金屬熱處理試題答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.完全退火主要適用于（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過共析鋼D.所有碳鋼答案：A。完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050℃，保溫一定時間后緩慢冷卻的熱處理工藝，主要用于亞共析鋼消除熱加工缺陷、細化晶粒等。共析鋼一般采用球化退火；過共析鋼不適合完全退火，因為在緩慢冷卻時會沿晶界析出二次滲碳體，降低材料性能。2.鋼的淬透性主要取決于（）A.含碳量B.冷卻介質C.合金元素D.工件尺寸答案：C。淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，主要取決于鋼的化學成分，特別是合金元素。合金元素可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，從而提高鋼的淬透性。含碳量主要影響鋼的硬度和強度；冷卻介質影響的是冷卻速度，是影響淬硬性的因素之一；工件尺寸也會影響冷卻速度，但不是決定淬透性的主要因素。3.下列哪種回火方法可獲得較高的綜合力學性能（）A.低溫回火B(yǎng).中溫回火C.高溫回火D.等溫回火答案：C。高溫回火是將淬火后的鋼件加熱到500650℃回火，回火后得到回火索氏體組織，具有較高的強度、塑性和韌性，即較高的綜合力學性能。低溫回火主要用于提高鋼的硬度和耐磨性；中溫回火主要用于獲得高的彈性極限和屈服強度；等溫回火可獲得下貝氏體組織，具有良好的綜合力學性能，但不如高溫回火應用廣泛。4.感應加熱表面淬火的電流頻率越高，淬硬層（）A.越厚B.越薄C.不變D.不確定答案：B。感應加熱表面淬火是利用電磁感應原理，使工件表面產生感應電流而迅速加熱并淬火的工藝。電流頻率越高，集膚效應越顯著，電流集中在工件表面的薄層內，加熱速度快，淬硬層就越薄。5.下列材料中，鍛造性能最好的是（）A.低碳鋼B.中碳鋼C.高碳鋼D.鑄鐵答案：A。鍛造性能主要取決于金屬的塑性和變形抗力。低碳鋼的含碳量低，組織中主要是鐵素體和少量珠光體，塑性好，變形抗力小，鍛造性能最好。中碳鋼的塑性和鍛造性能次之；高碳鋼由于含碳量高，塑性較差，鍛造時需要嚴格控制加熱溫度和變形量；鑄鐵是脆性材料，幾乎沒有塑性，不能進行鍛造。6.球化退火的主要目的是（）A.消除內應力B.降低硬度C.改善切削加工性能D.獲得球狀珠光體答案：D。球化退火是將過共析鋼加熱到Ac1以上2040℃，保溫一定時間后緩慢冷卻的熱處理工藝，主要目的是使片狀滲碳體球化，獲得球狀珠光體組織，降低硬度，改善切削加工性能，同時為后續(xù)的淬火和回火處理做好組織準備。消除內應力可采用去應力退火；降低硬度和改善切削加工性能是球化退火的部分效果，但不是主要目的。7.下列哪種冷卻方式可使鋼獲得下貝氏體組織（）A.單液淬火B(yǎng).雙液淬火C.分級淬火D.等溫淬火答案：D。等溫淬火是將工件加熱到奧氏體化后，迅速冷卻到貝氏體轉變溫度范圍（260400℃），保溫一定時間，使奧氏體轉變?yōu)橄仑愂象w組織的熱處理工藝。單液淬火是將工件加熱到奧氏體化后，在一種冷卻介質中冷卻到室溫；雙液淬火是先在冷卻能力強的介質中冷卻，再在冷卻能力弱的介質中冷卻；分級淬火是將工件加熱到奧氏體化后，在稍高于Ms點的鹽浴或堿浴中保溫一段時間，然后空冷，主要目的是減少淬火應力，防止工件變形和開裂。8.調質處理是指（）A.淬火+低溫回火B(yǎng).淬火+中溫回火C.淬火+高溫回火D.正火+高溫回火答案：C。調質處理是淬火和高溫回火的復合熱處理工藝，淬火后得到馬氏體組織，高溫回火后得到回火索氏體組織，具有良好的綜合力學性能，廣泛應用于各種機械零件的處理。