《2025年热处理工(技师)热处理工艺优化与应用考试试卷及答案》

《2025年热处理工(技师)热处理工艺优化与应用考试试卷及答案》一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填在括号内）1.在20CrMnTi钢渗碳后空冷组织中，表层出现网状渗碳体的主要原因是（）A.渗碳温度过高B.渗碳后冷却速度过快C.渗碳碳势过低D.强渗时间不足答案：A2.真空高压气淬采用氮气+氦气混合气体时，提高氦气比例的主要目的是（）A.降低淬火冷却速度B.减少工件表面氧化C.提高冷却均匀性并减小畸变D.降低气体消耗量答案：C3.下列哪种组织在相同硬度下具有最高的冲击韧度（）A.回火马氏体B.下贝氏体C.上贝氏体D.珠光体答案：B4.在AISIH13热作模具钢中，提高二次硬化峰值硬度的关键合金元素是（）A.CrB.MoC.VD.Ni答案：C5.对φ50mm的42CrMo轴类件进行调质，要求距表面12mm处抗拉强度≥900MPa，优先选择的淬火冷却工艺是（）A.油淬B.水淬C.水溶性聚合物PAG15%液淬D.喷雾空冷交替控时淬火答案：D6.离子渗氮时，为抑制ε相脆性而增加γ′相厚度，可采取的措施是（）A.提高处理温度至600℃B.提高氮氢混合气中N₂比例至90%C.在550℃、N₂∶H₂=1∶3、气压300Pa条件下延长保温时间D.降低电压至400V答案：C7.下列关于QPQ盐浴复合处理的说法正确的是（）A.渗层硬度高于气体渗氮B.氧化盐浴温度越高耐蚀性越好C.化合物层中Fe₃O₄比例越高耐磨性越差D.处理后必须再次淬火才能提高疲劳强度答案：A8.在薄壁环形GCr15轴承套圈淬火后，发现椭圆度超差0.25mm，最有效的矫正措施是（）A.提高淬火油温至120℃B.采用模压淬火机床C.降低奥氏体化温度D.回火后冷整形答案：B9.对大型174PH不锈钢铸件进行固溶+时效，若要求H900状态，则时效工艺为（）A.480℃×1h空冷B.550℃×4h空冷C.620℃×4h空冷D.760℃×0.5h空冷答案：A10.采用感应淬火对齿圈进行逐齿淬火时，为减小齿顶过热，优先选择的频率范围是（）A.50HzB.1kHzC.10kHzD.200kHz答案：C11.在可控气氛多用炉中，碳势控制仪出现“COF”报警，最可能的故障是（）A.氧探头内阻过高B.热电偶断路C.电磁阀线圈烧毁D.甲醇滴注管路堵塞答案：A12.对Ti6Al4V合金进行固溶时效，若要求强度等级为AMS4928，则固溶温度应控制在（）A.700±10℃B.800±10℃C.900±10℃D.955±10℃答案：D13.在渗碳淬火件表面出现非马氏体组织（黑色组织），其主要原因是（）A.炉内氧势过高B.淬火冷却不足C.回火温度过高D.渗碳碳势过低答案：A14.对M42高速钢刀具进行深冷处理，最佳切入工序是（）A.奥氏体化后立即深冷B.第一次回火后深冷C.第三次回火后深冷D.精磨后深冷答案：B15.采用激光熔覆修复H13模具，熔覆层出现宏观裂纹，首要改进措施是（）A.提高激光功率B.降低扫描速度C.预热基体至350℃D.改用铁基自熔合金答案：C16.在渗碳件有效硬化层深测定中，采用550HV1作为界限硬度，其对应含碳量约为（）A.0.25%B.0.35%C.0.40%D.0.50%答案：C17.对7075铝合金进行T73过时效处理，与T6相比其显著优势是（）A.抗拉强度更高B.抗应力腐蚀性能提高C.硬度提高D.时效时间缩短答案：B18.在气体氮化炉中，若氨分解率持续低于15%，应优先检查（）A.氨气纯度B.炉罐密封性C.催化剂是否失活D.排气口是否堵塞答案：C19.对φ5mm的65Mn钢丝进行铅浴等温淬火，获得细珠光体的等温温度区间为（）A.150–200℃B.250–300℃C.450–500℃D.600–650℃答案：C20.在热处理CAE仿真中，采用相变塑性模型时，必须输入的材料参数是（）A.热膨胀系数B.相变激活能C.相变诱发塑性系数βD.导热系数答案：C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.下列哪些措施可有效减小渗碳淬火齿轮的磨削裂纹倾向（）A.降低表面碳浓度至0.7%B.采用160℃热油淬火C.增加一次180℃×2h低温回火D.选用锆刚玉砂轮并降低磨削进给量E.渗碳后空冷再重新加热淬火答案：B、C、D22.关于贝氏体等温淬火，下列说法正确的有（）A.可显著减小复杂零件淬火畸变B.在相同硬度下冲击韧度优于马氏体淬火+回火C.适用于所有高碳合金钢D.等温温度越低，贝氏体含量越高E.需精确控制等温停留时间以避免珠光体析出答案：A、B、E23.下列哪些属于真空高压气淬相对油淬的固有优势（）A.无油烟污染B.可实现光亮淬火C.冷却速度可调范围大D.设备投资低E.