材料热处理工程师资格考试题+答案Word下载.docx

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低温回火的适用性（目的）：

消除淬火应力、稳定尺寸、减少变形和开裂，一定程度上减少残余奥氏体量。

5．什么是碳氮共渗中的黑色组织?

它的危害性是什么?

防止措施是什么

黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点、黑带和黑网。

它会使工件弯曲疲劳强度、接触疲劳强度降低，耐磨性下降。

为防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高，也不宜过低。

通过提高淬火温度或增强冷却能力抑制屈氏体网的出现。

6．简述零件感应加热淬火的基本原理。

是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。

7．什么叫喷丸强化?

对材料表面形貌与性能有什么影响?

利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使受层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。

8．为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度?

由于正火的冷却速度比退火的冷却速度快，因而可以抑制铁素体的析出，增加珠光体量，且得到的珠光体组织更细小，所以可获得比退火高的强度与硬度。

9．高速钢刀具深冷处理为什么能提高刀具使用寿命?

高速钢刀具深冷处理后获得4%左右（体积分数）稳定残留奥氏体，稳定残留奥氏体中存在大量内部位错缠结而使其自身强化；

深冷处理过程中转变的片状不完全孪晶马氏体，含碳及合金元素量较高，于是强化了α固溶体；

深冷处理并回火后能析出比常规热处理尺寸小而多的片状MC型碳化物，使高速钢抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。

10．简述激光热处理的原理，与感应加热淬火相比优点是什么?

激光热处理是利用聚焦后的激光束照射得钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。

与感应加热淬火相比，使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形更小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，激光淬火可使工件表层0.1-1.0mm

范围内的组织结构和性能发生明显变化。

1．根据共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线示意图（图1）指出以下五个区域是什

么转变区?

区域①（A1线以上）、区域②（AA′区左边）、区域③（BB′线右边）

区域④（AA′和BB′之间）、区域⑤（Ms以下）。

①A区

②过冷A区

③P区

④A→P区

⑤过冷A→M

若将共析钢加热至奥氏体温度后分别以图中的冷却速度Vl、V0、V2、V3、V4进行冷却至室温后得到什么组织?

连续冷却转变曲线的实用意义是什么?

Vl:

：

M马氏体

V0:

M马氏体

V2：

T屈氏体

V3：

S索氏体

V4：

P珠光体

意义：

表示在各种不同冷却速度下，过冷奥氏体转变开始和转变终了的温度和时间的关系，是分析转变产物的组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。

2.简述常用的化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗）的工艺主要特点、热处理后的组织和性能特点，主要适用于哪些材料或零件?

渗碳是向低碳钢或低合金钢工件表层渗入碳原子的过程，目的是提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有一定的强度和较高的韧性。

经淬火+低温回火后，工件表面组织为高碳回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体，其硬度为58-64HRC，心部组织为回火低碳马氏体+铁素体或珠光体+铁素体，心部有较高的塑性和韧性，工件既能承受大的冲击，又能承受大的摩擦，适用于齿轮、活塞销等。

渗氮是向钢件表层渗入氮原子的过程，目的是提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性以及热硬性，渗氮用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V、Ti等的合金钢，典型的是38CrMoAl，还有35CrMoV、18CrNiW等。

渗氮后表层组织为氮化物Fe2N（ε）+Fe4N（γ′），硬度为HV1000-1100，耐磨性和耐蚀性好；

过渡期组织为Fe4N（γ′）+含氮铁素体（α）；

心部组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。

主要应用于在交变载荷下工作的、要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精密齿轮，高速柴油机曲轴，高精密机床主轴，镗床镗杆，压缩机活塞杆等，也可用于在较高温度下工作的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。

碳氮共渗是同时向钢的表层渗入碳、氮原子的过程，与渗碳相比，碳氮共渗温度低，速度快，零件变形小。

经淬火+低温回火后，工件表层组织为细针回火马氏体+颗粒状碳氮化合物

Fe3（C、N）+少量残余奥氏体，具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度并兼有一定的耐蚀性，常应低中碳合金钢制造的重、中负荷齿轮。

