参数的有（）。A.频率B.功率密度C.移动速度D.感应圈形状答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共20分）31.共析钢完全退火温度一般选择在Ac₃+________℃。答案：30~5032.马氏体转变属于________型相变，转变速度极快。答案：无扩散33.渗碳层中碳的质量分数一般控制在________%~________%。答案：0.8~1.034.铝合金时效硬化峰值硬度对应的组织为________+________。答案：弥散析出相；基体35.钢的淬透性常用________曲线表示。答案：端淬（Jominy）36.第一类回火脆性主要由________元素在晶界偏聚引起。答案：P、Sn、Sb等杂质37.真空淬火常用冷却气体为________，压力可达________bar。答案：高纯N₂或He；2038.感应淬火后自回火温度可用________法现场估算。答案：色标回火色39.渗氮温度一般控制在________℃，低于钢________点。答案：500~570；Ac₁40.双相区退火可获得________+________组织，提高钢板成形性。答案：铁素体；马氏体（或贝氏体）四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）41.马氏体含碳量越高，其硬度越高但韧性也越高。（）答案：×42.渗碳件淬火后必须进行低温回火以降低脆性。（）答案：√43.铝合金固溶处理后可立即进行深冷处理以提高硬度。（）答案：×44.感应淬火频率越高，硬化层越深。（）答案：×45.真空油淬的冷却速度高于真空气淬。（）答案：√46.调质处理后的工件仍可再进行表面淬火。（）答案：√47.渗硼层硬度可达2000HV以上，但脆性大。（）答案：√48.钢的回火温度越高，其硬度一定越低。（）答案：×49.等温淬火可获得下贝氏体，减少变形开裂。（）答案：√50.碳氮共渗温度一般高于渗碳温度。（）答案：×五、简答题（共30分）51.（封闭型，6分）写出45钢调质处理的完整工艺路线，并说明各步骤目的。答案：下料→锻造→正火（细化晶粒，均匀组织，改善切削性）→粗加工→调质（淬火840℃水冷+高温回火600℃空冷，获得回火索氏体，保证良好综合力学性能）→精加工→表面淬火（若需）→低温回火→磨削。正火消除锻造应力；调质获得强度韧性配合；表面淬火提高耐磨性；低温回火降低淬火应力。52.（开放型，8分）某汽车变速箱齿轮选用20CrMo钢，要求渗碳层深0.8~1.0mm，表面硬度58~62HRC，心部硬度35~42HRC。请设计渗碳淬火回火工艺曲线，并说明关键参数选择依据。答案：1）渗碳：930℃×4h，碳势1.0%C，强渗期碳势高可缩短时间；2）扩散：930℃×2h，碳势降至0.8%C，降低表面碳浓度梯度；3）预冷淬火：降至840℃油淬，减少变形；4）低温回火：180℃×2h空冷，消除应力，表面硬度60HRC。心部含碳0.2%，淬火后得低碳马氏体，硬度38HRC满足要求。关键：强渗/扩散时间比2:1，预冷温度高于Ar₃防心部铁素体。53.（封闭型，6分）列举并解释淬火裂纹产生的三大内因。答案：1）组织应力：马氏体比容大，转变膨胀受约束；2）热应力：表面先冷收缩，内部后冷拉应力叠加；3）材料因素：高碳、夹杂物、偏析增加脆性，降低断裂抗力。54.（开放型，10分）对比渗碳与渗氮在工艺温度、时间、层深、硬度、变形、应用领域六方面的差异，并给出选用原则。答案：温度：渗碳880~930℃，渗氮500~570℃；时间：渗碳数小时，渗氮数十小时；层深：渗碳0.5~2mm，渗氮0.1~0.5mm；硬度：渗碳58~62HRC，渗氮1000~1200HV；变形：渗碳大，渗氮极小；应用：渗碳用于汽车齿轮、轴承，渗氮用于精密主轴、模具。选用：重载大层深选渗碳；高精度小变形选渗氮；不锈钢耐蚀耐磨选渗氮。六、综合应用题（共40分）55.（计算+分析，20分）某工厂采用60Si2Mn钢制作汽车板簧，截面尺寸60mm×8mm，要求硬度40~46HRC，σ_b≥1400MPa，δ≥5%。已知：Ac₃=810℃，Ms=280℃，油淬临界直径D_c=25mm，回火方程HRC=75−0.025T（T/℃）。（1）判断油淬能否淬透，并给出解决方案；（2）计算满足硬度下限的回火温度；（3）设计完整热处理工艺并画出Tt曲线；（4）预测屈服强度并判断是否满足σ_b要求（经验式σ_b≈3.2×HRC×10MPa）。答案：（1）截面厚度8mm＜D_c=25mm，可淬透，但中心冷速偏低，采用快速淬火油或水淬油双液淬火提高安全性；（2）HRC=40，T=(75−40)/0.025=1400℃，方程超限，表明需重新拟合高合金钢回火方程，改用实验数据：45HRC对应420℃，40HRC对应480℃，故回火温度480℃；（3）工艺：淬火870℃×30min→快速油淬→回火480℃×90min水冷，Tt曲线：室温→10min升温至870℃→保温→油冷至60℃→立即装炉回火→480℃保温→水冷防回火脆性；（4）硬度43HRC，σ_b≈3.2×43×10=1376MPa，略低于1400MPa，提高硬度至45HRC则σ_b=1440MPa，调整回火温度至460℃即可满足。56.（综合设计，20分）某航空企业采用Ti6Al4V合金制作起落架支柱，要求抗拉强度≥1100MPa，断裂韧性K_IC≥70MPa·m½，热处理强化手段有限，需通过固溶+时效调控。已知：β转变温度995℃，Ms≈750℃，常规工艺固溶800℃/1h水冷+时效550℃/4h空冷，强度达标但K_IC仅55MPa·m½。请重新设计热处理制度，并说明微观组织控制要点，最终验证是否满足双指标。答案：