金屬熱處理模擬練習(xí)題（附參考答案）

金屬熱處理模擬練習(xí)題（附參考答案）一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種工藝不屬于金屬熱處理的基本類型？（）A.退火B(yǎng).電鍍C.淬火D.滲碳2.亞共析鋼（如45鋼）的完全退火加熱溫度應(yīng)控制在（）A.Ac1以下30-50℃B.Ac3以上30-50℃C.Accm以上30-50℃D.Ac1以上30-50℃3.為消除鑄件、鍛件中的殘余應(yīng)力，通常采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.去應(yīng)力退火D.擴(kuò)散退火4.T10鋼（過共析鋼）淬火時(shí)，若加熱溫度過高（超過Accm），可能導(dǎo)致（）A.奧氏體晶粒細(xì)化B.殘余奧氏體量減少C.淬火后硬度降低D.馬氏體針狀組織變細(xì)5.40Cr鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼）淬火時(shí)，常用的冷卻介質(zhì)是（）A.水B.油C.空氣D.熔鹽6.低溫回火（150-250℃）的主要目的是（）A.提高塑性和韌性B.消除內(nèi)應(yīng)力，保持高硬度C.獲得回火索氏體D.改善切削加工性7.表面淬火的主要目的是（）A.提高工件整體硬度B.使表層獲得高硬度、耐磨性，心部保持韌性C.提高工件耐腐蝕性D.細(xì)化工件整體晶粒8.滲碳工藝通常用于（）A.高碳鋼B.中碳鋼C.低碳鋼或低碳合金鋼D.鑄鐵9.以下哪種組織不是退火后的典型組織？（）A.珠光體B.鐵素體+珠光體C.回火馬氏體D.球化體10.某工件經(jīng)淬火+高溫回火后，獲得的組織是（）A.回火馬氏體B.回火屈氏體C.回火索氏體D.貝氏體二、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.所有金屬材料都可以通過熱處理顯著改變性能。（）2.正火的冷卻速度比退火快，因此正火后的強(qiáng)度和硬度比退火高。（）3.過共析鋼的淬火加熱溫度應(yīng)選擇在Ac3以上，以保證完全奧氏體化。（）4.淬火后的鋼必須進(jìn)行回火，否則會(huì)因內(nèi)應(yīng)力過大而開裂。（）5.高頻感應(yīng)加熱表面淬火的淬硬層深度比中頻感應(yīng)加熱的深。（）6.滲碳后一般需要進(jìn)行淬火+低溫回火，以獲得表層高硬度。（）7.球化退火主要用于過共析鋼，目的是改善切削加工性。（）8.去應(yīng)力退火的加熱溫度應(yīng)高于Ac1，以保證殘余應(yīng)力充分消除。（）9.回火索氏體的力學(xué)性能特點(diǎn)是具有良好的綜合力學(xué)性能（高強(qiáng)度、高韌性）。（）10.貝氏體轉(zhuǎn)變是在等溫冷卻條件下發(fā)生的，因此連續(xù)冷卻時(shí)不會(huì)形成貝氏體。（）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述完全退火與球化退火的主要區(qū)別（加熱溫度、適用材料、目的及組織）。2.為什么45鋼（亞共析鋼）淬火時(shí)加熱溫度選擇在Ac3以上30-50℃，而T10鋼（過共析鋼）選擇在Ac1以上30-50℃？3.比較水和油作為淬火介質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)，說明為何45鋼常用水淬，而40Cr鋼常用油淬。4.簡述“淬火+高溫回火”（調(diào)質(zhì)處理）的目的及最終獲得的組織與性能特點(diǎn)。5.滲碳工藝中，為何需要控制滲碳層深度？若滲碳層過薄或過厚會(huì)對(duì)工件性能產(chǎn)生什么影響？四、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.某45鋼軸類零件（直徑φ50mm）需進(jìn)行淬火處理，已知其Ac3溫度為780℃，試計(jì)算其奧氏體化加熱溫度范圍，并確定在箱式電阻爐中的保溫時(shí)間（保溫時(shí)間系數(shù)取1.5-2min/mm）。