火候知識(shí)與初步熱處理理論考核試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下關(guān)于“火候”的描述中，正確的是（）A.火候僅指加熱溫度的高低B.火候是加熱溫度、時(shí)間和加熱速度的綜合體現(xiàn)C.工業(yè)生產(chǎn)中火候控制只需關(guān)注溫度計(jì)讀數(shù)D.傳統(tǒng)烹飪中的火候與金屬加工中的火候原理完全無(wú)關(guān)答案：B解析：火候是加熱過(guò)程中溫度、時(shí)間、加熱速度及能量分布的綜合參數(shù)，并非單一溫度指標(biāo)（A錯(cuò)誤）；工業(yè)火候需結(jié)合工件特性、加熱介質(zhì)等多因素（C錯(cuò)誤）；傳統(tǒng)烹飪與金屬加工的火候均涉及熱量傳遞與組織變化，原理有共通性（D錯(cuò)誤）。2.金屬加熱時(shí)，“過(guò)燒”現(xiàn)象的本質(zhì)是（）A.晶粒粗大但未熔化B.晶界氧化或熔化導(dǎo)致力學(xué)性能劇降C.表面脫碳嚴(yán)重D.奧氏體未完全形成答案：B解析：過(guò)燒是高溫下晶界低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化或氧化，導(dǎo)致材料脆化（A為過(guò)熱現(xiàn)象；C為脫碳；D為加熱不足）。3.常用的接觸式測(cè)溫方法中，適用于熱處理爐溫長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的是（）A.光學(xué)高溫計(jì)B.紅外測(cè)溫儀C.熱電偶D.色溫儀答案：C解析：熱電偶可直接插入爐內(nèi)，信號(hào)穩(wěn)定，適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)（A/B/D為非接觸式，受環(huán)境干擾大）。4.45鋼（含碳量0.45%）完全退火的加熱溫度應(yīng)設(shè)定為（）A.Ac1以下30-50℃B.Ac3以上30-50℃C.Accm以上30-50℃D.室溫至500℃答案：B解析：完全退火用于亞共析鋼（含碳量＜0.77%），需加熱至Ac3以上30-50℃，使組織完全奧氏體化（A為球化退火溫度；C為過(guò)共析鋼正火溫度）。5.淬火后鋼的硬度主要取決于（）A.淬火加熱溫度B.馬氏體中的含碳量C.冷卻速度D.回火溫度答案：B解析：馬氏體硬度與含碳量正相關(guān)（C%↑，硬度↑）；加熱溫度影響奧氏體均勻性（A錯(cuò)誤）；冷卻速度需保證過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（C錯(cuò)誤）；回火會(huì)降低硬度（D錯(cuò)誤）。6.以下哪種工件適合采用“雙介質(zhì)淬火”？（）A.薄壁不銹鋼管（需高硬度）B.大尺寸40Cr軸（需避免開裂）C.小尺寸T10鋼刀具（需高耐磨性）D.鋁合金壓鑄件（需時(shí)效強(qiáng)化）答案：B解析：雙介質(zhì)淬火（先水后油）兼顧冷卻速度與內(nèi)應(yīng)力，適合尺寸大、形狀復(fù)雜的工件（A需快速冷卻；C小尺寸單介質(zhì)即可；D為鋁合金，不適用淬火）。7.回火索氏體與珠光體的主要區(qū)別是（）A.形成溫度不同B.碳化物形態(tài)不同C.含碳量不同D.晶體結(jié)構(gòu)不同答案：B解析：回火索氏體中的碳化物為細(xì)小球狀（高溫回火產(chǎn)物），珠光體中為片狀（等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物），二者含碳量和晶體結(jié)構(gòu)（鐵素體+碳化物）相同（A為形成條件差異，非本質(zhì)區(qū)別）。8.測(cè)定金屬材料在加熱過(guò)程中“臨界溫度”（如Ac1、Ac3）的常用方法是（）A.維氏硬度測(cè)試B.熱膨脹法C.拉伸試驗(yàn)D.磁粉探傷答案：B解析：臨界溫度是相變點(diǎn)，熱膨脹法通過(guò)測(cè)量試樣長(zhǎng)度隨溫度的變化（相變時(shí)體積突變）確定（A測(cè)硬度；C測(cè)力學(xué)性能；D測(cè)表面缺陷）。