2025年大學(xué)《熱處理》試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.鋼在加熱時(shí)奧氏體形成的關(guān)鍵步驟是（）A.鐵素體向奧氏體的晶格重構(gòu)B.滲碳體的溶解C.碳原子的擴(kuò)散D.奧氏體晶核的形成與長(zhǎng)大2.馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征不包括（）A.無(wú)擴(kuò)散性B.切變共格性C.體積膨脹D.轉(zhuǎn)變完全性3.下列哪種工藝不屬于表面熱處理（）A.滲碳B.感應(yīng)淬火C.正火D.激光表面合金化4.45鋼經(jīng)840℃加熱后水淬，再經(jīng)550℃回火，獲得的組織是（）A.回火馬氏體B.回火托氏體C.回火索氏體D.回火屈氏體5.消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體應(yīng)采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.正火D.等溫退火6.下列哪種因素會(huì)顯著降低鋼的淬透性（）A.增加碳含量（亞共析鋼范圍內(nèi)）B.加入合金元素Cr、MoC.細(xì)化奧氏體晶粒D.減少奧氏體中的未溶碳化物7.第一類回火脆性（低溫回火脆性）的產(chǎn)生與（）有關(guān)A.馬氏體分解B.殘余奧氏體轉(zhuǎn)變C.碳化物沿馬氏體晶界析出D.雜質(zhì)元素在晶界偏聚8.感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，電流頻率越高（）A.加熱層越淺B.加熱層越深C.加熱速度越慢D.表面硬度越低9.下列材料中，最適合進(jìn)行滲碳處理的是（）A.20CrMnTiB.40CrC.T10D.Q23510.鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）中，“鼻尖”對(duì)應(yīng)的溫度是（）A.550℃左右B.727℃C.350℃左右D.230℃（Ms點(diǎn)）二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼的熱處理工藝由________、________、________三個(gè)階段組成。2.共析鋼的Ac1溫度為_(kāi)_______℃，亞共析鋼的Ac3溫度隨含碳量增加而________（升高/降低）。3.奧氏體的形成過(guò)程包括________、________、________、________四個(gè)階段。4.馬氏體的形態(tài)主要有________和________兩種，其中________馬氏體的韌性較好。5.常用的退火工藝包括________、________、________、________等。6.淬火時(shí)常用的冷卻介質(zhì)有________、________、________，其中________的冷卻能力最強(qiáng)。7.表面淬火的目的是使工件表層獲得________組織，而心部保持________性能。8.滲碳工藝通常分為_(kāi)_______、________、________三個(gè)階段。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.完全退火適用于所有鋼種，可細(xì)化晶粒并消除內(nèi)應(yīng)力。（）2.貝氏體轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型相變，上貝氏體的韌性優(yōu)于下貝氏體。（）3.殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，會(huì)在室溫下逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致工件尺寸變化。（）4.回火索氏體中的碳化物呈顆粒狀，而回火托氏體中的碳化物呈細(xì)片狀。（）5.淬透性好的鋼，淬火后表面和心部的硬度差異小。（）6.感應(yīng)加熱表面淬火后必須進(jìn)行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力并保持高硬度。（）7.