2025年金屬熱處理習題庫含參考答案一、選擇題1.共析鋼過冷奧氏體在550350℃的溫度區(qū)間等溫轉(zhuǎn)變時，所形成的組織是（）A.索氏體B.下貝氏體C.上貝氏體D.珠光體答案：C解析：共析鋼過冷奧氏體在不同溫度區(qū)間等溫轉(zhuǎn)變會形成不同組織。550350℃是上貝氏體的形成溫度區(qū)間；索氏體是在650600℃形成；下貝氏體在350℃Ms溫度區(qū)間形成；珠光體是在A1650℃形成。2.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解析：完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050℃，保溫適當時間后緩慢冷卻的工藝，目的是細化晶粒、降低硬度、改善切削加工性能等。共析鋼和過共析鋼一般采用球化退火。3.鋼的淬透性主要取決于（）A.鋼的含碳量B.冷卻介質(zhì)C.鋼中合金元素D.淬火加熱溫度答案：C解析：鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力，主要取決于鋼的臨界冷卻速度，而合金元素能顯著影響臨界冷卻速度，從而影響淬透性。含碳量主要影響鋼的硬度和強度；冷卻介質(zhì)影響的是淬硬性；淬火加熱溫度對淬透性有一定影響，但不是主要因素。4.下列材料中，最適合制造氣輪機葉片的是（）A.1Cr13鋼B.1Cr17鋼C.2Cr13鋼D.4Cr13鋼答案：A解析：1Cr13鋼具有良好的耐腐蝕性和一定的強度、韌性，適合制造承受沖擊載荷不大的耐蝕件，如氣輪機葉片。1Cr17鋼主要用于制作耐蝕結(jié)構(gòu)件；2Cr13鋼強度和硬度較高，用于制造要求較高強度和韌性的零件；4Cr13鋼硬度和耐磨性較高，常用于制造醫(yī)療器械等。5.為了改善高速鋼鑄態(tài)組織中的魚骨狀碳化物，應采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.正火D.多次鍛造答案：D解析：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。多次鍛造可以擊碎粗大的碳化物，使其均勻分布，改善組織。完全退火、球化退火主要用于改善鋼的硬度和組織均勻性；正火主要用于提高低碳鋼的硬度和改善切削性能。二、判斷題1.金屬的結(jié)晶過程是由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成的。（）答案：正確解析：金屬結(jié)晶時，首先在液態(tài)金屬中形成一些微小的穩(wěn)定晶核，然后這些晶核不斷吸收周圍的原子而長大，同時新的晶核又不斷形成，直到液態(tài)金屬全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體，所以結(jié)晶過程由晶核形成和晶核長大兩個基本過程組成。2.過冷度越大，結(jié)晶后金屬的晶粒越粗大。（）答案：錯誤解析：過冷度越大，晶核的形成率和長大速度都增加，但晶核形成率增加的速度比長大速度快，因此過冷度越大，結(jié)晶后金屬的晶粒越細小。3.鋼的回火處理是在淬火后進行的，其目的是消除淬火內(nèi)應力，降低鋼的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的關系。（）答案：正確解析：淬火后的鋼硬度高、脆性大，且存在較大的內(nèi)應力，回火處理可以使鋼中的組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，消除內(nèi)應力，降低脆性，同時根據(jù)回火溫度的不同，可以調(diào)整鋼的硬度和韌性，以滿足不同的使用要求。4.鋁合金的強化主要通過固溶強化和時效強化來實現(xiàn)。（）答案：正確解析：固溶強化是將合金元素溶入鋁的晶格中，使晶格發(fā)生畸變，從而提高合金的強度和硬度。時效強化是指鋁合金在淬火后，在室溫或較高溫度下放置一定時間，合金元素會以細小彌散的沉淀相形式從固溶體中析出，使合金的強度和硬度顯著提高。5.金屬材料的力學性能主要包括強度、硬度、塑性、韌性和疲勞強度等。