热处理工程师考试试卷及答案

热处理工程师考试试卷及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.145钢完全退火后获得的组织是A.铁素体+珠光体B.珠光体+渗碳体C.铁素体+渗碳体D.索氏体答案：A1.2下列元素中，显著提高钢淬透性且作用最强的是A.NiB.CrC.MoD.Mn答案：B1.3真空淬火油的主要性能指标是A.闪点B.粘度C.饱和蒸气压D.酸值答案：C1.4渗碳层出现网状渗碳体的根本原因是A.渗碳温度过高B.渗碳后冷却慢C.渗碳时间过长D.淬火温度低答案：B1.5铝合金T6处理指A.固溶+自然时效B.固溶+人工时效C.退火+冷作硬化D.淬火+回火答案：B1.6高速钢W6Mo5Cr4V2二次硬化峰值温度范围是A.350400℃B.450500℃C.550580℃D.620650℃答案：C1.7下列探伤方法对热处理裂纹最敏感的是A.超声波B.磁粉C.涡流D.射线答案：B1.8气体氮化常用渗剂是A.丙烷+氨B.甲醇+氨C.氨分解气D.甲酰胺答案：C1.9感应淬火淬硬层深度δ与电流频率f的关系近似为A.δ∝fB.δ∝1/fC.δ∝√fD.δ∝1/√f答案：D1.10下列缺陷中，属于热处理可修复的是A.过烧B.脱碳C.淬火裂纹D.晶间氧化答案：B1.11计算理想临界直径DI时未考虑的因素是A.碳含量B.合金元素C.奥氏体晶粒度D.工件尺寸答案：D1.12渗氮层表面硬度明显降低最可能由于A.渗氮温度偏低B.氨分解率过高C.渗氮前调质回火温度低D.工件表面锈蚀答案：B1.13下列冷却介质中，第3阶段（对流阶段）冷速最慢的是A.盐水B.清水C.快速淬火油D.真空N2气淬答案：D1.14球墨铸铁等温淬火获得组织A.马氏体+残余奥氏体B.下贝氏体+奥氏体C.上贝氏体+马氏体D.珠光体+铁素体答案：B1.15评定钢材回火脆性倾向的常用试验是A.冲击试验B.拉伸试验C.硬度试验D.断裂韧性试验答案：A1.16真空高压气淬常用冷却气体是A.HeB.H2C.N2D.CO2答案：C1.17下列因素中，对渗碳层碳浓度梯度影响最小的是A.渗碳温度B.渗碳时间C.炉气碳势D.工件表面粗糙度答案：D1.1818CrNiMo76钢渗碳后预冷淬火目的A.减少残余奥氏体B.降低表面碳浓度C.减少变形D.提高硬度答案：C1.19下列铝合金中，可热处理强化的是A.1050B.3003C.5052D.2024答案：D1.20热处理工艺代号“51303”对应A.正火B.淬火+高温回火C.去应力退火D.完全退火答案：B2.多项选择题（每题2分，共20分；多选少选均不得分）2.1下列属于化学热处理的工艺有A.渗碳B.碳氮共渗C.渗硼D.离子氮化E.感应淬火答案：ABCD2.2导致回火硬度偏低的原因有A.回火温度过高B.回火时间过长C.淬火未冷透D.表面脱碳E.冷却速度过快答案：ABCD2.3下列属于非调质钢的有A.38MnVSB.48MnVC.42CrMoD.30MnVSE.16MnCr5答案：ABD2.4评定淬火介质冷却性能的方法有A.银探头法B.热丝法C.ISO9950D.磁性法E.5秒法答案：AC2.5下列缺陷可在宏观酸浸试验中显现的有A.偏析B.缩孔C.白点D.脱碳E.晶粒度答案：ABC2.6渗碳淬火齿轮磨削裂纹预防措施有A.降低表面碳浓度B.喷丸强化C.提高回火温度D.采用梯度淬火E.选用高粘度油答案：ABC2.7下列属于α+β钛合金的有A.TC4B.TC11C.TA7D.TB2E.TC6答案：ABE2.8真空淬火优点有A.无氧化B.变形小C.表面光亮D.冷速快于水淬E.可高压气淬答案：ABCE2.9下列属于二次淬火目的的有A.减少残余奥氏体B.提高硬度C.改善尺寸稳定性D.降低脆性E.