2025年大學《熱處理》試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.鋼在加熱時奧氏體形成的關鍵步驟是（）A.鐵素體向奧氏體的晶格重構B.滲碳體的溶解C.碳原子的擴散D.奧氏體晶核的形成與長大2.馬氏體轉變的主要特征不包括（）A.無擴散性B.切變共格性C.體積膨脹D.轉變完全性3.下列哪種工藝不屬于表面熱處理（）A.滲碳B.感應淬火C.正火D.激光表面合金化4.45鋼經840℃加熱后水淬，再經550℃回火，獲得的組織是（）A.回火馬氏體B.回火托氏體C.回火索氏體D.回火屈氏體5.消除過共析鋼中的網狀滲碳體應采用（）A.完全退火B(yǎng).球化退火C.正火D.等溫退火6.下列哪種因素會顯著降低鋼的淬透性（）A.增加碳含量（亞共析鋼范圍內）B.加入合金元素Cr、MoC.細化奧氏體晶粒D.減少奧氏體中的未溶碳化物7.第一類回火脆性（低溫回火脆性）的產生與（）有關A.馬氏體分解B.殘余奧氏體轉變C.碳化物沿馬氏體晶界析出D.雜質元素在晶界偏聚8.感應加熱表面淬火時，電流頻率越高（）A.加熱層越淺B.加熱層越深C.加熱速度越慢D.表面硬度越低9.下列材料中，最適合進行滲碳處理的是（）A.20CrMnTiB.40CrC.T10D.Q23510.鋼的等溫轉變曲線（C曲線）中，“鼻尖”對應的溫度是（）A.550℃左右B.727℃C.350℃左右D.230℃（Ms點）二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼的熱處理工藝由________、________、________三個階段組成。2.共析鋼的Ac1溫度為________℃，亞共析鋼的Ac3溫度隨含碳量增加而________（升高/降低）。3.奧氏體的形成過程包括________、________、________、________四個階段。4.馬氏體的形態(tài)主要有________和________兩種，其中________馬氏體的韌性較好。5.常用的退火工藝包括________、________、________、________等。6.淬火時常用的冷卻介質有________、________、________，其中________的冷卻能力最強。7.表面淬火的目的是使工件表層獲得________組織，而心部保持________性能。8.滲碳工藝通常分為________、________、________三個階段。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）1.完全退火適用于所有鋼種，可細化晶粒并消除內應力。（）2.貝氏體轉變屬于半擴散型相變，上貝氏體的韌性優(yōu)于下貝氏體。（）3.殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，會在室溫下逐漸轉變?yōu)轳R氏體，導致工件尺寸變化。（）4.回火索氏體中的碳化物呈顆粒狀，而回火托氏體中的碳化物呈細片狀。（）5.淬透性好的鋼，淬火后表面和心部的硬度差異小。（）6.感應加熱表面淬火后必須進行低溫回火，以消除淬火應力并保持高硬度。（）7.滲碳后直接淬火會導致表層殘余奧氏體量增加，需采用二次淬火工藝改善。（）8.球化退火主要用于過共析鋼，其目的是使?jié)B碳體球化，降低硬度，改善切削性能。（）9.鋼的臨界冷卻速度Vk越小，其淬透性越差。（）10.第一類回火脆性是不可逆的，一旦產生無法消除；第二類回火脆性是可逆的，可通過重新加熱至脆性溫度以上快冷消除。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.比較正火與退火的主要區(qū)別（從加熱溫度、冷卻方式、組織、性能及應用等方面分析）。2.簡述鋼在淬火時產生變形與開裂的主要原因及預防措施。3.說明馬氏體轉變的主要特點及其對鋼性能的影響。4.為什么過共析鋼的淬火加熱溫度選擇在Ac1~Accm之間，而不是Ac3以上？5.分析低溫回火、中溫回火、高溫回火的溫度范圍、所得組織及性能特點。