熱處理工試題帶答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種熱處理工藝屬于預備熱處理？（）A.表面淬火B(yǎng).調質處理C.時效處理D.去應力退火答案：D解析：預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力或為最終熱處理做組織準備。去應力退火主要用于消除鑄件、焊接件等的殘余應力，屬于預備熱處理；表面淬火、調質（淬火+高溫回火）和時效處理（穩(wěn)定尺寸）多為最終熱處理或特殊處理。2.45鋼（含碳量0.45%）的淬火加熱溫度通常選擇（）A.Ac1以下30-50℃B.Ac3以上30-50℃C.Accm以上30-50℃D.Ar1以下30-50℃答案：B解析：亞共析鋼（含碳量＜0.77%）的淬火加熱溫度為Ac3+30-50℃，目的是獲得均勻的奧氏體組織；共析鋼（0.77%）為Ac1+30-50℃；過共析鋼（＞0.77%）為Ac1+30-50℃（保留部分未溶碳化物以提高硬度和耐磨性）。45鋼為亞共析鋼，故選B。3.以下哪種冷卻介質的冷卻速度最快？（）A.水（20℃）B.油（60℃）C.空氣D.熔鹽（180℃）答案：A解析：常見冷卻介質的冷卻速度順序為：水＞油＞熔鹽＞空氣。水在650-550℃（奧氏體最不穩(wěn)定區(qū)）的冷卻速度約為600℃/s，油約為150℃/s，熔鹽（等溫淬火介質）和空氣更慢。4.球化退火主要用于（）A.改善低碳鋼的切削性能B.消除高碳鋼的網狀碳化物C.提高工具鋼的硬度D.獲得片層狀珠光體答案：B解析：球化退火的目的是將過共析鋼（如T10鋼）中的片狀珠光體或網狀碳化物轉化為球狀珠光體，降低硬度（HB180-220），改善切削性能，并為后續(xù)淬火做組織準備。低碳鋼一般采用正火改善切削性能；提高硬度需淬火+回火；片層狀珠光體是正火或完全退火的產物。5.真空熱處理的主要優(yōu)點不包括（）A.零件無氧化脫碳B.變形量小C.設備成本低D.表面質量高答案：C解析：真空熱處理需在真空爐中進行，設備投資和維護成本較高；其優(yōu)點包括無氧化脫碳（表面光亮）、變形?。ň徛鶆蚶鋮s）、可實現(xiàn)淬火+回火一體化等。6.以下哪種組織的硬度最高？（）A.珠光體B.貝氏體C.馬氏體D.鐵素體答案：C解析：馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，晶格畸變嚴重，硬度最高（HRC60-65）；貝氏體（HRC40-55）次之；珠光體（HB180-280）；鐵素體（HB50-80）。7.感應加熱表面淬火的淬硬層深度主要取決于（）A.加熱時間B.電流頻率C.冷卻速度D.工件材料答案：B解析：感應加熱的集膚效應中，電流頻率越高，表層電流密度越大，加熱層越薄。高頻（200-300kHz）淬硬層0.5-2mm，中頻（2.5-8kHz）2-10mm，工頻（50Hz）10-20mm。8.調質處理的工藝是（）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解析：調質處理是淬火后進行高溫回火（500-650℃），獲得回火索氏體組織，綜合力學性能（強度、塑性、韌性）優(yōu)良，廣泛用于軸類、齒輪等零件。9.以下哪種缺陷屬于熱處理常見表面缺陷？（）A.心部軟點B.網狀碳化物C.氧化皮D.白點答案：C解析：氧化皮是加熱時金屬與爐氣反應生成的表面缺陷；心部軟點（冷卻不足）、網狀碳化物（過共析鋼加熱溫度過高或冷卻太慢）、白點（氫脆引起的內部裂紋）屬于內部或組織缺陷。10.