2.某T10鋼刀具淬火后硬度為62HRC，需通過回火將硬度降至58HRC。已知T10鋼回火硬度與溫度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為：HRC=68-0.15T（T為回火溫度，℃），試計(jì)算所需回火溫度，并說明回火后的組織類型。五、綜合分析題（共24分）某工廠生產(chǎn)的20CrMnTi鋼汽車齒輪，要求表面硬度60-64HRC，心部硬度25-35HRC，整體需具備良好的抗沖擊韌性?，F(xiàn)需設(shè)計(jì)其熱處理工藝路線，并分析各步驟的作用及最終組織。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（電鍍屬于表面處理，非熱處理）2.B（亞共析鋼完全退火需加熱至Ac3以上，確保完全奧氏體化后緩慢冷卻）3.C（去應(yīng)力退火專門用于消除殘余應(yīng)力，加熱溫度低于Ac1）4.C（加熱溫度超過Accm會(huì)導(dǎo)致奧氏體含碳量過高，淬火后殘余奧氏體量增加，硬度降低）5.B（40Cr為合金鋼，淬透性好，油冷可避免水冷開裂）6.B（低溫回火主要消除淬火應(yīng)力，保持高硬度，用于工具、模具）7.B（表面淬火僅表層硬化，心部保持原有韌性）8.C（滲碳用于低碳鋼/合金鋼，通過表面增碳實(shí)現(xiàn)表層高硬度）9.C（回火馬氏體是淬火+回火后的組織，退火不涉及淬火）10.C（高溫回火得到回火索氏體，綜合性能好）二、判斷題1.×（純金屬或某些單相合金熱處理效果不顯著）2.√（正火空冷，退火爐冷，冷卻快則組織更細(xì)，強(qiáng)度硬度更高）3.×（過共析鋼淬火應(yīng)加熱至Ac1以上，避免晶粒粗化和殘余奧氏體過多）4.√（淬火內(nèi)應(yīng)力大，不回火易開裂，且脆性高）5.×（高頻加熱速度快，淬硬層更淺，中頻更深）6.√（滲碳后表層高碳，淬火+低溫回火獲得高硬度馬氏體）7.√（球化退火使碳化物球化，降低硬度，改善切削性，用于過共析鋼）8.×（去應(yīng)力退火加熱溫度低于Ac1，避免組織轉(zhuǎn)變）9.√（回火索氏體中碳化物細(xì)小彌散，強(qiáng)韌性匹配好）10.×（連續(xù)冷卻時(shí)若冷卻曲線與貝氏體區(qū)相交，也可能形成貝氏體）三、簡答題1.完全退火與球化退火的區(qū)別：-加熱溫度：完全退火（亞共析鋼）為Ac3+30-50℃；球化退火（過共析鋼）為Ac1+20-30℃（或先加熱至Accm+30-50℃后緩冷）。-適用材料：完全退火用于亞共析鋼（如45鋼）；球化退火用于過共析鋼（如T10鋼）。-目的：完全退火消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善切削性；球化退火使碳化物球化，降低硬度、改善切削性及后續(xù)淬火工藝性。-組織：完全退火后為鐵素體+珠光體；球化退火后為鐵素體+球狀珠光體（球化體）。2.加熱溫度選擇依據(jù)：45鋼為亞共析鋼，若加熱溫度低于Ac3，會(huì)殘留未溶鐵素體，淬火后鐵素體保留，導(dǎo)致硬度不足；加熱至Ac3以上可獲得均勻奧氏體，淬火后得到全部馬氏體，保證硬度。T10鋼為過共析鋼，若加熱至Accm以上，奧氏體內(nèi)碳含量過高，淬火后殘余奧氏體量增加，硬度降低；且晶粒易粗化。加熱至Ac1以上可保留部分未溶碳化物（細(xì)化晶粒），奧氏體含碳量適中，淬火后馬氏體+少量殘余奧氏體+未溶碳化物，硬度高且耐磨性好。3.水與油作為淬火介質(zhì)的比較：-水的冷卻能力強(qiáng)（高溫區(qū)冷卻快），但低溫區(qū)（300℃以下）冷卻速度仍很快，易導(dǎo)致工件變形或開裂；油的冷卻能力較弱（高溫區(qū)冷卻慢，低溫區(qū)更慢），可減少變形開裂，但可能因冷卻不足導(dǎo)致淬不透。45鋼為碳素鋼，淬透性低，需強(qiáng)冷卻介質(zhì)（水）保證心部淬硬；40Cr為合金鋼，含Cr提高淬透性，油冷即可獲得足夠硬度，且避免水冷開裂。4.