厚壁件心部冷却更快答案：A、B、C24.对18CrNiMo76渗碳齿轮进行强力喷丸后，可获得的强化效果包括（）A.表面产生残余压应力B.提高弯曲疲劳极限C.降低齿面粗糙度D.提高接触疲劳寿命E.降低渗层硬度答案：A、B、D25.在热处理工艺数据库建设中，必须包含的字段有（）A.材料牌号及标准B.奥氏体化温度及时间C.冷却介质及搅拌强度D.工件批次号E.质量检验结果答案：A、B、C、E26.下列哪些缺陷可通过金相显微镜在抛光态下直接观察到（）A.过烧B.网状碳化物C.非金属夹杂物D.淬火裂纹E.脱碳层答案：A、B、C、E27.对大型42CrMo风电主轴进行调质，若出现心部铁素体超标，可采取的补救措施有（）A.提高淬火冷却强度B.重新奥氏体化并提高温度C.采用亚温淬火+高温回火D.更换淬透性更高的钢种E.直接报废答案：A、B、D28.在可控气氛渗碳中，碳势计算常用到的参数有（）A.CO体积分数B.CO₂体积分数C.温度D.炉气压力E.O₂电势（mV）答案：A、B、C、E29.下列关于深冷处理对高合金工具钢的作用，正确的有（）A.促进残余奥氏体转变为马氏体B.析出细小η碳化物提高二次硬度C.降低材料韧性D.提高耐磨性E.减小尺寸稳定性答案：A、B、D30.对TiAl合金进行包套热等静压+热处理时，包套材料需满足的条件包括（）A.与TiAl热膨胀系数匹配B.耐高温≥1200℃C.不与TiAl发生扩散反应D.良好的焊接密封性E.低成本即可答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共20分）31.在渗碳工艺中，常用__________（公式）计算碳在奥氏体中的扩散系数，其表达式为D=D₀exp(−Q/RT)。答案：菲克第二定律32.对AISI4340钢进行淬火，理想临界直径DI可通过__________曲线查得，其值主要与__________和__________有关。答案：端淬；含碳量；合金元素含量33.在真空回火时，为防止__________现象，回火前需通入高纯__________至200–400Pa。答案：回火色（氧化色）；氮气34.对7075铝合金，固溶转移时间一般控制在__________秒以内，以防止__________析出降低时效强化效果。答案：15；平衡相35.采用JMatPro软件计算马氏体开始转变温度Ms时，除成分外还需输入__________和__________参数。答案：奥氏体晶粒度；应力状态36.在渗氮白亮层中，__________相（化学式__________）具有良好耐蚀性，但过高脆性大。答案：Fe₃O₄；四氧化三铁37.对φ100mm的60Si2Mn弹簧钢进行油淬，心部出现珠光体的临界冷却速度约为__________℃/s，可通过__________试验测定。答案：5；端淬38.在激光相变硬化中，扫描速度v与功率P、光斑直径d的关系经验公式为表面硬化层深H≈__________×P/(v·d)。答案：k（材料常数，通常0.2–0.4）39.对渗碳齿轮进行强力喷丸，常用阿尔门试片弧高值__________mm作为强度指标，覆盖率应≥__________%。答案：0.36；20040.在热处理车间，采用__________（传感器）在线监测淬火油含水量，当含水量>__________%时需更换或脱水。答案：电容式水分；0.1四、简答题（每题6分，共30分）41.简述真空高压气淬中“冷却强度β值”的定义及其测定方法，并说明β值与畸变控制的关系。答案：β值定义为单位面积、单位温差下气体带走的热量，单位W/(m²·K)。测定方法：采用φ25mm×100mmInconel600标准试棒，内置热电偶，记录800→500℃冷却曲线，通过反传热算法计算β。β值越大，冷却越剧烈，易增大温差畸变；通过变频风机、气压、气体配比调节β，可实现梯度淬火，减小复杂零件畸变。42.说明42CrMo钢大型锻件在调质后出现“混晶”的原因及预防工艺措施。答案：原因：锻后停留温度低，未再结晶区变形，形成局部粗大晶粒；奥氏体化温度处于晶粒异常长大区间。预防：1)锻后950℃高温正火使晶粒细化；2)调质淬火前采用阶梯升温，780℃预热后升至860℃保温；3)控制保温时间t≤1.2min/mm；4)加入微量Nb、Al细化晶粒。43.列举三种在线无损测定渗碳层深度的方法，并比较其优缺点。答案：1)涡流法：快速、无需耦合，但受材料基体硬度波动影响大；2)超声背散射法：可测≥0.5mm层深，精度±0.05mm，需标定；3)电磁感应谐波法：对碳浓度梯度敏感，可测0.2–2mm，设备复杂。综合：涡流适合炉前快速分选，超声适合实验室精密抽检，电磁谐波适合在线闭环控制。44.说明高速钢刀具深冷处理后出现“二次硬化峰值提高1–1.5HRC”的微观机理。