（）答案：正確解析：強度是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力；硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力；塑性是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力；韌性是指材料在沖擊載荷作用下吸收能量和抵抗斷裂的能力；疲勞強度是指材料在交變載荷作用下，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂的最大應力。這些都是衡量金屬材料力學性能的重要指標。三、簡答題1.簡述馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點。答案：（1）無擴散性：馬氏體轉(zhuǎn)變是一種非擴散型相變，鐵原子和碳原子都不發(fā)生擴散，僅靠晶格的切變來完成。（2）切變共格性：馬氏體轉(zhuǎn)變時，馬氏體和母相奧氏體之間保持共格關系，即相界面上的原子同時屬于兩相，這種共格關系是通過晶格的切變來實現(xiàn)的。（3）轉(zhuǎn)變速度極快：馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，在瞬間即可完成，因此轉(zhuǎn)變過程中會產(chǎn)生很大的內(nèi)應力。（4）轉(zhuǎn)變不完全性：馬氏體轉(zhuǎn)變不能進行到底，即使冷卻到Ms點以下，仍會有一部分奧氏體殘留下來，稱為殘余奧氏體。（5）轉(zhuǎn)變的可逆性：在一定條件下，馬氏體可以逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。2.說明淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變過程。答案：（1）馬氏體的分解：在100200℃回火時，馬氏體中的過飽和碳原子開始以ε碳化物的形式析出，馬氏體的含碳量降低，晶格畸變減小，這一過程稱為馬氏體的分解。（2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變：在200300℃回火時，殘余奧氏體不穩(wěn)定，會轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體。（3）碳化物的轉(zhuǎn)變：在300400℃回火時，ε碳化物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體（Fe3C），這一過程稱為碳化物的轉(zhuǎn)變。（4）滲碳體的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶：在400℃以上回火時，滲碳體顆粒逐漸聚集長大，鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，由片狀或板條狀變?yōu)榈容S狀，這一過程使鋼的硬度和強度進一步降低，韌性提高。3.簡述合金元素在鋼中的主要作用。答案：（1）強化作用：合金元素可以溶入鐵素體中，形成固溶體，使鐵素體強化；也可以形成碳化物、氮化物等強化相，提高鋼的強度和硬度。（2）提高淬透性：大多數(shù)合金元素能降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，使鋼在淬火時可以獲得更深的淬硬層。（3）細化晶粒：一些合金元素如鈦、釩、鈮等可以形成細小的碳化物或氮化物，在鋼加熱時能阻止晶粒長大，起到細化晶粒的作用。（4）提高回火穩(wěn)定性：合金元素可以延緩回火時碳化物的析出、聚集和長大，提高鋼的回火穩(wěn)定性，使鋼在較高溫度回火時仍能保持較高的硬度和強度。（5）改善鋼的耐腐蝕性：某些合金元素如鉻、鎳、鋁等可以在鋼表面形成一層致密的氧化膜，提高鋼的耐腐蝕性。（6）改變鋼的臨界點：合金元素可以改變鋼的Ac1、Ac3、Ar1、Ar3等臨界點，從而影響鋼的熱處理工藝。四、計算題1.已知某種碳鋼的室溫平衡組織中，珠光體的質(zhì)量分數(shù)為75%，鐵素體的質(zhì)量分數(shù)為25%，試計算該碳鋼的含碳量。答案：珠光體的含碳量為0.77%，鐵素體的含碳量近似為0。設該碳鋼的含碳量為x%，根據(jù)杠桿定律可得：\(x\%=0.77\%×75\%+0\%×25\%\)\(x\%=0.77\%×0.75=0.5775\%\approx0.58\%\)所以該碳鋼的含碳量約為0.58%。2.某工廠用45鋼制造一批軸類零件，要求軸的表面硬度為5055HRC，心部硬度為2530HRC?