回火脆性的本質是（）A.馬氏體分解B.殘余奧氏體轉變C.雜質元素在晶界偏聚D.碳化物粗化答案：C解析：第一類回火脆性（250-400℃）與馬氏體分解時碳化物沿晶界析出有關；第二類回火脆性（450-650℃）與Sb、Sn、P等雜質元素在原奧氏體晶界偏聚，降低晶界結合力有關。11.以下哪種鋼適合采用等溫淬火？（）A.20鋼B.45鋼C.T8鋼D.65Mn答案：D解析：等溫淬火（貝氏體轉變）需鋼具有足夠的淬透性，以保證在等溫溫度下完成貝氏體轉變。65Mn（彈簧鋼）淬透性較好，等溫淬火可獲得下貝氏體（良好的強韌性）；20鋼（低碳鋼）淬透性差，45鋼（中碳鋼）等溫淬火易出現(xiàn)珠光體，T8鋼（共析鋼）等溫淬火需嚴格控制溫度。12.鹽浴爐加熱的主要優(yōu)點是（）A.加熱速度慢B.溫度均勻性差C.表面氧化嚴重D.加熱速度快、表面脫碳少答案：D解析：鹽浴爐通過熔鹽（如NaCl、KCl、BaCl?）傳熱，加熱速度快（比箱式爐快3-5倍），且熔鹽隔絕空氣，零件表面氧化脫碳少，適用于精密零件的加熱。13.以下哪種工藝可用于消除鋁合金的時效強化效果？（）A.固溶處理B.退火C.正火D.回火答案：B解析：鋁合金的時效強化（如6061-T6）是通過固溶處理+人工時效獲得的。退火（加熱至再結晶溫度以上，緩慢冷卻）可消除內部應力，使析出相重新溶解或粗化，降低硬度和強度。14.滲碳工藝的主要目的是（）A.提高表層硬度和耐磨性B.提高心部強度C.改善切削性能D.消除內應力答案：A解析：滲碳是將低碳鋼（如20CrMnTi）表層碳含量提高至0.8-1.2%，經淬火+低溫回火后，表層獲得高硬度（HRC58-64）的馬氏體，心部保持良好的韌性，適用于齒輪、軸類等承受磨損和沖擊的零件。15.以下哪種設備用于測量爐溫均勻性？（）A.洛氏硬度計B.紅外測溫儀C.熱電偶多點記錄儀D.金相顯微鏡答案：C解析：爐溫均勻性需通過在爐內不同位置布置熱電偶，連接多點記錄儀同步測量各點溫度，計算最大溫差。紅外測溫儀用于非接觸式單點測溫，硬度計測硬度，金相顯微鏡觀察組織。二、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.馬氏體轉變是擴散型相變，需要原子長距離遷移。（）答案：×解析：馬氏體轉變是無擴散型相變，碳原子不擴散，僅通過切變方式形成過飽和固溶體。2.高溫回火后的組織是回火屈氏體，硬度較高（HRC40-50）。（）答案：×解析：高溫回火（500-650℃）得到回火索氏體（鐵素體基體+細粒狀碳化物），硬度HRC20-35；中溫回火（350-500℃）得到回火屈氏體（HRC40-50）。3.正火的冷卻速度比退火快，因此正火后的硬度和強度比退火高。（）答案：√解析：正火在空氣中冷卻，退火在爐內緩慢冷卻（或隨爐冷卻），冷卻速度越快，珠光體片層越細，硬度和強度越高。4.為防止淬火變形，形狀復雜的零件應采用快速冷卻介質（如水）。（）答案：×解析：形狀復雜零件淬火時，快速冷卻（如水）會因內外溫差大產生較大應力，易變形或開裂，應采用緩冷介質（如油）或分級淬火（先在熔鹽中停留）。5.感應加熱表面淬火后一般需要進行低溫回火，以消除內應力。（）答案：√解析：表面淬火后表層為高硬度馬氏體，存在較大內應力，低溫回火（150-200℃）可降低應力，提高韌性，避免開裂。6.去應力退火的加熱溫度應高于Ac1，以保證內應力充分消除。（）答案：×解析：去應力退火加熱溫度一般為500-650℃（低于Ac1），通過原子擴散松弛應力，不發(fā)生相變；若高于Ac1會發(fā)生奧氏體轉變，冷卻后產生新的應力。7.真空淬火時，零件表面會因真空環(huán)境而脫碳。