金屬熱處理試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種熱處理工藝的主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削性能？A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.擴(kuò)散退火答案：C解析：去應(yīng)力退火通過(guò)加熱至Ac1以下（500-650℃），緩慢冷卻，主要用于消除鑄造、焊接或冷加工后的殘余應(yīng)力，同時(shí)降低硬度；完全退火用于亞共析鋼細(xì)化組織；球化退火針對(duì)過(guò)共析鋼；擴(kuò)散退火用于消除成分偏析。2.45鋼（含碳量0.45%）加熱至850℃保溫后，隨爐冷卻得到的組織是？A.鐵素體+珠光體B.珠光體+二次滲碳體C.馬氏體+殘余奧氏體D.索氏體+鐵素體答案：A解析：45鋼為亞共析鋼，Ac3約800℃，加熱至850℃（Ac3以上30-50℃）完全奧氏體化，隨爐冷卻（退火冷卻方式）發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，最終組織為鐵素體（先共析）+珠光體。3.高速鋼刀具（W18Cr4V）淬火后需進(jìn)行多次回火，其主要原因是？A.消除殘余奧氏體B.提高硬度C.降低脆性D.細(xì)化晶粒答案：A解析：高速鋼淬火后殘余奧氏體量高達(dá)25-30%，需通過(guò)560℃三次回火，促使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（二次淬火），同時(shí)析出細(xì)小碳化物（二次硬化），最終殘余奧氏體量降至1-3%。4.下列哪種淬火介質(zhì)的冷卻速度最快？A.油B.水C.5%NaCl水溶液D.空氣答案：C解析：5%NaCl水溶液因鹽的析出破壞蒸汽膜，冷卻速度遠(yuǎn)高于純水（約為水的1.5倍）；油的冷卻速度低于水；空氣最慢。5.共析鋼（T8鋼）的過(guò)冷奧氏體在550-350℃區(qū)間等溫轉(zhuǎn)變會(huì)得到？A.珠光體B.貝氏體C.馬氏體D.索氏體答案：B解析：共析鋼C曲線中，鼻尖（約550℃）以上為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（A1-550℃），鼻尖以下至Ms（約230℃）為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（550-230℃），Ms以下為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。6.下列哪種熱處理工藝屬于表面熱處理？A.完全退火B(yǎng).滲碳淬火C.高溫回火D.球化退火答案：B解析：滲碳淬火通過(guò)表層增碳后淬火，僅改變表層組織（高硬度馬氏體），心部保持原有韌性，屬于表面熱處理；其余選項(xiàng)均為整體熱處理。7.為改善T12鋼（過(guò)共析鋼）的切削性能，應(yīng)采用？A.完全退火B(yǎng).球化退火C.正火D.淬火+低溫回火答案：B解析：T12鋼含碳量高（1.2%），原始組織為珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體，硬度高、切削困難；球化退火通過(guò)加熱至Ac1以上（730-750℃），緩慢冷卻，使?jié)B碳體球化，形成粒狀珠光體，降低硬度（HB180-220），改善切削性能。8.馬氏體的硬度主要取決于？A.奧氏體晶粒大小B.含碳量C.冷卻速度D.合金元素含量答案：B解析：馬氏體硬度與含碳量呈正相關(guān)（C%↑，硬度↑），當(dāng)C%>0.6%時(shí)，硬度增長(zhǎng)趨緩（因殘余奧氏體增加）；合金元素主要影響淬透性而非硬度。9.下列哪種缺陷屬于熱處理常見(jiàn)的表面缺陷？A.心部軟點(diǎn)B.脫碳C.晶粒粗大D.回火脆性答案：B解析：脫碳是加熱時(shí)表層碳與爐氣反應(yīng)導(dǎo)致含碳量降低的現(xiàn)象，屬于表面缺陷；心部軟點(diǎn)是淬火不充分導(dǎo)致的內(nèi)部缺陷；晶粒粗大是加熱溫度過(guò)高的組織缺陷；回火脆性是回火后韌性下降的性能缺陷。10.20鋼滲碳后通常進(jìn)行的熱處理是？A.淬火+低溫回火B(yǎng).