9.鋼在加熱時，判斷過熱現(xiàn)象的依據(jù)是（）A.氧化B.脫碳C.晶粒粗大D.硬度降低答案：C。鋼在加熱時，如果加熱溫度過高或保溫時間過長，會使奧氏體晶粒粗大，這種現(xiàn)象稱為過熱。過熱會降低鋼的力學性能，尤其是塑性和韌性。氧化和脫碳是加熱過程中的常見缺陷，但不是判斷過熱的依據(jù)；硬度降低可能是由于回火等其他因素引起的，也不是過熱的特征。10.下列金屬材料中，不能進行熱處理強化的是（）A.鋁合金B(yǎng).銅合金C.普通碳素鋼D.灰鑄鐵答案：D。鋁合金可以通過固溶處理和時效處理進行強化；銅合金也可以通過適當?shù)臒崽幚矸椒ㄌ岣咂湫阅埽黄胀ㄌ妓劁摽梢酝ㄟ^淬火、回火等熱處理工藝改變其組織和性能?；诣T鐵是一種脆性材料，其組織中含有大量的石墨，石墨的存在破壞了基體的連續(xù)性，熱處理對其組織和性能的改善作用有限，一般不能進行熱處理強化。11.化學熱處理與其他熱處理方法的主要區(qū)別是（）A.加熱溫度B.組織變化C.改變表面化學成分D.冷卻方式答案：C。化學熱處理是將工件置于一定的化學介質中加熱、保溫，使介質中的活性原子滲入工件表面，改變其表面化學成分和組織，從而獲得所需的性能。而其他熱處理方法如退火、淬火、回火等主要是通過加熱和冷卻來改變工件的組織和性能，不改變表面化學成分。加熱溫度、組織變化和冷卻方式在不同的熱處理方法中都有不同的特點，但不是化學熱處理與其他熱處理方法的主要區(qū)別。12.滲碳零件一般需要選擇（）制造A.低碳鋼或低碳合金鋼B.中碳鋼或中碳合金鋼C.高碳鋼或高碳合金鋼D.灰鑄鐵答案：A。滲碳是將低碳鋼或低碳合金鋼在富碳的介質中加熱到高溫，使活性碳原子滲入工件表面，以獲得高碳的滲層組織。然后經淬火和低溫回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲勞抗力，心部仍保持足夠的強度和韌性。中碳鋼和中碳合金鋼一般不采用滲碳處理；高碳鋼本身含碳量高，不需要滲碳；灰鑄鐵不能進行滲碳處理。13.下列熱處理工藝中，屬于化學熱處理的是（）A.淬火B(yǎng).回火C.滲氮D.正火答案：C。滲氮是將氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝，通過在一定溫度下使氨氣分解產生活性氮原子，被工件表面吸收并擴散，形成富氮硬化層。淬火、回火和正火都是通過加熱和冷卻來改變工件的組織和性能，屬于普通熱處理工藝。14.為了改善高速鋼鑄態(tài)組織中的粗大魚骨狀碳化物，應采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.多次鍛造D.正火答案：C。高速鋼鑄態(tài)組織中存在粗大的魚骨狀碳化物，嚴重影響其性能。多次鍛造可以通過壓力加工使粗大的碳化物破碎并均勻分布，改善其組織和性能。完全退火、球化退火和正火都不能有效破碎粗大的碳化物。15.鋼的回火脆性是指（）A.回火后硬度降低的現(xiàn)象B.回火后韌性降低的現(xiàn)象C.回火后強度降低的現(xiàn)象D.回火后塑性降低的現(xiàn)象答案：B。鋼的回火脆性是指在某些溫度范圍內回火時，鋼的韌性顯著降低的現(xiàn)象?；鼗鸫嘈钥煞譃榈谝活惢鼗鸫嘈院偷诙惢鼗鸫嘈浴５谝活惢鼗鸫嘈允遣豢赡娴?，在250400℃回火時出現(xiàn)；第二類回火脆性是可逆的，在450650℃回火時出現(xiàn)?；鼗鸷笥捕取姸群退苄缘淖兓c回火脆性沒有直接關系。二、判斷題（每題1分，共10分）1.金屬的加熱速度越快，其實際的臨界點越高。（）答案：√。金屬在加熱時，存在加熱滯后現(xiàn)象，加熱速度越快，原子的熱激活能力越強，實際的臨界點（如Ac1、Ac3等）就越高。2.