2026年熱處理理論試題及答案一、單項選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.以下哪種相變屬于擴散型相變？A.馬氏體轉(zhuǎn)變B.貝氏體轉(zhuǎn)變（上貝氏體）C.珠光體轉(zhuǎn)變D.魏氏組織形成答案：C解析：珠光體轉(zhuǎn)變是鐵素體與滲碳體的層片狀共析轉(zhuǎn)變，依賴碳原子的長程擴散；馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o擴散切變機制；上貝氏體雖有碳擴散，但屬于半擴散型；魏氏組織是先共析鐵素體或滲碳體的粗大針狀析出，本質(zhì)為擴散型，但選項中珠光體更典型。2.亞共析鋼完全退火的加熱溫度通常為A.Ac1+30~50℃B.Ac3+30~50℃C.Accm+30~50℃D.Ar3+30~50℃答案：B解析：亞共析鋼完全退火需將鋼加熱至Ac3以上30~50℃，使全部組織奧氏體化，隨后緩慢冷卻得到平衡組織；Ac1+30~50℃為不完全退火溫度，適用于過共析鋼球化退火。3.以下哪種淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線中，“蒸汽膜階段”最不明顯？A.水（20℃）B.10%NaCl水溶液C.油（60℃）D.聚合物水溶液（PAG）答案：B解析：10%NaCl水溶液因鹽類析出破壞蒸汽膜，顯著縮短蒸汽膜階段，增強對流換熱；水的蒸汽膜階段較長；油的蒸汽膜階段更穩(wěn)定；PAG溶液通過聚合物附著控制冷卻速度，蒸汽膜階段介于水和油之間。4.某45鋼軸類零件淬火后發(fā)現(xiàn)心部硬度不足，最可能的原因是A.加熱溫度過高B.冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)C.保溫時間過長D.原材料含碳量偏低答案：B解析：45鋼為中碳鋼，正常加熱（840~860℃）后，心部硬度不足多因冷卻速度未達到其臨界冷卻速度（V臨≈10~15℃/s），若選用油冷（冷卻速度約5~10℃/s）則可能心部未淬硬；加熱溫度過高會導(dǎo)致晶粒粗大或過熱；保溫時間過長影響奧氏體均勻性但非主因；原材料含碳量偏低會整體硬度不足，而非僅心部。5.下列關(guān)于等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT圖）的描述，錯誤的是A.鼻尖對應(yīng)最快轉(zhuǎn)變溫度（約550℃）B.上半部分為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，下半部分為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)C.曲線右側(cè)為殘余奧氏體區(qū)D.冷卻曲線與TTT圖的交點決定最終組織組成答案：C解析：TTT圖中，曲線左側(cè)為未轉(zhuǎn)變區(qū)（奧氏體），曲線與鼻尖之間為轉(zhuǎn)變開始線，右側(cè)為轉(zhuǎn)變終了線；殘余奧氏體是冷卻至Ms點以下未轉(zhuǎn)變的奧氏體，不直接對應(yīng)TTT圖右側(cè)區(qū)域。6.過共析鋼球化退火的主要目的是A.消除網(wǎng)狀滲碳體B.獲得片狀珠光體C.改善切削加工性D.提高淬火硬度答案：C解析：過共析鋼原始組織為片狀珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，硬度高（HRC25~30），切削困難；球化退火后形成粒狀珠光體（滲碳體球化），硬度降至HRC18~22，顯著改善切削性；消除網(wǎng)狀滲碳體需先正火（Accm+30~50℃空冷），再球化退火。7.真空熱處理的主要優(yōu)點不包括A.防止氧化脫碳B.減少變形C.提高表面硬度D.改善表面清潔度答案：C解析：真空熱處理通過真空環(huán)境避免氧化脫碳（表面質(zhì)量好），并因緩慢加熱和均勻冷卻減少變形；表面硬度由材料成分和淬火工藝決定，真空環(huán)境不直接提高硬度，反而可能因冷卻介質(zhì)（如真空油淬）冷卻速度低于普通油淬導(dǎo)致硬度略低。8.某T10鋼刀具淬火后硬度僅HRC50（正常應(yīng)為HRC60~62），可能的原因是A.加熱溫度過高（950℃）B.冷卻介質(zhì)為20℃水C.回火溫度過高（400℃）D.原材料含碳量為0.8%答案：D解析：T10鋼含碳量應(yīng)為0.95%~1.05%，若實際含碳量0.8%（接近T8鋼），淬火后馬氏體含碳量不足，硬度降低；加熱溫度過高（950℃）會導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，淬火后殘余奧氏體增多，硬度可能下降但幅度較小（HRC55~58）；T10鋼水淬易開裂，通常用油淬，但20℃水淬冷卻速度足夠，硬度應(yīng)達標；回火溫度400℃會導(dǎo)致硬度顯著下降（HRC30~40），與題干HRC50不符。