調(diào)質(zhì)處理的目的、組織與性能：目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能（高強(qiáng)度、高韌性），用于承受交變載荷的零件（如軸類）。工藝：淬火（得到馬氏體）+高溫回火（500-650℃）。組織：回火索氏體（鐵素體基體+細(xì)小粒狀碳化物）。性能：強(qiáng)度、塑性、韌性匹配良好，σb=700-900MPa，δ=15-20%，沖擊韌性αk=60-100J/cm2。5.滲碳層深度控制的原因及影響：滲碳層深度需與零件服役條件匹配。過薄時(shí)，表層高硬度區(qū)域易被磨損或壓潰，失去保護(hù)作用；過厚時(shí)，表層脆性增加，易剝落，且心部韌性不足，受沖擊時(shí)易斷裂。一般滲碳層深度為0.5-2.0mm（隨零件尺寸增大而增加）。四、計(jì)算題1.奧氏體化溫度與保溫時(shí)間計(jì)算：-45鋼為亞共析鋼，加熱溫度范圍：Ac3+30-50℃=780+30=810℃至780+50=830℃，即810-830℃。-保溫時(shí)間：有效厚度為直徑50mm（軸類零件以直徑為有效厚度），保溫時(shí)間系數(shù)取1.5-2min/mm。最小時(shí)間=50×1.5=75min；最大時(shí)間=50×2=100min。因此保溫時(shí)間為75-100min。2.回火溫度計(jì)算與組織：已知HRC=68-0.15T，目標(biāo)硬度58HRC，代入得：58=68-0.15T→0.15T=10→T≈66.67℃？（此處明顯錯(cuò)誤，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)為HRC=62-0.04T或類似，可能題目設(shè)定參數(shù)需調(diào)整。假設(shè)正確公式為HRC=64-0.05T，則58=64-0.05T→T=120℃；但根據(jù)實(shí)際T10鋼回火規(guī)律，62HRC回火至58HRC通常需180-200℃?？赡茴}目中公式為簡化設(shè)定，按原題參數(shù)計(jì)算）：原題公式HRC=68-0.15T，解得T=(68-58)/0.15≈66.67℃（不符合實(shí)際，可能為出題誤差）。假設(shè)正確公式應(yīng)為HRC=62-0.05T，則T=(62-58)/0.05=80℃（仍不合理）。實(shí)際生產(chǎn)中，T10鋼淬火后硬度62HRC，回火至58HRC通常在180-200℃（低溫回火），組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+未溶碳化物。五、綜合分析題（20CrMnTi鋼齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)）工藝路線：鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火→低溫回火→磨削加工。各步驟作用及組織：1.鍛造：改善材料致密度，形成齒輪毛坯。2.正火：加熱至Ac3+30-50℃（20CrMnTi的Ac3約880℃，故910-930℃），空冷。作用：消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度（170-217HB），改善切削加工性。組織：鐵素體+珠光體。3.機(jī)加工：加工齒輪輪廓、齒形等。4.滲碳：加熱至900-950℃（奧氏體區(qū)），通入滲碳介質(zhì)（如煤油+甲醇），保溫3-6h（視滲層深度0.8-1.2mm而定）。作用：表層增碳（碳含量0.8-1.2%），心部保持低碳（0.15-0.25%）。組織：表層為高碳奧氏體，心部為低碳奧氏體。5.淬火：滲碳后預(yù)冷至830-850℃（避開Ar3以下，防止先共析鐵素體析出），油冷。作用：表層高碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，心部低碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>