滲碳后直接淬火會(huì)導(dǎo)致表層殘余奧氏體量增加，需采用二次淬火工藝改善。（）8.球化退火主要用于過(guò)共析鋼，其目的是使?jié)B碳體球化，降低硬度，改善切削性能。（）9.鋼的臨界冷卻速度Vk越小，其淬透性越差。（）10.第一類回火脆性是不可逆的，一旦產(chǎn)生無(wú)法消除；第二類回火脆性是可逆的，可通過(guò)重新加熱至脆性溫度以上快冷消除。（）四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.比較正火與退火的主要區(qū)別（從加熱溫度、冷卻方式、組織、性能及應(yīng)用等方面分析）。2.簡(jiǎn)述鋼在淬火時(shí)產(chǎn)生變形與開(kāi)裂的主要原因及預(yù)防措施。3.說(shuō)明馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)及其對(duì)鋼性能的影響。4.為什么過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度選擇在Ac1~Accm之間，而不是Ac3以上？5.分析低溫回火、中溫回火、高溫回火的溫度范圍、所得組織及性能特點(diǎn)。五、綜合分析題（10分）某汽車制造廠需生產(chǎn)一批承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷的汽車齒輪（模數(shù)m=5，材料選用20CrMnTi），要求表面硬度58~62HRC，心部硬度30~40HRC，綜合力學(xué)性能良好。試設(shè)計(jì)其熱處理工藝路線（包括預(yù)處理和最終熱處理），并說(shuō)明每一步工藝的目的及組織轉(zhuǎn)變過(guò)程。六、計(jì)算題（10分）已知某亞共析鋼（0.45%C）的等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）如圖所示（假設(shè)圖中各轉(zhuǎn)變開(kāi)始線和終了線標(biāo)注清晰）。若該鋼經(jīng)850℃奧氏體化后，分別以以下冷卻速度冷卻：（1）v1=100℃/s；（2）v2=10℃/s；（3）v3=1℃/s；（4）v4=0.1℃/s。試判斷每種冷卻速度下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.D解析：奧氏體形成的四個(gè)階段為形核、長(zhǎng)大、殘余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化，其中形核與長(zhǎng)大是關(guān)鍵步驟。2.D解析：馬氏體轉(zhuǎn)變具有不完全性，冷卻至Ms以下時(shí)，總有部分奧氏體未轉(zhuǎn)變（殘余奧氏體）。3.C解析：正火是整體熱處理工藝，表面熱處理僅改變表層組織。4.C解析：45鋼水淬后得到馬氏體，550℃屬于高溫回火（500~650℃），組織為回火索氏體（鐵素體基體+細(xì)粒狀碳化物）。5.C解析：正火冷卻速度較快，可抑制網(wǎng)狀滲碳體析出，或破碎已形成的網(wǎng)狀組織。6.D解析：未溶碳化物可阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，提高淬透性；減少未溶碳化物會(huì)使晶粒粗化，降低淬透性。7.C解析：第一類回火脆性與低溫回火時(shí)碳化物沿馬氏體板條或片層界面析出有關(guān)，導(dǎo)致晶界脆化。8.A解析：感應(yīng)加熱頻率越高，集膚效應(yīng)越顯著，電流透入深度越淺，加熱層越薄。9.A解析：20CrMnTi是典型的滲碳鋼（低碳合金鋼），滲碳后表面含碳量升高，可淬火強(qiáng)化；40Cr為調(diào)質(zhì)鋼，T10為高碳鋼，Q235含碳量過(guò)低，均不適合滲碳。10.A解析：C曲線的“鼻尖”對(duì)應(yīng)最易發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的溫度（約550℃），此時(shí)過(guò)冷度大，原子擴(kuò)散能力適中，形核率與長(zhǎng)大速度均最高。二、填空題1.加熱；保溫；冷卻2.727；降低3.奧氏體晶核形成；晶核長(zhǎng)大；殘余滲碳體溶解；奧氏體成分均勻化4.板條（位錯(cuò)）；片狀（孿晶）；板條5.完全退火；球化退火；等溫退火；去應(yīng)力退火6.