9.以下關(guān)于“預(yù)熱”的描述，錯(cuò)誤的是（）A.高碳鋼焊接前需預(yù)熱以減少裂紋B.大型鍛件加熱前預(yù)熱可降低熱應(yīng)力C.所有金屬材料熱處理前都必須預(yù)熱D.預(yù)熱溫度通常低于Ac1答案：C解析：低碳鋼（如Q235）導(dǎo)熱性好、塑性高，一般無(wú)需預(yù)熱（A/B/D均正確）。10.正火與退火相比，主要區(qū)別在于（）A.加熱溫度更高B.冷卻速度更快C.保溫時(shí)間更長(zhǎng)D.可獲得更軟的組織答案：B解析：正火采用空冷（冷卻速度＞退火的爐冷），因此組織更細(xì)、硬度更高（A錯(cuò)誤，二者加熱溫度相近；C保溫時(shí)間取決于工件尺寸；D退火更軟）。11.某工件需表面高硬度、心部良好韌性，應(yīng)采用（）A.完全退火B(yǎng).表面淬火C.回火D.等溫退火答案：B解析：表面淬火僅加熱表層并淬火，心部保持原始組織（A降低硬度；C調(diào)整硬度；D獲得均勻組織）。12.以下哪種因素不會(huì)影響加熱速度？（）A.工件尺寸B.爐內(nèi)氣氛C.材料導(dǎo)熱系數(shù)D.工件重量答案：D解析：加熱速度與工件表面積/體積比（尺寸影響）、爐氣傳熱效率（氣氛影響）、材料導(dǎo)熱性相關(guān)，與總重量無(wú)關(guān)（如大尺寸薄壁件比小尺寸實(shí)心件加熱快）。13.馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)是（）A.擴(kuò)散型相變，需長(zhǎng)時(shí)間保溫B.無(wú)擴(kuò)散切變，轉(zhuǎn)變速度極快C.形成粗大的等軸晶粒D.伴隨大量殘余奧氏體答案：B解析：馬氏體轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散切變，原子不發(fā)生長(zhǎng)程擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變速度接近聲速（A錯(cuò)誤；C為再結(jié)晶特征；D是可能的結(jié)果，非轉(zhuǎn)變特點(diǎn)）。14.測(cè)定鋼的“淬透性”常用方法是（）A.洛氏硬度測(cè)試B.端淬試驗(yàn)C.沖擊試驗(yàn)D.拉伸試驗(yàn)答案：B解析：端淬試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量試樣末端噴水冷卻后的硬度分布，評(píng)價(jià)淬透性（A測(cè)表面硬度；C測(cè)韌性；D測(cè)強(qiáng)度）。15.以下關(guān)于“氧化”與“脫碳”的關(guān)系，正確的是（）A.氧化必然伴隨脫碳B.脫碳必然伴隨氧化C.氧化與脫碳是獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)D.氧化層能完全阻止脫碳答案：A解析：氧化（Fe→FeO/Fe3O4）與脫碳（C+O2→CO2）均需氧化性氣氛，氧化層疏松時(shí)，氧氣仍可滲入內(nèi)部導(dǎo)致脫碳（B錯(cuò)誤，若氣氛含H2O/CO2但無(wú)氧，可能僅脫碳；C二者相關(guān)；D氧化層無(wú)法完全阻止）。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共30分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.影響金屬加熱時(shí)火候控制的關(guān)鍵因素包括（）A.材料的導(dǎo)熱系數(shù)B.加熱爐的類型（箱式爐/井式爐）C.工件的形狀與尺寸D.操作人員的經(jīng)驗(yàn)答案：ABCD解析：導(dǎo)熱性影響熱量傳遞速度（A）；爐型影響加熱均勻性（B）；形狀尺寸決定加熱時(shí)間（C）；經(jīng)驗(yàn)影響動(dòng)態(tài)調(diào)整（D）。2.以下屬于熱處理“四把火”的工藝是（）A.退火B(yǎng).時(shí)效C.正火D.回火答案：ACD解析：四把火指退火、正火、淬火、回火（時(shí)效屬于表面處理或鋁合金強(qiáng)化工藝）。