五、綜合分析題（10分）某汽車制造廠需生產一批承受高接觸應力和沖擊載荷的汽車齒輪（模數m=5，材料選用20CrMnTi），要求表面硬度58~62HRC，心部硬度30~40HRC，綜合力學性能良好。試設計其熱處理工藝路線（包括預處理和最終熱處理），并說明每一步工藝的目的及組織轉變過程。六、計算題（10分）已知某亞共析鋼（0.45%C）的等溫轉變曲線（C曲線）如圖所示（假設圖中各轉變開始線和終了線標注清晰）。若該鋼經850℃奧氏體化后，分別以以下冷卻速度冷卻：（1）v1=100℃/s；（2）v2=10℃/s；（3）v3=1℃/s；（4）v4=0.1℃/s。試判斷每種冷卻速度下過冷奧氏體的轉變產物，并簡要說明理由。答案及解析一、單項選擇題1.D解析：奧氏體形成的四個階段為形核、長大、殘余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化，其中形核與長大是關鍵步驟。2.D解析：馬氏體轉變具有不完全性，冷卻至Ms以下時，總有部分奧氏體未轉變（殘余奧氏體）。3.C解析：正火是整體熱處理工藝，表面熱處理僅改變表層組織。4.C解析：45鋼水淬后得到馬氏體，550℃屬于高溫回火（500~650℃），組織為回火索氏體（鐵素體基體+細粒狀碳化物）。5.C解析：正火冷卻速度較快，可抑制網狀滲碳體析出，或破碎已形成的網狀組織。6.D解析：未溶碳化物可阻礙奧氏體晶粒長大，細化晶粒，提高淬透性；減少未溶碳化物會使晶粒粗化，降低淬透性。7.C解析：第一類回火脆性與低溫回火時碳化物沿馬氏體板條或片層界面析出有關，導致晶界脆化。8.A解析：感應加熱頻率越高，集膚效應越顯著，電流透入深度越淺，加熱層越薄。9.A解析：20CrMnTi是典型的滲碳鋼（低碳合金鋼），滲碳后表面含碳量升高，可淬火強化；40Cr為調質鋼，T10為高碳鋼，Q235含碳量過低，均不適合滲碳。10.A解析：C曲線的“鼻尖”對應最易發(fā)生珠光體轉變的溫度（約550℃），此時過冷度大，原子擴散能力適中，形核率與長大速度均最高。二、填空題1.加熱；保溫；冷卻2.727；降低3.奧氏體晶核形成；晶核長大；殘余滲碳體溶解；奧氏體成分均勻化4.板條（位錯）；片狀（孿晶）；板條5.完全退火；球化退火；等溫退火；去應力退火6.水；油；鹽?。ɑ驂A浴）；水7.高硬度馬氏體；良好的塑性和韌性8.滲碳階段；擴散階段；降溫淬火階段三、判斷題1.×（完全退火主要用于亞共析鋼，過共析鋼加熱至Ac3以上會析出網狀滲碳體，需球化退火）2.×（下貝氏體的韌性優(yōu)于上貝氏體）3.√（殘余奧氏體在室溫下會逐漸轉變?yōu)轳R氏體，導致體積膨脹，尺寸不穩(wěn)定）4.×（回火托氏體中的碳化物為細片狀，回火索氏體中為顆粒狀）5.√（淬透性好的鋼，淬火后心部也能獲得馬氏體，硬度與表層接近）6.√（感應淬火后表層存在較大內應力，低溫回火可消除應力，防止開裂，同時保持高硬度）7.√（滲碳后直接淬火會因表層含碳量過高，奧氏體穩(wěn)定性增強，殘余奧氏體量增加；二次淬火先正火細化心部組織，再重新加熱淬火可減少殘余奧氏體）8.√（過共析鋼原始組織為層狀珠光體+網狀滲碳體，硬度高，球化退火后滲碳體球化，硬度降低，切削性能改善）9.×（臨界冷卻速度Vk越小，鋼越容易被淬透，淬透性越好）10.√（第一類回火脆性在250~350℃產生，不可逆；第二類回火脆性在450~650℃產生，可通過快冷（如油冷）避免，重新加熱后快冷可消除）四、簡答題1.正火與退火的主要區(qū)別：（1）加熱溫度：亞共析鋼正火加熱至Ac3+30~50℃，退火加熱至Ac3+20~30℃；過共析鋼正火加熱至Accm+30~50℃，退火加熱至Ac1+20~30℃（球化退火）。（2）冷卻方式：正火采用空冷，冷卻速度較快；退火采用爐冷、空冷（等溫退火）或隨爐冷卻，速度較慢。（3）組織：正火得到細片狀珠光體（索氏體）；退火得到粗片狀珠光體（珠光體+鐵素體，亞共析鋼）或球化珠光體（過共析鋼）。（4）性能：正火后強度、硬度高于退火，塑性略低；退火后塑性、韌性更好，內應力消除更徹底。