淬火+中溫回火C.正火D.退火答案：A解析：20鋼滲碳后表層含碳量達(dá)0.8-1.0%，淬火（加熱至Ac1以上，避開(kāi)心部奧氏體化溫度）得到高硬度馬氏體，低溫回火（150-200℃）消除淬火應(yīng)力，保持高硬度（HRC58-62），滿足耐磨要求。11.下列哪種因素會(huì)降低鋼的淬透性？A.增加含碳量（C%<0.6%）B.加入Cr、Mo等合金元素C.細(xì)化奧氏體晶粒D.提高加熱溫度使奧氏體成分均勻化答案：C解析：淬透性是鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，主要取決于過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性（C曲線右移）。細(xì)化奧氏體晶粒會(huì)減少晶界（形核位置），降低過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線左移，淬透性下降；其余選項(xiàng)均提高淬透性。12.退火與正火的主要區(qū)別在于？A.加熱溫度不同B.冷卻方式不同C.加熱時(shí)間不同D.應(yīng)用對(duì)象不同答案：B解析：退火采用隨爐冷卻（緩慢），正火采用空冷（較快），導(dǎo)致最終組織不同（退火為珠光體+鐵素體，正火為索氏體+鐵素體），性能差異（正火硬度、強(qiáng)度更高）。13.第一類回火脆性（不可逆回火脆性）發(fā)生在？A.150-250℃B.250-400℃C.400-550℃D.550-650℃答案：B解析：第一類回火脆性在250-400℃出現(xiàn)，與馬氏體分解時(shí)碳化物沿晶界析出有關(guān)，無(wú)法通過(guò)重新回火消除，需避開(kāi)此溫度區(qū)間。14.感應(yīng)加熱表面淬火的主要特點(diǎn)是？A.加熱速度慢，表層氧化脫碳嚴(yán)重B.表層加熱深度可控，心部組織不變C.適用于所有鋼種D.設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低答案：B解析：感應(yīng)加熱利用電磁感應(yīng)快速加熱表層（速度可達(dá)100-1000℃/s），加熱深度由電流頻率控制（高頻0.5-2mm，中頻2-10mm），心部未加熱，組織保持不變；氧化脫碳輕，適用于中碳鋼（如45鋼）。15.為使40Cr鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼）獲得良好的綜合力學(xué)性能（強(qiáng)韌性匹配），應(yīng)采用？A.淬火+低溫回火B(yǎng).淬火+中溫回火C.淬火+高溫回火D.正火答案：C解析：淬火+高溫回火（500-650℃）得到回火索氏體，具有良好的綜合性能（抗拉強(qiáng)度650-800MPa，延伸率15-20%），是調(diào)質(zhì)處理的典型工藝。二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼的熱處理基本原理是通過(guò)加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段，改變鋼的內(nèi)部組織，從而獲得所需性能。2.鐵碳相圖中，A1溫度是727℃（共析轉(zhuǎn)變溫度），A3是亞共析鋼奧氏體與鐵素體平衡線，Acm是過(guò)共析鋼奧氏體與滲碳體平衡線。3.馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)包括無(wú)擴(kuò)散性、切變共格性、高速形核和體積膨脹。4.常用的表面淬火方法有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火和激光表面淬火。5.回火的主要類型有低溫回火（150-250℃）、中溫回火（350-500℃）和高溫回火（500-650℃）。6.影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的主要因素是加熱溫度和保溫時(shí)間，以及鋼中的合金元素（如Al、Ti可細(xì)化晶粒）。7.淬火時(shí)，為避免零件變形或開(kāi)裂，應(yīng)選擇臨界冷卻速度以上、盡可能緩慢的冷卻速度。8.球化退火的主要目的是使鋼中的滲碳體球化，降低硬度，改善切削性能。