3.淬火介質(zhì)的選擇需考慮（）A.工件材料的淬透性B.工件的尺寸與形狀C.介質(zhì)的冷卻特性（如蒸汽膜階段時(shí)長(zhǎng)）D.成本與環(huán)保要求答案：ABCD解析：淬透性低的材料需強(qiáng)冷卻介質(zhì)（A）；復(fù)雜件需減少應(yīng)力（B）；介質(zhì)的冷卻曲線影響相變（C）；油/水/聚合物介質(zhì)的成本與污染不同（D）。4.完全退火的目的包括（）A.消除內(nèi)應(yīng)力B.細(xì)化晶粒C.降低硬度，改善切削性能D.獲得馬氏體組織答案：ABC解析：完全退火通過(guò)奧氏體化后緩慢冷卻，得到珠光體+鐵素體，細(xì)化晶粒、消除應(yīng)力、軟化材料（D為淬火目的）。5.以下關(guān)于“殘余奧氏體”的描述，正確的是（）A.淬火后必然存在殘余奧氏體B.殘余奧氏體可通過(guò)冷處理減少C.殘余奧氏體提高材料韌性D.殘余奧氏體降低材料硬度答案：ABCD解析：淬火時(shí)奧氏體未完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體會(huì)殘留（A）；冷處理（-70℃以下）促進(jìn)其轉(zhuǎn)變（B）；殘余奧氏體塑性好，可吸收裂紋能量（C）；其硬度低于馬氏體（D）。6.加熱過(guò)程中“過(guò)熱”的危害包括（）A.晶粒粗大導(dǎo)致力學(xué)性能下降B.晶界熔化造成過(guò)燒C.表面氧化脫碳加劇D.工件變形量增大答案：ACD解析：過(guò)熱是晶粒粗大（可通過(guò)正火細(xì)化），過(guò)燒是晶界熔化（不可逆轉(zhuǎn)），二者不同（B錯(cuò)誤）。7.以下適合采用等溫退火的材料是（）A.高合金鋼（如Cr12MoV）B.低碳鋼（如Q235）C.球墨鑄鐵D.純鋁答案：AC解析：等溫退火通過(guò)控制冷卻至Ar1以下等溫，獲得均勻組織，適合高合金鋼（導(dǎo)熱性差，爐冷易應(yīng)力）和球墨鑄鐵（需控制石墨形態(tài)）（B低碳鋼爐冷即可；D鋁無(wú)相變，不適用）。8.回火的主要目的是（）A.消除淬火內(nèi)應(yīng)力B.穩(wěn)定組織，防止時(shí)效變形C.調(diào)整硬度和韌性D.提高材料的耐腐蝕性答案：ABC解析：回火通過(guò)分解馬氏體、析出碳化物，降低應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、調(diào)整性能（D需表面處理或合金化）。9.以下關(guān)于“加熱時(shí)間”的計(jì)算，需考慮的參數(shù)有（）A.工件的有效厚度（直徑或截面尺寸）B.加熱爐的類型（如電阻爐/燃?xì)鉅t）C.材料的相變溫度D.裝爐方式（單件/堆疊）答案：ABD解析：加熱時(shí)間=加熱系數(shù)×有效厚度，加熱系數(shù)與爐型（B）、裝爐方式（D）相關(guān)；有效厚度由工件尺寸（A）決定（C相變溫度影響加熱溫度，不直接影響時(shí)間）。10.以下屬于“表面熱處理”的工藝是（）A.滲碳B.感應(yīng)加熱淬火C.調(diào)質(zhì)處理D.氮化答案：ABD解析：表面熱處理包括表面淬火（感應(yīng)、火焰）和化學(xué)熱處理（滲碳、氮化）（C調(diào)質(zhì)是整體熱處理）。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.火候控制中，“文火”指加熱溫度低、加熱速度慢，“武火”指溫度高、速度快。（）答案：√解析：傳統(tǒng)術(shù)語(yǔ)中，文火對(duì)應(yīng)低溫慢熱（如預(yù)熱），武火對(duì)應(yīng)高溫快熱（如奧氏體化階段）。2.所有金屬材料加熱時(shí)都需要保護(hù)氣氛，否則必然氧化脫碳。（）答案：×解析：純鋁加熱時(shí)表面形成致密Al2O3膜，可阻止進(jìn)一步氧化；某些不銹鋼（如304）高溫下氧化速率低，無(wú)需嚴(yán)格保護(hù)。3.淬火后必須立即回火，否則工件會(huì)因內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而開裂。