答案：深冷促使残余奥氏体进一步转变为马氏体；同时低温下碳原子扩散能力降低，形成大量5–20nmηM₆C碳化物，弥散分布在马氏体基体，阻碍位错运动；回火时二次硬化峰值温度略向高温移动，硬度提高。45.简述热处理工艺仿真中“热冶金力学”耦合模型的求解流程。答案：1)建立几何模型并网格划分；2)输入材料热物性、相变动力学、力学性能数据；3)定义边界条件：换热系数、炉温曲线；4)瞬态热分析计算温度场；5)根据温度历史更新相变体积分数；6)计算相变塑性和热应力；7)迭代直至收敛；8)输出畸变、残余应力及最终组织分布。五、计算题（共30分）46.（10分）一件20CrMnTi齿轮要求有效硬化层深CHD=1.0mm（550HV1），渗碳温度T=930℃，已知碳在奥氏体中扩散激活能Q=137kJ/mol，D₀=0.23cm²/s，表面碳质量分数Cs=0.9%，心部C₀=0.2%，求强渗时间t。（误差函数近似：若erf(z)=0.8，则z≈0.905）答案：由菲克解\[\frac{C_sC_x}{C_sC_0}=\text{erf}\left(\frac{x}{2\sqrt{Dt}}\right)\]令Cx=0.4%（对应550HV1），则\[\frac{0.90.4}{0.90.2}=0.714=\text{erf}(z)\Rightarrowz≈0.755\]\[D=0.23\exp\left(\frac{137000}{8.314×1203}\right)=2.1×10^{7}\\text{cm}^2/\text{s}\]\[t=\left(\frac{x}{2z}\right)^2\frac{1}{D}=\left(\frac{0.1}{2×0.755}\right)^2\frac{1}{2.1×10^{7}}≈4.2×10^4\\text{s}≈11.7\\text{h}\]取12h。47.（10分）一根φ80mm42CrMo轴长800mm，整体淬火后测得最大弯曲0.8mm。现采用反向加压矫直，材料屈服强度Rp0.2=930MPa，弹性模量E=210GPa，求理论最大弹性挠度δe及所需压头载荷F。（简化为中点加载简支梁）答案：\[I=\frac{\pid^4}{64}=2.01×10^{6}\\text{m}^4\]\[\delta_e=\frac{Rp0.2·L^2}{6Eh}=\frac{930×10^6×0.8^2}{6×210×10^9×0.04}=0.0118\\text{m}=11.8\\text{mm}\]\[F=\frac{4EI\delta}{L^3}=\frac{4×210×10^9×2.01×10^{6}×0.0118}{0.8^3}=4.1×10^5\\text{N}=410\\text{kN}\]48.（10分）某真空炉采用氮气淬火，风机功率P=75kW，气体温度T=50℃，压力p=5bar（绝压），喷嘴出口流速v=180m/s，求质量流量qm及β值（出口处换热系数h≈0.5ρvCp）。已知氮气Cp=1.04kJ/(kg·K)，γ=1.4，R=297J/(kg·K)。答案：\[\rho=\frac{p}{RT}=\frac{5×10^5}{297×323}=5.21\\text{kg/m}^3\]\[q_m=\rhovA\]假设喷嘴总面积A=0.025m²（题给隐含），\[q_m=5.21×180×0.025=23.4\\text{kg/s}\]\[h=0.5×5.21×180×1040=4.87×10^5\\text{W/(m}^2·\text{K)}\]\[\beta=h/\DeltaT\]若ΔT=750℃，则β≈650W/(m²·K)。六、综合应用题（共30分）49.（15分）某企业批量生产外径φ120mm、内孔φ80mm、厚20mm的20CrMnTi环形齿轮，要求：1)齿面硬度58–62HRC，有效硬化层深CHD=0.8–1.0mm；2)内孔圆度≤0.05mm；3)金相组织按QC/T262—20071–4级合格。现有设备：密封箱式多用炉、真空高压气淬炉、模压淬火机床、强力喷丸机。请制定完整热处理工艺路线，说明关键参数、检验方法及不合格品处置方案。答案：工艺路线：1)预处理：930℃正火+700℃高温回火，硬度≤229HB，改善切削；2)渗碳：密封炉，930℃，碳势1.15%C，强渗3.5h→扩散1.5h→降温至860℃保温0.5h；3)模压淬火：采用模压机床，内撑外压，油槽温度120℃，冷却时间4min，压力保持至150℃出油；4)清洗+低温回火：180℃×2h×2次；5)强力喷丸：阿尔门0.36A，覆盖率200%；6)精磨：留量≤0.05mm，磨削进给≤0.01mm/次，冷却液温度≤25℃。关键参数：渗层碳梯度0.9→0.4%，模压压力外环2MPa、内撑1.5MPa，淬火油温120℃、搅拌速率0.5m/s。检验：CHD用