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.所有鋼種淬火后都能得到馬氏體。（×）解析：僅當(dāng)冷卻速度大于臨界冷卻速度（V冷>V臨）時(shí)，過(guò)冷奧氏體才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；若V冷<V臨，會(huì)發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變。2.正火的冷卻速度比退火快，因此正火后的硬度和強(qiáng)度比退火高。（√）解析：正火空冷（較快），退火隨爐冷（緩慢），正火得到更細(xì)的珠光體（索氏體），硬度（HB170-230）高于退火（HB150-200）。3.馬氏體是一種硬而脆的組織，因此所有鋼中馬氏體含量越高，性能越差。（×）解析：低碳馬氏體（C%<0.2%）具有良好的強(qiáng)韌性（位錯(cuò)馬氏體），高碳馬氏體（C%>0.6%）硬而脆（孿晶馬氏體），需通過(guò)回火改善性能。4.去應(yīng)力退火的加熱溫度應(yīng)高于Ac1，以確保內(nèi)應(yīng)力充分消除。（×）解析：去應(yīng)力退火加熱至Ac1以下（500-650℃），避免組織相變，僅通過(guò)回復(fù)消除應(yīng)力；若超過(guò)Ac1會(huì)發(fā)生奧氏體化，冷卻后組織改變。5.滲碳后的零件必須進(jìn)行淬火+低溫回火，才能獲得高硬度表層。（√）解析：滲碳后表層為高碳奧氏體，淬火轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，低溫回火消除應(yīng)力，保持高硬度（HRC58-62），否則表層為珠光體，硬度不足。6.第一類回火脆性可通過(guò)重新加熱至脆性溫度以上回火后快冷來(lái)消除。（×）解析：第一類回火脆性不可逆，無(wú)法通過(guò)重新回火消除，需避開(kāi)250-400℃回火；第二類回火脆性（450-650℃）可通過(guò)快冷（如水冷）消除。7.感應(yīng)加熱表面淬火的加熱深度與電流頻率有關(guān)，頻率越高，加熱深度越淺。（√）解析：高頻電流集膚效應(yīng)顯著，表層電流密度大，加熱深度小（0.5-2mm）；中頻（2.5-8kHz）加熱深度2-10mm；工頻（50Hz）可達(dá)10-20mm。8.奧氏體晶粒越細(xì)，鋼的淬透性越好。（×）解析：奧氏體晶粒細(xì)化會(huì)減少晶界（過(guò)冷奧氏體形核位置），降低其穩(wěn)定性（C曲線左移），淬透性下降；粗晶粒奧氏體穩(wěn)定性高，淬透性更好。9.45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后，組織為回火索氏體，具有良好的綜合性能。（√）解析：回火索氏體是鐵素體基體+細(xì)粒狀碳化物，強(qiáng)韌性匹配，抗拉強(qiáng)度650-800MPa，延伸率15-20%，適用于軸類零件。10.球化退火主要用于亞共析鋼，以改善切削性能。（×）解析：球化退火主要用于過(guò)共析鋼（如T8、T12），將網(wǎng)狀滲碳體球化，降低硬度；亞共析鋼常用完全退火或正火。四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.比較完全退火與球化退火的工藝參數(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景。答：工藝參數(shù)：完全退火加熱至Ac3以上30-50℃（亞共析鋼），保溫后隨爐冷卻；球化退火加熱至Ac1以上20-30℃（過(guò)共析鋼），保溫后緩冷或等溫（700-720℃）。應(yīng)用場(chǎng)景：完全退火用于亞共析鋼（如45鋼），細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度；球化退火用于過(guò)共析鋼（如T12鋼），使?jié)B碳體球化，改善切削性能（硬度HB180-220），為后續(xù)淬火做準(zhǔn)備。2.解釋“淬透性”與“淬硬層深度”的區(qū)別，并說(shuō)明影響淬透性的主要因素。