淬火鋼回火后的組織取決于回火溫度，與回火前的組織無關。（）答案：×。淬火鋼回火后的組織不僅取決于回火溫度，還與回火前的組織有關。不同的淬火組織在相同的回火溫度下，會得到不同的回火組織。例如，淬火馬氏體和淬火貝氏體在相同溫度回火，得到的組織和性能會有所不同。3.感應加熱表面淬火可以獲得比普通淬火更高的硬度和耐磨性。（）答案：√。感應加熱表面淬火加熱速度快，奧氏體晶粒細小，淬火后得到的馬氏體組織細小，硬度和耐磨性比普通淬火高。同時，表面壓應力的存在也提高了工件的疲勞抗力。4.所有的金屬材料都可以進行熱處理。（）答案：×。只有具有固態(tài)相變的金屬材料才能進行熱處理，通過加熱、保溫和冷卻等操作改變其組織和性能。一些純金屬（如純鋁、純銅等）沒有固態(tài)相變，不能通過熱處理來顯著改變其性能；鑄鐵等脆性材料的熱處理效果也有限。5.球化退火適用于所有碳鋼。（）答案：×。球化退火主要適用于過共析鋼，目的是使片狀滲碳體球化，獲得球狀珠光體組織。對于亞共析鋼，一般采用完全退火或正火；對于低碳鋼，球化退火沒有實際意義。6.化學熱處理既能改變工件表面的化學成分，又能改變其組織和性能。（）答案：√。化學熱處理是通過將工件置于化學介質中加熱、保溫，使介質中的活性原子滲入工件表面，改變其表面化學成分。滲入的原子會與基體金屬形成新的化合物或固溶體，從而改變表面的組織和性能。7.回火是淬火的后續(xù)工序，因此淬火后必須立即回火。（）答案：√。淬火后工件內部存在很大的內應力，如不及時回火，在放置過程中或后續(xù)加工時可能會產生裂紋，甚至使工件報廢。同時，回火可以消除淬火內應力，穩(wěn)定組織和尺寸，提高工件的韌性和塑性。8.高碳鋼的強度和硬度一定比低碳鋼高。（）答案：×。鋼的強度和硬度不僅取決于含碳量，還與熱處理狀態(tài)和組織有關。在退火狀態(tài)下，高碳鋼的硬度一般比低碳鋼高，但強度不一定高。經過適當?shù)臒崽幚砗螅吞间撘部梢垣@得較高的強度和硬度，如低碳鋼經淬火和回火處理后，強度和硬度會顯著提高。9.感應加熱表面淬火的淬硬層深度與電流頻率和加熱時間有關。（）答案：√。電流頻率越高，集膚效應越顯著，淬硬層越??；加熱時間越長，熱量向工件內部傳導的距離越遠，淬硬層越厚。因此，感應加熱表面淬火的淬硬層深度與電流頻率和加熱時間有關。10.去應力退火和再結晶退火的加熱溫度都低于Ac1。（）答案：√。去應力退火是將工件加熱到500650℃，保溫一定時間后緩慢冷卻，目的是消除內應力，加熱溫度低于Ac1，不發(fā)生組織轉變。再結晶退火是將冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，使變形晶粒重新結晶為等軸晶粒，消除加工硬化，再結晶溫度一般低于Ac1。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述淬火鋼在不同溫度回火后的組織和性能特點。答：（1）低溫回火（150250℃）組織：回火馬氏體。淬火馬氏體在低溫回火時，馬氏體中的過飽和碳開始以細小的ε碳化物形式析出，馬氏體的過飽和度降低，同時保留了馬氏體的針狀形態(tài)。性能特點：具有高的硬度（一般為5864HRC）和耐磨性，同時降低了淬火內應力，提高了韌性和抗沖擊能力，但強度和塑性變化不大。主要用于要求高硬度和耐磨性的零件，如刀具、量具、模具等。（2）中溫回火（350500℃）組織：回火屈氏體。隨著回火溫度的升高，ε碳化物逐漸轉變?yōu)闈B碳體，馬氏體分解完成，形成了由細小的滲碳體顆粒分布在鐵素體基體上的回火屈氏體組織。性能特點：具有較高的彈性極限和屈服強度，同時具有一定的韌性和塑性。硬度一般為3545HRC。主要用于要求高彈性的零件，如彈簧、發(fā)條等。（3）高溫回火（500650℃）組織：回火索氏體。