细化晶粒答案：AC2.10下列属于回火索氏体特征的有A.铁素体基体B.颗粒状碳化物C.高硬度D.良好综合力学性能E.片状马氏体答案：ABD3.填空题（每空1分，共20分）3.1钢的Ac3温度随碳含量升高而________。答案：降低3.2渗碳层有效硬化层深度测定方法按GB/T9450规定，采用________硬度法，界限硬度值为________HV。答案：维氏；5503.3铝合金固溶处理转移时间一般控制在________秒以内，防止________析出。答案：15；平衡相3.4感应淬火频率f=10kHz时，合理淬硬层深度约为________mm。答案：2.53.5真空回火为防止________污染，通常充入________气体分压。答案：氧化；高纯N23.6钢的回火脆性分为________回火脆性和________回火脆性两类。答案：低温（第一类）；高温（第二类）3.7渗氮白亮层主要由________相组成，其厚度一般控制在________μm以内。答案：εFe23N；153.8球化退火前若组织中存在________，应先进行________退火。答案：网状渗碳体；正火3.9计算端淬曲线时，Jominy试样水冷端距离为________mm，对应冷速约________℃/s。答案：0；>2003.10钛合金真空退火温度通常选在其________温度以下________℃。答案：β转变；501004.判断改错题（每题2分，共10分；先判断对错，若错则改正）4.1等温淬火获得的下贝氏体韧性低于同硬度马氏体。答案：错；改正：高于4.2渗碳层碳浓度越高，淬火后残余奥氏体越少。答案：错；改正：越多4.3铝合金人工时效温度越高，硬化峰值出现时间越短。答案：对4.4真空淬火油在常压下即可达到与真空状态相同的冷却性能。答案：错；改正：不能，真空下冷速下降需高压气淬补偿4.5高速钢回火硬度峰值出现在二次硬化温度区间。答案：对5.简答题（每题6分，共30分）5.1简述淬火变形的主要影响因素及控制措施。答案：影响因素包括：1.零件几何形状不对称；2.冷却均匀性；3.加热温度梯度；4.残余应力；5.组织转变不均。控制措施：1.优化装炉方式，保证均匀冷却；2.采用分级或等温淬火降低热应力；3.合理布置夹具，减少自重弯曲；4.粗加工后去应力退火；5.选用低畸变淬火油或高压气淬；6.淬火后立即校正并回火定型。5.2说明渗碳层出现非马氏体组织的三大原因及防止对策。答案：原因：1.表面碳浓度不足，淬透性下降；2.渗碳后冷却慢，碳化物沿晶界析出；3.合金元素内氧化降低局部淬透性。对策：1.提高炉气碳势至0.81.0%C，强化扩散；2.渗碳后预冷至850℃直接淬火或采用二次淬火；3.选用含Mo、Ni高淬透性钢，控制炉内氧势<10ppm；4.喷丸去除氧化皮并提高表面压应力。5.3写出铝合金T77处理工艺路线并说明其组织性能特点。答案：路线：固溶（495℃×30min）→水淬→预时效（120℃×6h）→冷加工变形5%→终时效（170℃×12h）。特点：析出高密度细小GP区+η′相，位错胞结构稳定；屈服强度提高15%，抗应力腐蚀寿命提高3倍，保持较高电导率。5.4比较渗氮与渗碳在工艺温度、变形、硬度、服役性能四方面差异。答案：温度：渗氮480580℃，渗碳880950℃；变形：渗氮极小，渗碳较大需后续磨削；硬度：渗氮表面可达11001300HV，渗碳淬火700800HV；服役：渗氮层压应力高、耐蚀耐磨，但承载能力低；渗碳层厚0.53mm，可承受大接触应力与冲击。5.5说明钛合金β退火导致低周疲劳性能下降的机制。答案：β退火冷却慢形成粗大α片层集束，导致：1.有效滑移长度增加，位错塞积应力集中；2.晶界α相连续，裂纹易沿晶界扩展；3.织构强度增大，降低疲劳裂纹萌生抗力；4.