（）答案：√解析：淬火馬氏體體積大，內(nèi)應(yīng)力極高，延遲回火可能導(dǎo)致變形或開裂（尤其是高碳鋼、高合金鋼）。4.正火的冷卻速度比退火快，因此正火后的硬度和強(qiáng)度低于退火。（）答案：×解析：更快的冷卻使正火組織更細(xì)（索氏體），硬度和強(qiáng)度高于退火的珠光體。5.加熱溫度越高，奧氏體化越充分，材料性能越好。（）答案：×解析：溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大（過(guò)熱）或晶界熔化（過(guò)燒），反而降低性能。6.殘余奧氏體是有害組織，應(yīng)完全消除。（）答案：×解析：適量殘余奧氏體可提高韌性（如滾動(dòng)軸承鋼GCr15允許5%-15%殘余奧氏體以減少脆裂）。7.小尺寸工件（如φ10mm圓鋼）淬火時(shí)，水比油更易獲得均勻的馬氏體組織。（）答案：√解析：小工件冷卻快，水的冷卻能力強(qiáng)（蒸汽膜階段短），可保證心部也達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。8.球化退火主要用于過(guò)共析鋼（如T10鋼），目的是使?jié)B碳體球化，改善切削性能。（）答案：√解析：過(guò)共析鋼原始組織為片狀珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，球化退火后形成球狀滲碳體，硬度降低，切削時(shí)刀具磨損小。9.加熱過(guò)程中，工件表面與心部的溫差越大，內(nèi)應(yīng)力越小。（）答案：×解析：溫差大導(dǎo)致熱膨脹不一致，產(chǎn)生更大的熱應(yīng)力（表層受壓，心部受拉）。10.鋁合金的“固溶處理+時(shí)效”與鋼的“淬火+回火”principle類似，都是通過(guò)相變強(qiáng)化。（）答案：√解析：二者均通過(guò)加熱使合金元素溶解（固溶/奧氏體化），快速冷卻保留過(guò)飽和固溶體（淬火/固溶），隨后時(shí)效/回火析出第二相強(qiáng)化（碳化物/金屬間化合物）。四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述“加熱速度”對(duì)金屬熱處理的影響，并舉例說(shuō)明不同材料的加熱速度選擇原則。答案：加熱速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致工件表面與心部溫差大，產(chǎn)生熱應(yīng)力，可能引起變形或開裂；過(guò)慢則降低生產(chǎn)效率，增加氧化脫碳。選擇原則：高碳鋼/高合金鋼（如T10、Cr12MoV）：導(dǎo)熱性差、塑性低，需慢速加熱（如≤80℃/h），避免應(yīng)力開裂；低碳鋼（如20鋼）：導(dǎo)熱性好、塑性高，可快速加熱（如150-200℃/h）；大型鍛件（如φ500mm軸）：截面大，需分段加熱（先低溫預(yù)熱至500℃，再快速升溫），減少內(nèi)外溫差。2.比較“完全退火”與“球化退火”的工藝參數(shù)、適用材料及目的。答案：|工藝|加熱溫度|冷卻方式|適用材料|目的||------------|----------------------|-------------------|------------------|-------------------------------||完全退火|亞共析鋼：Ac3+30-50℃|隨爐緩慢冷卻（≤50℃/h）|亞共析鋼（C＜0.77%）|細(xì)化晶粒、消除應(yīng)力、降低硬度||球化退火|Ac1+20-30℃（周期性加熱）|等溫冷卻或緩慢冷卻|過(guò)共析鋼（C＞0.77%）|使?jié)B碳體球化、改善切削性能|3.解釋“淬火臨界冷卻速度”的概念，并說(shuō)明其與鋼的淬透性的關(guān)系。答案：淬火臨界冷卻速度（Vk）是指過(guò)冷奧氏體不發(fā)生珠光體/貝氏體轉(zhuǎn)變，全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所需的最小冷卻速度。