钢件在铁氮相图共析点（591℃）以下，于含氮、碳的介质中加热，保温1-4h，使其表面形成铁的碳氮化合物层和α固溶体的扩散层的热处理工艺，称为氮碳共渗。

该工艺共渗速度较快，表面硬度略低于渗氮，但抗疲劳性能好，主要用于受冲击负荷小、要求耐磨、疲劳极限较高及变形小的零件和工模具。

一般钢铁零件均可进行氮碳共渗。

3.已知GCrl5钢精密轴承的加工工艺路线为：

下料一锻造一超细化处理一机加工一淬火一冷处理一稳定化处理

其中热处理工艺包括：

①超细化处理工艺为：

1050℃×

20～30min高温加热，250～350℃×

2h盐槽等温，690～720℃×

3h随炉冷至500℃出炉空冷。

②淬火：

835～850℃×

45～60min在保护气氛下加热，150～170℃的油中冷却5～10min，再在30—60℃油中冷却。

③冷处理：

清洗后在-40～-70℃×

1～1．5h深冷处理。

④稳定化处理：

粗磨后进行140～180℃×

4～12h；

精磨后120～160℃×

6～24h。

试分析GCrl5钢精密轴承在加工过程中所采用的上述热处理工艺的目的。

①超细化处理工艺：

细化晶粒，碳化物颗粒尺寸＜0.6μm，有利于提高淬火后获得细小针状的马氏体组织，可提高冲击韧度、耐磨性和疲劳强度。

相当于分级淬火，减小变形；

减少残余奥氏体，提高硬度，稳定尺寸；

进一步稳定尺寸。

4.亚共析钢的淬火温度常选在Ac3以上，而过共析钢淬火加热温度为何选在Ac1～Acm之间，试从理论上加以分析。

亚共析钢淬火时，应将工件加热到完全奥氏体，使铁素体全部溶解，以保证淬火后马氏体的含碳量，从而保证淬火后硬度。

而过共析钢淬火加热温度应选择在Ac1~Acm，以使得加热时碳化物不完全溶解，在随后的淬火时，这些碳化物成为硬的质点，提高耐磨性，同时，降低淬火温度，可以降低马氏体的含碳量，降低马氏体的脆性，同时，降低淬火温度，还可以减少残余奥氏体量，提高工件硬度。

5.试述热处理在制造业发展中的作用。

①机械行业、汽车行业、航空航天、铁路交通、船舶制造等行业均离不开热处理；

②热处理质量直接影响工件乃至整机的性能及寿命；

③热处理质量的提高对节能减排、材料消耗方面有至关重要的作用；

1．合金结构钢分为哪几类?

并分别列举两种钢号。

1.合金结构钢：

包括低合金结构钢：

15MVN、14CrMnMoVB；

合金渗碳钢：

20CrMnTi、20CrMnMo；

合金调质钢：

40Cr、40CrNiMo；

合金弹簧钢：

65Mn、60Si2Mn；

滚珠轴承钢：

GCr15、GCr9；

2.合金工具钢：

高碳低合金工具钢：

9CrSi、CrWMn；

高碳高合金工具钢：

Cr12MoV、W18Cr4V；

中碳合金工具钢：

5CrMnMo、3Cr2W8V；

3.特殊性能钢：

包括不锈钢3Cr131Cr13；

耐热钢和高温合金；

低温钢:

1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9；

耐磨钢ZGMn13。

2．磨损失效类型有几种?

如何防止零件的各类磨损失效?

粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（接触疲劳）；

防止粘着磨损应采取措施：

1合理选择摩擦副配对材料；

2.采用表面处理减小摩擦系数或提高表面硬度；

3.减小接触压应力；

4.减小表面粗糙度。

防止磨粒磨损应采取措施：

1.合理选用高硬度材料；

2.采用表面处理和表面加工硬化等方法

提高摩擦副材料表面硬度，提高耐磨性；

3.设计时减小接触压应力和滑动摩擦距离以及改进润滑油过滤装置以清除磨粒。

防止腐蚀磨损应采取措施：

提高基体金属表层硬度或形成与基体金属牢固结合致密氧化膜的表面处理方法如渗碳、渗氮、蒸汽处理等。

防止接触疲劳磨损应采取措施：

1.提高材料的硬度，增加塑性变形抗力，延缓裂纹形成和扩展；

2.提高材料的纯净度，减少夹杂物，从而减少裂纹源；

3.提高零件的心部强度和硬度，增加硬化层深度，细化硬化层组织；

4.减小零件表面粗糙度，以减小摩擦力；

5.提高润滑油的粘度以降低油楔作用。

3．钢中的氮元素对钢材性能有什么影响?