（）答案：×解析：真空熱處理中，爐內氧分壓極低，金屬不會氧化脫碳；若爐內殘留少量氧氣，可能發(fā)生輕微氧化，但脫碳需碳與氧反應，真空環(huán)境下難以進行。8.球墨鑄鐵的等溫淬火（貝氏體球鐵）可獲得比普通淬火更高的強韌性。（）答案：√解析：球墨鑄鐵等溫淬火后得到下貝氏體+球狀石墨組織，下貝氏體的強韌性優(yōu)于馬氏體，因此綜合性能更優(yōu)（如QT800-5）。9.滲氮工藝的加熱溫度（500-580℃）比滲碳（900-950℃）低，因此滲氮層深度更淺。（）答案：√解析：滲氮靠氮原子在鐵素體中的擴散，溫度低、時間長（20-100小時），但擴散系數小，層深僅0.1-0.6mm；滲碳在奧氏體區(qū)進行，碳原子擴散快，層深可達0.5-2mm。10.鹽浴爐使用前需進行脫氧處理，否則熔鹽中的氧化物會導致零件表面氧化。（）答案：√解析：鹽浴長期使用會吸收水分和氧氣，生成氧化物（如BaO），脫氧處理（加入硅鐵粉、木炭等）可還原氧化物，減少零件氧化脫碳。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述完全退火與球化退火的工藝差異及應用場景。答案：工藝差異：完全退火：加熱至Ac3以上30-50℃（亞共析鋼），保溫后隨爐緩慢冷卻，得到片狀珠光體+鐵素體組織。球化退火：加熱至Ac1以上20-30℃（過共析鋼），保溫后緩冷或等溫（Ar1以下），使片狀珠光體或網狀碳化物轉化為球狀珠光體。應用場景：完全退火用于亞共析鋼（如45鋼），改善切削性能（降低硬度）、消除內應力或細化粗大組織。球化退火用于過共析鋼（如T10、Cr12MoV），降低硬度（HB180-220），改善切削性能，并為后續(xù)淬火做組織準備（避免淬火開裂）。2.分析淬火裂紋的主要成因及預防措施。答案：主要成因：應力過大：淬火冷卻時，表層先冷卻收縮，心部后冷卻，產生熱應力；馬氏體轉變時體積膨脹（比容增大），產生組織應力，兩者疊加超過材料強度極限。材料缺陷：原始組織中有網狀碳化物、夾雜物，或零件存在尖銳棱角（應力集中）。工藝不當：加熱溫度過高（晶粒粗大，脆性增加）、冷卻介質選擇錯誤（如水冷代替油冷）、淬火后未及時回火。預防措施：優(yōu)化設計：避免零件截面突變，倒圓尖銳棱角?？刂萍訜幔簢栏窨刂拼慊饻囟龋ū苊膺^熱），采用預熱（減少溫差）。改進冷卻：使用分級淬火（先在熔鹽中停留）或等溫淬火（減少應力），選擇合適的冷卻介質（如油冷代替水冷）。及時回火：淬火后1-2小時內進行回火，消除內應力。3.說明回火的目的及不同回火溫度對應的組織和性能。答案：回火目的：消除淬火內應力，防止變形開裂。穩(wěn)定組織，防止零件在使用中尺寸變化。調整力學性能（通過控制回火溫度，獲得所需的硬度、強度、韌性）。不同回火溫度的組織與性能：低溫回火（150-250℃）：組織為回火馬氏體（極細碳化物+殘留奧氏體），硬度HRC58-64，高硬度、高耐磨性，用于刀具、量具。中溫回火（350-500℃）：組織為回火屈氏體（細片狀碳化物+鐵素體），硬度HRC35-50，高彈性極限，用于彈簧、模具。高溫回火（500-650℃）：組織為回火索氏體（細粒狀碳化物+鐵素體），硬度HRC20-35，優(yōu)良的綜合力學性能（強韌性匹配），用于軸類、齒輪（調質處理）。4.比較氣體滲碳與真空滲碳的優(yōu)缺點。答案：氣體滲碳：優(yōu)點：設備成本低，工藝成熟，滲碳層均勻，可處理批量零件。缺點：存在氧化脫碳（需控制爐氣碳勢），滲碳時間長（900-950℃保溫數小時），零件表面易積碳（需定期清理）。