淬透性是鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，Vk越小，鋼的淬透性越高（如40Cr的Vk＜45鋼，故40Cr淬透性更好）。4.某45鋼齒輪淬火后硬度不足（HRC35-40，目標(biāo)HRC50-55），可能的原因有哪些？答案：可能原因：（1）加熱溫度不足：未達(dá)到Ac3（約780℃），奧氏體未完全形成，淬火后殘留鐵素體，硬度低；（2）保溫時(shí)間過(guò)短：心部未充分奧氏體化，局部區(qū)域未轉(zhuǎn)變；（3）冷卻速度不足：淬火介質(zhì)選擇不當(dāng)（如用機(jī)油代替水），或工件尺寸過(guò)大，心部冷卻速度＜Vk；（4）材料成分偏差：實(shí)際含碳量低于0.45%（如0.35%），馬氏體含碳量低，硬度下降；（5）表面脫碳：加熱時(shí)未保護(hù)氣氛，表層碳含量降低，淬火后表層硬度不足。5.簡(jiǎn)述“回火脆性”的類型及防止措施。答案：回火脆性分為兩類：（1）第一類回火脆性（250-400℃）：不可逆，所有鋼加熱至此溫度均會(huì)發(fā)生，表現(xiàn)為沖擊韌性下降。防止措施：避開此溫度區(qū)間回火（如45鋼采用500℃以上高溫回火）；（2）第二類回火脆性（450-650℃）：可逆，主要發(fā)生在含Cr、Ni、Mn的合金鋼中，與雜質(zhì)元素（P、Sb、Sn）在晶界偏聚有關(guān)。防止措施：加入Mo（0.5%）抑制偏聚；回火后快速冷卻（油冷或水冷）；控制鋼中雜質(zhì)含量。五、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.某40Cr鋼軸（直徑D=100mm）需進(jìn)行完全退火，加熱爐為箱式電阻爐（加熱系數(shù)α=1.2min/mm），計(jì)算其加熱時(shí)間（包括升溫時(shí)間和保溫時(shí)間）。注：完全退火加熱溫度為Ac3+30℃（40Cr的Ac3=780℃），爐溫從室溫（20℃）升至810℃的升溫速度為100℃/h，保溫時(shí)間按有效厚度計(jì)算。答案：（1）升溫時(shí)間計(jì)算：溫差=810℃-20℃=790℃升溫時(shí)間=790℃÷100℃/h=7.9h=474min（2）保溫時(shí)間計(jì)算：有效厚度=直徑=100mm保溫時(shí)間=α×D=1.2min/mm×100mm=120min（3）總加熱時(shí)間=升溫時(shí)間+保溫時(shí)間=474min+120min=594min≈9.9h2.某T8鋼（含碳量0.8%）試樣經(jīng)800℃（Ac1=730℃）加熱后油淬，測(cè)得表面硬度HRC62，心部硬度HRC50。已知T8鋼的端淬曲線中，距水冷端10mm處硬度為HRC50，試分析心部硬度低的原因，并計(jì)算試樣的有效淬硬層深度。答案：（1）心部硬度低的原因：油的冷卻速度較慢，試樣心部冷卻速度低于T8鋼的臨界冷卻速度（Vk），導(dǎo)致部分過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w/貝氏體，未完全形成馬氏體。（2）有效淬硬層深度：端淬曲線中HRC50對(duì)應(yīng)水冷端10mm，即當(dāng)冷卻速度相當(dāng)于距水冷端10mm時(shí)，硬度為HRC50。試樣心部硬度HRC50，說(shuō)明心部冷卻速度與端淬試樣距水冷端10mm處相當(dāng)。對(duì)于直徑D的圓棒，有效淬硬層深度通常為從表面到硬度HRC50處的距離。假設(shè)試樣為圓棒，心部到表面的距離為D/2=50mm（若D=100mm），則有效淬硬層深度需結(jié)合具體冷卻條件，但根據(jù)端淬曲線，可推斷淬硬層深度約為10mm（即表面下10mm內(nèi)硬度≥HRC50）。六、綜合分析題（每題12分，共24分）1.某工廠生產(chǎn)一批20CrMnTi齒輪（滲碳鋼），要求表面硬度HRC58-62，心部硬度HRC30-35，綜合力學(xué)性能良好。試設(shè)計(jì)其熱處理工藝路線，并說(shuō)明各步驟的目的。答案：工藝路線：鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→