水；油；鹽?。ɑ驂A?。?；水7.高硬度馬氏體；良好的塑性和韌性8.滲碳階段；擴(kuò)散階段；降溫淬火階段三、判斷題1.×（完全退火主要用于亞共析鋼，過(guò)共析鋼加熱至Ac3以上會(huì)析出網(wǎng)狀滲碳體，需球化退火）2.×（下貝氏體的韌性優(yōu)于上貝氏體）3.√（殘余奧氏體在室溫下會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致體積膨脹，尺寸不穩(wěn)定）4.×（回火托氏體中的碳化物為細(xì)片狀，回火索氏體中為顆粒狀）5.√（淬透性好的鋼，淬火后心部也能獲得馬氏體，硬度與表層接近）6.√（感應(yīng)淬火后表層存在較大內(nèi)應(yīng)力，低溫回火可消除應(yīng)力，防止開(kāi)裂，同時(shí)保持高硬度）7.√（滲碳后直接淬火會(huì)因表層含碳量過(guò)高，奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)，殘余奧氏體量增加；二次淬火先正火細(xì)化心部組織，再重新加熱淬火可減少殘余奧氏體）8.√（過(guò)共析鋼原始組織為層狀珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，硬度高，球化退火后滲碳體球化，硬度降低，切削性能改善）9.×（臨界冷卻速度Vk越小，鋼越容易被淬透，淬透性越好）10.√（第一類回火脆性在250~350℃產(chǎn)生，不可逆；第二類回火脆性在450~650℃產(chǎn)生，可通過(guò)快冷（如油冷）避免，重新加熱后快冷可消除）四、簡(jiǎn)答題1.正火與退火的主要區(qū)別：（1）加熱溫度：亞共析鋼正火加熱至Ac3+30~50℃，退火加熱至Ac3+20~30℃；過(guò)共析鋼正火加熱至Accm+30~50℃，退火加熱至Ac1+20~30℃（球化退火）。（2）冷卻方式：正火采用空冷，冷卻速度較快；退火采用爐冷、空冷（等溫退火）或隨爐冷卻，速度較慢。（3）組織：正火得到細(xì)片狀珠光體（索氏體）；退火得到粗片狀珠光體（珠光體+鐵素體，亞共析鋼）或球化珠光體（過(guò)共析鋼）。（4）性能：正火后強(qiáng)度、硬度高于退火，塑性略低；退火后塑性、韌性更好，內(nèi)應(yīng)力消除更徹底。（5）應(yīng)用：正火用于改善低碳鋼切削性能、消除網(wǎng)狀滲碳體、作為最終熱處理（低要求零件）；退火用于細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削性能（中高碳鋼）、為淬火作準(zhǔn)備。2.淬火變形與開(kāi)裂的原因及預(yù)防措施：原因：①相變應(yīng)力：馬氏體轉(zhuǎn)變體積膨脹，表層與心部冷卻不均導(dǎo)致應(yīng)力；②熱應(yīng)力：表面冷卻快收縮大，心部冷卻慢收縮小，產(chǎn)生拉應(yīng)力；③原始組織不均勻（如帶狀組織）導(dǎo)致局部應(yīng)力集中；④淬火溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗化，脆性增加。預(yù)防措施：①合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)（避免尖角、截面突變）；②采用預(yù)冷淬火（先在空氣中冷卻至Ar3附近再淬火）；③選擇合適的淬火介質(zhì)（如油淬代替水淬）；④控制加熱溫度（避免過(guò)高）；⑤采用等溫淬火或分級(jí)淬火（減少應(yīng)力）；⑥淬火后及時(shí)回火（消除應(yīng)力）。3.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)及對(duì)性能的影響：特點(diǎn)：①無(wú)擴(kuò)散性（鐵、碳原子均不擴(kuò)散，僅原子集體切變）；②切變共格性（新相與母相保持共格關(guān)系）；③轉(zhuǎn)變速度極快（以聲速進(jìn)行）；④轉(zhuǎn)變不完全性（存在殘余奧氏體）；⑤體積膨脹（馬氏體比容大于奧氏體）。對(duì)性能的影響：①高硬度、高耐磨性（馬氏體是鋼中最硬的組織，硬度主要取決于含碳量）；②脆性大（尤其是高碳片狀馬氏體）；③內(nèi)應(yīng)力大（相變應(yīng)力與熱應(yīng)力疊加，易導(dǎo)致變形開(kāi)裂）。