9.以下哪種組織的耐磨性最好？A.回火索氏體B.回火托氏體C.回火馬氏體D.下貝氏體答案：D解析：下貝氏體組織為過飽和鐵素體+彌散碳化物，具有較高的硬度（HRC45~55）和良好的韌性，其碳化物分布均勻且細小，耐磨性優(yōu)于回火馬氏體（HRC58~64但脆性大）、回火托氏體（HRC35~45）和回火索氏體（HRC20~35）。10.感應(yīng)加熱表面淬火的關(guān)鍵工藝參數(shù)是A.加熱功率與時間B.冷卻介質(zhì)濃度C.回火溫度D.原材料晶粒度答案：A解析：感應(yīng)加熱表面淬火通過交變磁場在工件表層產(chǎn)生渦流發(fā)熱，加熱功率決定表層溫度，加熱時間控制淬硬層深度（功率越高、時間越長，淬硬層越深）；冷卻介質(zhì)（通常為水或PAG溶液）濃度影響冷卻速度，但非“關(guān)鍵”參數(shù)；回火溫度影響最終硬度，原材料晶粒度影響淬透性，但均非表面淬火的核心控制參數(shù)。11.以下關(guān)于滲碳工藝的描述，正確的是A.滲碳溫度越高，滲碳速度越快，因此應(yīng)盡可能提高溫度B.滲碳后直接淬火適用于本質(zhì)細晶粒鋼C.滲碳層深度指表層至心部的總厚度D.滲碳介質(zhì)中添加NH3可實現(xiàn)碳氮共滲答案：B解析：本質(zhì)細晶粒鋼（如20CrMnTi）在930℃左右滲碳后晶粒仍細小，可直接淬火；滲碳溫度過高（>950℃）會導(dǎo)致晶粒粗大、設(shè)備損耗增加，故通?？刂圃?00~950℃；滲碳層深度指從表面到過渡區(qū)（含碳量0.4%~0.5%）的距離，非總厚度；碳氮共滲需同時通入含碳（如煤油）和含氮（如氨氣）介質(zhì)，僅添加NH3無法實現(xiàn)。12.下列哪種缺陷屬于熱處理常見變形？A.氧化皮B.軟點C.翹曲D.網(wǎng)狀碳化物答案：C解析：翹曲（如軸類零件彎曲）是因加熱/冷卻不均導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力釋放引起的變形；氧化皮為表面氧化產(chǎn)物，軟點為局部硬度不足（冷卻不均或脫碳），網(wǎng)狀碳化物為過共析鋼退火不當(dāng)?shù)慕M織缺陷，均非變形。13.確定鋼的淬火加熱溫度時，最關(guān)鍵的依據(jù)是A.工件尺寸B.材料的臨界點（Ac1、Ac3、Accm）C.冷卻介質(zhì)類型D.熱處理設(shè)備類型答案：B解析：淬火加熱溫度需保證奧氏體化充分，亞共析鋼（Ac3+30~50℃）、過共析鋼（Ac1+30~50℃）的加熱溫度直接由臨界點決定；工件尺寸影響保溫時間，冷卻介質(zhì)影響冷卻速度，設(shè)備類型影響加熱均勻性，但非溫度確定的核心依據(jù)。14.以下關(guān)于回火的描述，錯誤的是A.低溫回火（150~250℃）主要用于工具鋼B.中溫回火（350~500℃）可獲得回火托氏體C.高溫回火（500~650℃）后組織為回火索氏體D.回火溫度越高，材料的韌性越低答案：D解析：回火溫度升高時，材料的硬度、強度下降，韌性先升高后降低（在300℃左右可能出現(xiàn)第一類回火脆性）；例如，45鋼經(jīng)840℃淬火+600℃回火（調(diào)質(zhì)處理）后，韌性（沖擊功）顯著高于淬火態(tài)。15.某65Mn彈簧鋼淬火后進行中溫回火，其主要目的是A.消除內(nèi)應(yīng)力，獲得高彈性極限B.提高表面硬度，增強耐磨性C.細化晶粒，改善切削性D.降低脆性，便于冷加工答案：A解析：65Mn彈簧鋼需高彈性極限（σe）和疲勞強度，中溫回火（350~500℃）生成回火托氏體（極細鐵素體+粒狀滲碳體），兼具較高的強度和彈性；表面硬度由淬火決定，中溫回火硬度（HRC35~45）低于低溫回火（HRC58~62）；細化晶粒需在加熱階段控制，中溫回火無此作用；冷加工通常在退火態(tài)進行，非回火目的。二、填空題（共10空，每空1分，共10分）1.鋼的臨界冷卻速度（V臨）是指保證奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的最小冷卻速度。答案：馬氏體2.過共析鋼正常淬火加熱溫度為______以上30~50℃。答案：Ac13.等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT圖）中，“鼻尖”對應(yīng)的溫度約為______℃。答案：5504.