在高溫回火時，滲碳體顆粒進一步聚集長大，鐵素體發(fā)生回復和再結晶，形成了由粗粒狀滲碳體分布在多邊形鐵素體基體上的回火索氏體組織。性能特點：具有良好的綜合力學性能，即較高的強度、塑性和韌性。硬度一般為2035HRC。主要用于要求綜合力學性能的零件，如軸、齒輪等。2.什么是鋼的淬透性和淬硬性？影響淬透性和淬硬性的因素有哪些？答：（1）淬透性定義：淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，它反映了鋼在淬火時形成馬氏體的難易程度。淬透性好的鋼，在相同的淬火條件下，淬硬層深。影響因素：主要取決于鋼的化學成分，特別是合金元素。合金元素可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，從而提高鋼的淬透性。此外，鋼的原始組織、奧氏體化溫度和保溫時間等也會影響淬透性。原始組織越細，奧氏體化溫度越高、保溫時間越長，奧氏體晶粒越粗大，淬透性越好，但會降低鋼的韌性。（2）淬硬性定義：淬硬性是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度，主要取決于鋼的含碳量。影響因素：含碳量是影響淬硬性的主要因素，含碳量越高，淬火后馬氏體中的含碳量也越高，硬度就越高。此外，淬火冷卻速度也會影響淬硬性，冷卻速度越快，越有利于馬氏體的形成，淬硬性也越高。但冷卻速度過快會增加淬火內應力，容易導致工件變形和開裂。3.簡述感應加熱表面淬火的原理、特點和應用范圍。答：（1）原理感應加熱表面淬火是利用電磁感應原理，將工件置于感應器內，當感應器通入交變電流時，會產生交變磁場，工件在交變磁場的作用下，表面產生感應電流。由于集膚效應，感應電流集中在工件表面的薄層內，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻，實現(xiàn)表面淬火。（2）特點加熱速度快：感應加熱的速度極快，可在幾秒到幾十秒內將工件表面加熱到淬火溫度，大大縮短了加熱時間，提高了生產效率。淬硬層深度易于控制：通過調整電流頻率和加熱時間，可以精確控制淬硬層的深度。工件變形小：由于加熱速度快，加熱時間短，工件的熱影響區(qū)小，內應力小，因此工件變形小。表面質量好：感應加熱表面淬火后，工件表面氧化和脫碳少，表面硬度和耐磨性高。勞動條件好：感應加熱表面淬火過程中無煙塵和有害氣體產生，勞動強度低，勞動條件好。（3）應用范圍感應加熱表面淬火廣泛應用于中碳鋼和中碳合金鋼制造的零件，如軸類、齒輪、曲軸等。這些零件要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韌性和強度。同時，感應加熱表面淬火也適用于大批量生產，可實現(xiàn)自動化操作。四、綜合分析題（每題15分，共30分）1.某機床主軸要求具有良好的綜合力學性能，軸頸處要求有高的硬度和耐磨性，材料選用45鋼，試制定其加工工藝路線，并說明各熱處理工序的作用。答：（1）加工工藝路線下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→感應加熱表面淬火+低溫回火→磨削加工（2）各熱處理工序的作用正火：正火是將45鋼加熱到Ac3以上3050℃，保溫一定時間后空冷的熱處理工藝。正火的作用是消除鍛造應力，細化晶粒，改善切削加工性能，為后續(xù)的調質處理做好組織準備。調質：調質是淬火和高溫回火的復合熱處理工藝。將45鋼加熱到Ac3以上3050℃淬火，然后在500650℃回火。調質處理后，主軸獲得回火索氏體組織，具有良好的綜合力學性能，即較高的強度、塑性和韌性，滿足主軸整體的力學性能要求。感應加熱表面淬火+低溫回火：感應加熱表面淬火是將軸頸部位迅速加熱到淬