答：區(qū)別：淬透性是鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力（固有屬性），由C曲線位置決定；淬硬層深度是實(shí)際零件淬火后馬氏體層的深度（受零件尺寸、冷卻介質(zhì)影響）。影響因素：含碳量（C%↑，淬透性↑，C%>0.6%后趨緩）、合金元素（Cr、Mo、Mn等阻礙碳擴(kuò)散，C曲線右移，淬透性↑）、奧氏體晶粒大小（粗晶?！阃感裕?。3.簡(jiǎn)述馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)及其對(duì)鋼性能的影響。答：特點(diǎn)：無(wú)擴(kuò)散性（原子不移動(dòng)，切變完成）、切變共格性（與母相奧氏體保持共格關(guān)系）、高速形核（瞬間完成）、體積膨脹（比容比奧氏體大3-5%）。性能影響：高硬度（C%↑，硬度↑）、高脆性（高碳馬氏體孿晶結(jié)構(gòu)）、相變應(yīng)力大（易變形開(kāi)裂）；低碳馬氏體（位錯(cuò)結(jié)構(gòu)）強(qiáng)韌性較好。4.分析淬火零件出現(xiàn)“軟點(diǎn)”的可能原因及預(yù)防措施。答：原因：淬火介質(zhì)中局部溫度過(guò)高（如介質(zhì)循環(huán)不良）、零件表面有氧化皮或油污（阻礙冷卻）、加熱溫度不足（奧氏體未完全均勻化）、零件截面尺寸差異大（薄處冷卻快，厚處冷卻慢）。預(yù)防措施：加強(qiáng)介質(zhì)循環(huán)（攪拌或循環(huán)泵）、淬火前清理表面（酸洗或噴砂）、確保加熱溫度均勻（控制爐溫偏差±10℃）、對(duì)復(fù)雜零件采用階梯式加熱或預(yù)冷。5.說(shuō)明感應(yīng)加熱表面淬火與滲碳淬火的區(qū)別（從工藝、組織、應(yīng)用三方面）。答：工藝：感應(yīng)加熱表面淬火是整體加熱表層（快速加熱+水淬），無(wú)需改變成分；滲碳淬火是表層增碳（900-950℃滲碳）后整體淬火。組織：感應(yīng)加熱表層為馬氏體（含碳量與心部相同），心部為原始組織（如珠光體+鐵素體）；滲碳淬火表層為高碳馬氏體（含碳0.8-1.0%），心部為低碳馬氏體或原始組織（視心部淬透性）。應(yīng)用：感應(yīng)加熱適用于中碳鋼（45鋼、40Cr），要求表層耐磨、心部韌性（如齒輪、軸）；滲碳淬火適用于低碳鋼（20鋼、20CrMnTi），要求表層高硬度、心部強(qiáng)韌性（如汽車齒輪）。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某工廠需加工一根45鋼傳動(dòng)軸（直徑50mm，要求表面硬度HRC50-55，心部硬度HRC25-30，綜合性能良好），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)其熱處理工藝路線，并說(shuō)明各步驟的作用。答：工藝路線：正火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→精加工→感應(yīng)加熱表面淬火+低溫回火。正火：加熱至850℃（Ac3以上30-50℃），空冷，細(xì)化原始組織（鐵素體+珠光體），消除鑄造應(yīng)力，改善切削性能（硬度HB170-230）。調(diào)質(zhì)處理：淬火（840℃水淬）→高溫回火（550℃），得到回火索氏體，心部獲得良好綜合性能（抗拉強(qiáng)度650-800MPa，延伸率15-20%），硬度HRC25-30。感應(yīng)加熱表面淬火：高頻加熱表層至850℃（Ac3以上），水淬，表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度HRC58-62。低溫回火（180℃）：消除表層淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，硬度降至HRC50-55，提高耐磨性。2.分析T12鋼（過(guò)共析鋼，含碳1.2%）沖頭在淬火過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷及預(yù)防措施。答：可能缺陷及預(yù)防：淬火裂紋：T12鋼含碳高，淬火應(yīng)力大（組織應(yīng)力+熱應(yīng)力）。預(yù)防：采用分級(jí)淬火（先在200℃硝鹽浴中停留，減少內(nèi)外溫差）或等溫淬火（250-300℃貝氏體轉(zhuǎn)變）；淬火前進(jìn)行球