感應(yīng)加熱表面淬火時，電流頻率越高，淬硬層越______（填“深”或“淺”）。答案：淺5.真空熱處理中，常用的冷卻介質(zhì)為______或惰性氣體（如氮氣）。答案：真空淬火油6.球化退火后，過共析鋼的組織為______。答案：粒狀珠光體（或球化體）7.貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間介于______和______之間。答案：珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（或A1）；馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（或Ms）8.滲碳工藝中，碳在奧氏體中的擴散系數(shù)隨溫度升高而______（填“增大”或“減小”）。答案：增大9.回火索氏體是______與______的混合物。答案：鐵素體；粒狀滲碳體三、判斷題（共10題，每題1分，共10分）1.馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，含碳量越高，硬度越高。（）答案：√解析：馬氏體的硬度與過飽和碳含量正相關(guān)，含碳量增加，晶格畸變加劇，硬度提高（但含碳量>0.6%時，殘余奧氏體增多，硬度增幅趨緩）。2.完全退火適用于所有鋼種。（）答案：×解析：完全退火需加熱至Ac3以上，僅適用于亞共析鋼；過共析鋼加熱至Accm以上會導(dǎo)致網(wǎng)狀滲碳體析出，應(yīng)采用球化退火。3.水的冷卻能力隨溫度升高而增強。（）答案：×解析：水在60℃以上時，蒸汽膜階段延長，對流換熱減弱，冷卻能力下降（如80℃水的冷卻速度僅為20℃水的1/3）。4.等溫淬火（貝氏體轉(zhuǎn)變）可獲得良好的強韌性配合。（）答案：√解析：下貝氏體組織為針狀鐵素體+彌散碳化物，兼具較高的強度（σb≈1200~1400MPa）和韌性（αk≈40~60J/cm2），優(yōu)于淬火+低溫回火的馬氏體組織。5.滲碳零件的心部硬度主要取決于原材料的含碳量。（）答案：√解析：滲碳僅提高表層含碳量（0.8%~1.0%），心部仍為原始含碳量（如20鋼心部含碳0.2%），淬火后心部硬度由原始含碳量決定。6.表面淬火零件無需回火。（）答案：×解析：表面淬火后表層存在大量馬氏體和殘余應(yīng)力，需低溫回火（150~200℃）消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織。7.回火脆性僅發(fā)生在高溫回火（500~650℃）時。（）答案：×解析：回火脆性分為兩類：第一類（250~400℃）和第二類（450~650℃），前者不可逆，后者可逆（重新加熱至高溫后快冷可消除）。8.鋁合金的固溶處理與鋼的淬火本質(zhì)相同，均為獲得過飽和固溶體。（）答案：√解析：鋁合金固溶處理（加熱至單相區(qū)后快冷）得到過飽和α固溶體，與鋼的奧氏體化后快冷得到過飽和馬氏體（碳在α-Fe中的過飽和固溶體）本質(zhì)均為過飽和固溶體的形成。9.熱處理可以改變純鐵的力學(xué)性能。（）答案：×解析：純鐵（含碳量<0.0218%）在固態(tài)下只有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（912℃以下為α-Fe，以上為γ-Fe），無第二相析出，熱處理（如退火、正火）無法改變其軟韌的本質(zhì)（σb≈200MPa，δ≈45%）。10.高頻感應(yīng)加熱的電流頻率范圍通常為100~500kHz。（）答案：√解析：高頻感應(yīng)加熱（100~500kHz）適用于薄層淬火（0.5~2mm），中頻（1~10kHz）用于中厚層（2~10mm），工頻（50Hz）用于深層（10~20mm）。四、簡答題（共5題，每題6分，共30分）1.比較正火與退火的主要區(qū)別（至少4點）。答案：（1）冷卻方式：正火為空冷（冷卻速度較快），退火為隨爐冷卻或埋砂冷卻（冷卻速度慢）；（2）組織性能：正火后組織為細片狀珠光體（索氏體），硬度（HRC20~35）和強度高于退火的粗片狀珠光體（硬度HRC15~25）；（3）應(yīng)用場景：正火多用于改善低碳鋼切削性（避免退火后硬度太低粘刀）、消除過共析鋼網(wǎng)狀滲碳體；退火多用于高碳鋼軟化、消除內(nèi)應(yīng)力；（4）生產(chǎn)效率：正火冷卻快，生產(chǎn)周期短，成本低；退火周期長，能耗高。2.簡述淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變過程（分階段說明）。