（5）應用：正火用于改善低碳鋼切削性能、消除網狀滲碳體、作為最終熱處理（低要求零件）；退火用于細化晶粒、消除內應力、改善切削性能（中高碳鋼）、為淬火作準備。2.淬火變形與開裂的原因及預防措施：原因：①相變應力：馬氏體轉變體積膨脹，表層與心部冷卻不均導致應力；②熱應力：表面冷卻快收縮大，心部冷卻慢收縮小，產生拉應力；③原始組織不均勻（如帶狀組織）導致局部應力集中；④淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化，脆性增加。預防措施：①合理設計零件結構（避免尖角、截面突變）；②采用預冷淬火（先在空氣中冷卻至Ar3附近再淬火）；③選擇合適的淬火介質（如油淬代替水淬）；④控制加熱溫度（避免過高）；⑤采用等溫淬火或分級淬火（減少應力）；⑥淬火后及時回火（消除應力）。3.馬氏體轉變的特點及對性能的影響：特點：①無擴散性（鐵、碳原子均不擴散，僅原子集體切變）；②切變共格性（新相與母相保持共格關系）；③轉變速度極快（以聲速進行）；④轉變不完全性（存在殘余奧氏體）；⑤體積膨脹（馬氏體比容大于奧氏體）。對性能的影響：①高硬度、高耐磨性（馬氏體是鋼中最硬的組織，硬度主要取決于含碳量）；②脆性大（尤其是高碳片狀馬氏體）；③內應力大（相變應力與熱應力疊加，易導致變形開裂）。4.過共析鋼淬火加熱溫度選擇Ac1~Accm之間的原因：①若加熱至Ac3以上（Accm為過共析鋼奧氏體化終了溫度），會導致全部滲碳體溶解，奧氏體含碳量過高，淬火后殘余奧氏體量增加，硬度下降；②未溶滲碳體（加熱至Ac1~Accm時部分滲碳體未溶解）可阻礙奧氏體晶粒長大，細化晶粒，提高淬火后馬氏體的韌性；③過高的含碳量會使馬氏體脆性增加，未溶滲碳體可作為硬質點提高耐磨性，同時避免晶粒粗化。5.不同回火工藝的溫度、組織及性能：（1）低溫回火（150~250℃）：組織為回火馬氏體（極細碳化物+過飽和α固溶體）；性能特點：高硬度（58~64HRC）、高耐磨性，內應力部分消除，脆性仍較高。（2）中溫回火（350~500℃）：組織為回火托氏體（細片狀碳化物+鐵素體）；性能特點：硬度35~45HRC，較高的彈性極限和屈服強度，較好的韌性。（3）高溫回火（500~650℃）：組織為回火索氏體（顆粒狀碳化物+鐵素體）；性能特點：硬度20~35HRC，綜合力學性能（強度、塑性、韌性）良好，即“調質”處理。五、綜合分析題熱處理工藝路線設計：1.預處理：正火（900~920℃加熱，空冷）目的：消除鍛造應力，細化晶粒，改善切削性能；使組織均勻（鐵素體+珠光體），為后續(xù)滲碳作準備。組織轉變：原始鍛造組織（可能存在粗大晶?；驇罱M織）→加熱至Ac3以上奧氏體化→空冷得到細片狀珠光體+鐵素體。2.最終熱處理：滲碳+淬火+低溫回火（1）滲碳：溫度900~950℃，介質為富碳氣氛（如煤油+甲醇），時間根據滲層深度（模數5的齒輪滲層深度約1.2~1.5mm）確定，分為滲碳階段（強滲，提高表層含碳量至0.8~1.0%）、擴散階段（降低表層碳濃度梯度，減少殘余奧氏體）。（2）淬火：滲碳后降溫至830~850℃（心部仍為奧氏體），油淬。目的：表層高碳奧氏體→馬氏體（高硬度），心部低碳奧氏體→板條馬氏體（良好韌性）。（3）低溫回火：150~180℃，保溫1~2h，空冷。目的：消除淬火應力，減少殘余奧氏體（部分轉變?yōu)轳R氏體），穩(wěn)定尺寸，保持高硬度。最終組織：表層為回火馬氏體+少量殘余奧氏體+細粒狀碳化物（硬度58~62HRC）；心部為回火板條馬氏體+少量鐵素體（硬度30~40HRC），綜合力學性能良好。六、計算題假設C曲線中：-珠光體轉變開始線：550℃以上，隨溫度降低，開始時間縮短（“鼻尖”在550℃，開始時間約0.5s）；-貝氏體轉變開始線：230~550℃，開始時間隨溫度降低先縮短后延長；-馬氏體轉變開始線（Ms）約280℃。（1）v1=100℃/s（快速冷卻）：冷卻曲線不與珠光體、貝氏體轉變線相交，直接穿過Ms線，轉變產物為馬氏體+殘余奧氏體（因冷卻速度大于臨界冷卻速度Vk，過冷奧氏體全部轉變?yōu)轳R氏體，僅少量殘余奧氏體）。（2）v2=10℃/s（中等速度）：冷卻曲線在