，F(xiàn)采用淬火+回火的熱處理工藝，已知45鋼的Ac3=780℃，Ac1=724℃，Ms=330℃。試確定淬火加熱溫度和回火溫度范圍。答案：（1）淬火加熱溫度：45鋼是亞共析鋼，淬火加熱溫度應選擇在Ac3以上3050℃，所以淬火加熱溫度為\(780+30=810℃\)到\(780+50=830℃\)，即淬火加熱溫度范圍為810830℃。（2）回火溫度范圍：為了使軸的表面硬度達到5055HRC，需要進行低溫回火。低溫回火的溫度范圍一般為150250℃，在這個溫度范圍內(nèi)回火，馬氏體分解為回火馬氏體，能保持較高的硬度和耐磨性。為了使軸的心部硬度達到2530HRC，需要進行中溫回火。中溫回火的溫度范圍一般為350500℃，在這個溫度范圍內(nèi)回火，組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w，具有較高的彈性和屈服強度，硬度適中。綜合考慮，可先進行低溫回火使表面達到要求硬度，再進行中溫回火調(diào)整心部硬度。所以回火溫度范圍先為150250℃，后為350500℃。五、綜合分析題1.分析T12鋼（含碳量1.2%）從液態(tài)緩冷到室溫時的組織轉(zhuǎn)變過程，并畫出組織轉(zhuǎn)變示意圖，計算室溫下組織組成物和相組成物的相對含量。答案：（1）組織轉(zhuǎn)變過程：當液態(tài)T12鋼冷卻到液相線以上時，為單一的液相L。冷卻到液相線與固相線之間時，開始從液相中結(jié)晶出奧氏體A，隨著溫度降低，奧氏體不斷增多，液相不斷減少，直到固相線溫度，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體A。繼續(xù)冷卻到Accm溫度時，開始從奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CⅡ，隨著溫度降低，二次滲碳體不斷增多，奧氏體的含碳量不斷降低，直到A1溫度，剩余的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP（鐵素體F和滲碳體Fe3C的機械混合物）。從A1溫度到室溫，組織不再發(fā)生變化，室溫組織為珠光體P和二次滲碳體Fe3CⅡ。（2）組織轉(zhuǎn)變示意圖：橫坐標為溫度，縱坐標為組織狀態(tài)。從高溫液態(tài)開始，隨著溫度降低，依次經(jīng)過液相L、液相L+奧氏體A、奧氏體A、奧氏體A+二次滲碳體Fe3CⅡ、珠光體P+二次滲碳體Fe3CⅡ幾個階段。（3）室溫下組織組成物和相組成物的相對含量計算：組織組成物：根據(jù)杠桿定律，二次滲碳體Fe3CⅡ的質(zhì)量分數(shù)為：\(W_{Fe3CⅡ}=\frac{1.20.77}{6.690.77}×100\%=\frac{0.43}{5.92}×100\%\approx7.26\%\)珠光體P的質(zhì)量分數(shù)為：\(W_{P}=1W_{Fe3CⅡ}=17.26\%=92.74\%\)相組成物：鐵素體F的含碳量近似為0，滲碳體Fe3C的含碳量為6.69%。鐵素體F的質(zhì)量分數(shù)為：\(W_{F}=\frac{6.691.2}{6.690}×100\%=\frac{5.49}{6.69}×100\%\approx82.06\%\)滲碳體Fe3C的質(zhì)量分數(shù)為：\(W_{Fe3C}=1W_{F}=182.06\%=17.94\%\)2.有一根直徑為20mm的40Cr鋼軸，要求整體淬火后表面硬度達到4550HRC?，F(xiàn)有兩種淬火工藝可供選擇：一種是在850℃加熱后油冷淬火；另一種是在900℃加熱后水冷淬火。試分析這兩種工藝的優(yōu)缺點，并選擇合適的工藝。答案：（1）850℃加熱后油冷淬火：優(yōu)點：加熱溫度相對較低，能減少鋼的氧化和脫碳，保證軸的表面質(zhì)量。油冷的冷卻速度相對較慢，淬火內(nèi)應力較小，軸產(chǎn)生變形和開裂的傾向較小。缺點：油的冷卻能力有限，對于直徑為20mm的40Cr鋼軸，可能淬不透，不能保證軸整體達到4550HRC的硬度要求。（2）900℃加熱后水冷淬火：優(yōu)點：加熱溫度較高，奧氏體晶粒相對粗大，碳和合金元素在奧氏體中溶解更充分，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，水冷的冷卻速度快，能保證軸整體淬硬