组织粗化降低屈服强度，循环塑性应变增大，加速微孔聚合。6.计算题（共30分）6.1某40Cr钢棒直径50mm，求理想临界直径DI。已知：C=0.40%，Cr=1.0%，Mo=0.20%，奥氏体晶粒度7级，基准DI0=0.21in。合金因子：fCr=2.11，fMo=1.60，fMn=1.85（0.70%Mn）。答案：DI=DI0×fCr×fMo×fMn=0.21×2.11×1.60×1.85=1.31in≈33mm6.2计算该棒实际临界直径Dcrit（H=0.35）。答案：Dcrit=DI×H=33×0.35=11.6mm，故50mm棒不能淬透。6.3若改油淬H=0.5，求淬透层深度对应Jominy距离。答案：DI=33mm，H=0.5，查端淬曲线图，硬度降至550HV处距水冷端约8mm，对应油淬棒淬硬层深度≈8/2.5=3.2mm。6.4计算渗碳层碳浓度分布误差函数解：C(x,t)=Cs(CsC0)erf(x/2√Dt)。已知：Cs=1.0%，C0=0.2%，t=4h，D=0.5×10⁻¹¹m²/s，求x=0.5mm处碳浓度。答案：x/2√Dt=5×10⁻⁴/(2√0.5×10⁻¹¹×14400)=0.986，erf(0.986)=0.835，C=1.00.8×0.835=0.332%，即0.33%C。6.5铝合金时效强化增量Δσ=Δσ0+K√texp(Q/RT)，已知：K=120MPa·h⁻⁰·⁵，Q=65kJ/mol，T=170℃=443K，求达到Δσ=200MPa所需时间。答案：200=120√texp(65000/(8.314×443))→√t=200/(120×0.176)=9.47→t=89.6h≈90h。7.综合分析题（共50分）7.1某重载齿轮模数6mm，材料20CrMnMo，技术要求：齿面硬度5862HRC，有效硬化层深2.02.4mm，心部硬度3542HRC，齿向变形≤0.05mm。现有渗碳线：多用炉，载气丙烷+甲醇，淬火油槽。试制定完整热处理工艺路线并说明关键控制点。（20分）答案：路线：1.预处理：调质950℃油淬+650℃回火→硬度220HB，组织回火索氏体；2.机加工后清洗→装炉；3.渗碳：930℃，碳势1.05%C，强渗4h，扩散2h，炉冷至860℃；4.预冷淬火：860℃油淬20min，油温60℃，搅拌速率1.5m/s；5.清洗→回火：200℃×3h空冷；6.喷丸：0.4mm铸钢丸，覆盖率200%，弧高0.35mmA；7.精磨→去氢退火：190℃×24h。关键控制：1.渗碳层深每炉随炉金相抽检；2.碳势红外仪校准周期≤7天；3.淬火油温±5℃，冷却曲线每季度测一次；4.回火后100%硬度检测；5.变形检测每批抽10%用齿轮测量中心；6.喷丸强度每班Almen试片校验；7.去氢后24h内无延迟裂纹。7.2某航空TC4钛合金整体叶盘要求抗拉强度≥950MPa，断裂韧性KIC≥75MPa·m⁰·⁵，疲劳极限≥500MPa（10⁷周）。现有β退火、α+β固溶时效、β固溶时效三种方案，试对比分析并推荐最优工艺。（15分）答案：β退火：强度低（880MPa），KIC高（90），疲劳差（420MPa），排除；α+β固溶时效：950℃/1h水淬+540℃/4h空冷，强度970MPa，KIC78，疲劳520MPa，满足；β固溶时效：1030℃/0.5h水淬+700℃/2h空冷，强度1100MPa，KIC65，疲劳480MPa，KIC不足；推荐α+β固溶时效，兼顾强度、韧性、疲劳，且变形小。7.3某汽车转向节采用42CrMo锻件，调质后表面出现5mm长淬火裂纹。试给出失效分析流程、实验方案、根因判定及改进措施。（15分）答案：流程：1.宏观断口→裂纹源位置；2.超声波+磁粉确认裂纹走向；3.金相：抛光+4