4.過(guò)共析鋼淬火加熱溫度選擇Ac1~Accm之間的原因：①若加熱至Ac3以上（Accm為過(guò)共析鋼奧氏體化終了溫度），會(huì)導(dǎo)致全部滲碳體溶解，奧氏體含碳量過(guò)高，淬火后殘余奧氏體量增加，硬度下降；②未溶滲碳體（加熱至Ac1~Accm時(shí)部分滲碳體未溶解）可阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，提高淬火后馬氏體的韌性；③過(guò)高的含碳量會(huì)使馬氏體脆性增加，未溶滲碳體可作為硬質(zhì)點(diǎn)提高耐磨性，同時(shí)避免晶粒粗化。5.不同回火工藝的溫度、組織及性能：（1）低溫回火（150~250℃）：組織為回火馬氏體（極細(xì)碳化物+過(guò)飽和α固溶體）；性能特點(diǎn)：高硬度（58~64HRC）、高耐磨性，內(nèi)應(yīng)力部分消除，脆性仍較高。（2）中溫回火（350~500℃）：組織為回火托氏體（細(xì)片狀碳化物+鐵素體）；性能特點(diǎn)：硬度35~45HRC，較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，較好的韌性。（3）高溫回火（500~650℃）：組織為回火索氏體（顆粒狀碳化物+鐵素體）；性能特點(diǎn)：硬度20~35HRC，綜合力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性）良好，即“調(diào)質(zhì)”處理。五、綜合分析題熱處理工藝路線設(shè)計(jì)：1.預(yù)處理：正火（900~920℃加熱，空冷）目的：消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善切削性能；使組織均勻（鐵素體+珠光體），為后續(xù)滲碳作準(zhǔn)備。組織轉(zhuǎn)變：原始鍛造組織（可能存在粗大晶?；驇罱M織）→加熱至Ac3以上奧氏體化→空冷得到細(xì)片狀珠光體+鐵素體。2.最終熱處理：滲碳+淬火+低溫回火（1）滲碳：溫度900~950℃，介質(zhì)為富碳?xì)夥眨ㄈ缑河?甲醇），時(shí)間根據(jù)滲層深度（模數(shù)5的齒輪滲層深度約1.2~1.5mm）確定，分為滲碳階段（強(qiáng)滲，提高表層含碳量至0.8~1.0%）、擴(kuò)散階段（降低表層碳濃度梯度，減少殘余奧氏體）。（2）淬火：滲碳后降溫至830~850℃（心部仍為奧氏體），油淬。目的：表層高碳奧氏體→馬氏體（高硬度），心部低碳奧氏體→板條馬氏體（良好韌性）。（3）低溫回火：150~180℃，保溫1~2h，空冷。目的：消除淬火應(yīng)力，減少殘余奧氏體（部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體），穩(wěn)定尺寸，保持高硬度。最終組織：表層為回火馬氏體+少量殘余奧氏體+細(xì)粒狀碳化物（硬度58~62HRC）；心部為回火板條馬氏體+少量鐵素體（硬度30~40HRC），綜合力學(xué)性能良好。六、計(jì)算題假設(shè)C曲線中：-珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線：550℃以上，隨溫度降低，開(kāi)始時(shí)間縮短（“鼻尖”在550℃，開(kāi)始時(shí)間約0.5s）；-貝氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線：230~550℃，開(kāi)始時(shí)間隨溫度降低先縮短后延長(zhǎng)；-馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線（Ms）約280℃。（1）v1=100℃/s（快速冷卻）：冷卻曲線不與珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變線相交，直接穿過(guò)Ms線，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體+殘余奧氏體（因冷卻速度大于臨界冷卻速度Vk，過(guò)冷奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，僅少量殘余奧氏體）。（2）v2=10℃/s（中等速度）：冷卻曲線在