真空滲碳：優(yōu)點：無氧化脫碳（表面光亮），滲碳溫度高（1000-1100℃）可縮短時間（擴散系數大），碳勢控制精確（通過脈沖式通滲碳劑），適合精密零件（如航空齒輪）。缺點：設備投資高（需真空爐），對裝爐方式要求嚴格（避免零件遮擋影響滲碳均勻性），維護成本高。5.簡述熱處理工藝卡的主要內容及編制原則。答案：主要內容：零件信息：材料、規(guī)格、數量、圖號。工藝參數：加熱溫度（℃）、保溫時間（min）、冷卻方式（介質、溫度、時間）、回火溫度及時間。技術要求：硬度（HRC/HB）、滲層深度（mm）、顯微組織（如馬氏體級別）、變形量（mm）。設備信息：爐型（箱式爐/井式爐/真空爐）、工裝（夾具/料盤）。編制原則：依據材料特性：如亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30-50℃，過共析鋼為Ac1+30-50℃。結合零件用途：承受磨損的零件需高硬度（低溫回火），承受沖擊的零件需綜合性能（高溫回火）?？紤]設備能力：鹽浴爐加熱快，適合小零件；井式爐適合長軸類零件垂直加熱（減少變形）。符合工藝紀律：關鍵參數（如保溫時間）需通過試驗驗證（如每毫米有效厚度1-1.5min）。四、計算題（每題8分，共16分）1.某45鋼軸類零件，直徑Φ60mm，長度1500mm，采用箱式爐加熱淬火，加熱系數取1.2min/mm（有效厚度為直徑）。計算其加熱時間（需考慮裝爐方式修正：單件直立裝爐修正系數1.1）。答案：有效厚度δ=直徑=60mm基礎加熱時間t?=δ×加熱系數=60mm×1.2min/mm=72min裝爐修正后時間t=t?×修正系數=72min×1.1=79.2min≈80min解析：加熱時間計算需考慮零件有效厚度（軸類零件有效厚度為直徑）、加熱系數（箱式爐對45鋼的加熱系數通常為1.0-1.5min/mm）及裝爐方式（單件直立裝爐因受熱均勻性略差，需乘以修正系數1.1-1.2）。2.某T10鋼（含碳量1.0%）試樣經800℃淬火后，測得表面硬度HRC62，心部硬度HRC45。已知該鋼的臨界直徑D?=30mm（水淬），試樣直徑Φ50mm，計算心部未淬硬的原因（需結合淬透性概念）。答案：T10鋼為過共析鋼，淬火加熱溫度為Ac1+30-50℃（約760-780℃），題中加熱溫度800℃略高（可能導致晶粒粗大），但主要影響淬透性的是零件尺寸與臨界直徑的關系。臨界直徑D?=30mm（水淬）表示該鋼在水淬時，直徑30mm的零件心部可完全淬硬（獲得馬氏體）。試樣直徑Φ50mm＞D?=30mm，心部冷卻速度低于臨界冷卻速度（V?），無法發(fā)生馬氏體轉變，部分組織轉變?yōu)橹楣怏w或貝氏體，導致心部硬度低（HRC45）。解析：淬透性是鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，用臨界直徑D?表示。當零件直徑＞D?時，心部冷卻速度＜V?，無法完全淬硬；本題中Φ50mm＞30mm，故心部未淬硬。五、綜合分析題（每題7分，共14分）1.某工廠生產的20CrMnTi齒輪，滲碳后淬火+低溫回火，發(fā)現(xiàn)齒面硬度不足（HRC52-54，要求HRC58-64），分析可能原因及解決措施。答案：可能原因：滲碳工藝問題：滲碳溫度過低（＜900℃）或時間不足，導致表層碳含量未達0.8-1.2%（實測可能＜0.7%）。淬火溫度不當：淬火加熱溫度過低（未完全奧氏體化），或過高（晶粒粗大，殘留奧氏體增多）。冷卻介質問題：淬火時冷卻速度不足（如油冷代替水冷，或油溫過高），心部未完全淬硬，表層馬氏體量少?；鼗饻囟冗^高：低溫回火溫度超過200℃（如250℃），馬氏體分解，硬度下降。解決措施：檢