答案：（1）第一階段（100~200℃）：馬氏體分解，析出ε-碳化物（Fe2.4C），形成回火馬氏體（α’+ε），硬度略有下降；（2）第二階段（200~300℃）：殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體，體積膨脹，內(nèi)應(yīng)力部分消除；（3）第三階段（250~400℃）：ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體（Fe3C），形成回火托氏體（α+細粒狀Fe3C），硬度顯著下降；（4）第四階段（400℃以上）：滲碳體聚集長大，α相回復(fù)再結(jié)晶為等軸鐵素體，形成回火索氏體（α+粗粒狀Fe3C），硬度繼續(xù)降低，韌性提高。3.分析40Cr鋼（調(diào)質(zhì)處理）與T10鋼（淬火+低溫回火）的性能差異及原因。答案：性能差異：40Cr調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合力學(xué)性能（σb≈800~1000MPa，δ≈12~15%，αk≈60~80J/cm2）；T10鋼淬火+低溫回火后硬度高（HRC60~62）、耐磨性好，但韌性低（αk≈10~15J/cm2）。原因：40Cr為中碳合金鋼，調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）得到回火索氏體（鐵素體+粗粒狀滲碳體），組織均勻，強韌性平衡；T10鋼為高碳鋼，淬火后形成高碳馬氏體（含碳量≈1.0%），低溫回火后為回火馬氏體（α’+細ε-碳化物），晶格畸變嚴重，硬度高但脆性大。4.列舉三種熱處理常見缺陷，并說明其產(chǎn)生原因。答案：（1）淬火裂紋：原因包括冷卻速度過快（水淬）、工件形狀復(fù)雜（截面突變處應(yīng)力集中）、原材料存在缺陷（如夾雜物）；（2）氧化脫碳：加熱時與爐氣（O2、H2O、CO2）反應(yīng)，表層碳被燒損，導(dǎo)致硬度和耐磨性下降；（3）軟點：淬火時局部冷卻不足（如工件表面有氧化皮阻礙冷卻）、加熱不均（局部未奧氏體化）。5.說明真空熱處理的技術(shù)優(yōu)勢及適用場景。答案：技術(shù)優(yōu)勢：（1）無氧化脫碳：真空環(huán)境（≤10?3Pa）避免與氧反應(yīng)，表面保持金屬光澤；（2）減少變形：緩慢加熱（輻射加熱）和均勻冷卻（真空油淬或氣淬），內(nèi)應(yīng)力??；（3）表面凈化：真空下工件表面氧化物分解，提高后續(xù)涂層結(jié)合力；（4）環(huán)保：無油煙、廢氣排放。適用場景：精密零件（如軸承、齒輪）、高合金工具鋼（如W18Cr4V）、易氧化材料（如鈦合金）。五、計算題（共2題，每題7分，共14分）1.計算直徑為60mm的45鋼軸（密度ρ=7.85g/cm3）在箱式爐中完全退火的加熱時間（加熱系數(shù)α=1.5min/mm）。解：加熱時間t=α×D（D為工件有效厚度，軸類零件有效厚度取直徑）t=1.5min/mm×60mm=90min答案：90分鐘2.某T8鋼試樣（原始組織為片狀珠光體，含碳量0.8%）經(jīng)900℃奧氏體化（奧氏體含碳量0.8%）后，以不同冷卻速度冷卻，根據(jù)TTT圖分析：（1）冷卻速度V1=20℃/s時，最終組織是什么？（2）冷卻速度V2=5℃/s時，最終組織是什么？（已知T8鋼TTT圖鼻尖冷卻速度≈10℃/s）解：（1）V1=20℃/s>鼻尖冷卻速度（10℃/s），冷卻曲線未與珠光體/貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)相交，直接過冷至Ms點（約230℃）以下，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，最終組織為馬氏體+少量殘余奧氏體；（2）V2=5℃/s<鼻尖冷卻速度，冷卻曲線與珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)相交（約600℃開始轉(zhuǎn)變），最終組織為珠光體（片狀）。答案：（1）馬氏體+殘余奧氏體；（2）珠光體六、綜合分析題（共2題，每題8分，共16分）1.某汽車齒輪（材料20CrMnTi）滲碳后需進行淬火+低溫回火，要求表面硬度HRC58~62，心部硬度HRC30~40。實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)：（1）表面硬度僅HRC50~52；（2）心部硬度HRC45~50。分析可能的原因及解決措施。答案：（1）表面硬度不足原因：①滲碳層含碳量不足（滲碳溫度低/時間短，或滲碳介質(zhì)濃度低）；②淬火溫度偏低（未完全奧氏體化，表層未形成高碳馬氏體）；③冷卻速度不夠（淬火介質(zhì)選擇不當(dāng)，如油冷速度