氮固溶于铁素体中产生“应变时效”，增加零件脆性，对锅炉、化工容器及深冲零件不利，影响安全可靠性；

此时N是有害元素；

但是当钢中含有Al、V、Ti、Nb等元素时，它们可与N形成细小弥散氮化物，细化晶粒，提高钢的强度并减低N的应变时效，N是有益的，某些耐热钢中，常把N作为合金元素以提高钢的耐热性。

4．列出并简要说明静拉伸试验中最基本的力学性能指标。

1.比例极限σp,2弹性极限σe3.屈服强度σs（σ0.2）4.抗拉强度

5伸长率δ6..断面收缩率ψ7.断裂强度σk

5．真空加热特点是什么?

为减少合金元素蒸发可采取的有效措施是什么?

①防止氧化作用

②真空脱气作用

③真空脱脂（净化表面）作用

④合金元素的蒸发作用

为减少合金元素蒸发可采取的有效措施是：

先将炉内抽至较高的真空度，随即通入高纯度的氩气或氮气，使炉内压力维持在200～26.6Pa的条件下加热即可

6．晶粒大小对金属力学性能有何影响?

怎样控制铸件的晶粒大小?

晶粒越细，材料的强度越高、韧性越好。

对铸件，细化晶粒的方法有：

1.增大过冷度；

（采用金属型铸造的晶粒度要好于砂型）

2.采用变质处理；

（在浇注前加变质剂）

3.在凝固过程中，采用震动方法，如超声破震动，磁力搅拌等。

7．简述渗氮件的金相检测项目。

游离铁索体：

分5级，重要件1、2级合格；

一般件1—3级合格。

渗氮件工作面的原始组织中不允许有脱碳层或粗大的回火索氏体；

有效层深：

硬度法：

（使用载荷为0.3Kg的维氏硬度计）——测至较心部高出50Hv处。

金相法：

（100倍放大）由表面测至明显分界处。

脆性检验：

（使用载荷为10Kg的维氏硬度计）分5级，重要件1、2级合格；

疏松检验：

（放大500倍）分5级，重要件1—2级合格；

8．铸铁和碳钢在成分、组织和力学性能上有哪些主要区别?

铸铁与钢相比：

1.铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的三元合金，含碳量高；

2.铸铁中一部分碳是以石墨形式存在；

3.铸铁的抗拉强度、塑性、韧性较低，铸造性能及切削加工性、减震性较好。

9．断口的宏观及微观形貌的哪些特征可推断为疲劳断裂?

多数情况下具有脆性断裂特征，不发生肉眼可见的宏观变形。

典型的疲劳断口宏观由

裂纹源区、裂纹扩展区、最终瞬断区组成。

疲劳源区：

面积较少而平坦，有时呈光亮镜面，源区一般位于表面，当表面残余压应力较高时，裂纹源移向次表面，形成鱼眼状断口。

当表面存在类裂纹缺陷时，疲劳裂纹由缺陷处扩展而不存在源区。

裂纹扩展区：

呈海滩或贝壳花样

最终瞬断区：

韧窝、准解理、解理、沿晶断口或混合型。

微观：

电子显微镜下观察有条形花样。

10．简述超声波探伤的原理和特点。

超声波具有直线性和束射性，向被检材料发射超声波，在传播途中遇到障碍（缺陷）由于发生反射、折射、散射或吸收等现象，使其方向和强度受到影响，根据影响的方式和大小就可以确定缺陷部位的尺寸、物理性质、方向性、分布方式及分布位置等。

按其原理分为三类：

1.根据缺陷的回波来进行判断的脉冲反射法；

2.根据缺陷的阴影来判断缺陷的穿透法；

3.根据被检件产生驻波来判断缺陷情况的共振法。

三、综合应用题（每题8分，共计40分）

请用钢笔或圆珠笔将答案直接写在试卷上。

1.试画出Fe-Fe3C相图的简单示意图，简要说明T12钢（过共析钢）的平衡凝固过程。

（要求画出各温度区间的简单组织示意图即可）

答案：

在T1~T2开始由液相结晶出奥氏体，到T2结晶完毕。

到T3温度时由奥氏体结晶出二次渗碳体，当到达共析温度时剩余的奥氏体发生共析反应生成珠光体，低于共析温度由铁素体析出三渗碳体忽略！

室温组织是：

珠光体+二次渗碳体

2.为什么机床齿轮一般选用45或40Cr等材料制造，而汽车齿轮一般选用20CrMnTi、20CrMnMo等材料制造，请给出两类材料的加工工艺路线，并指出采用不同热处理工艺的目的是什么？

45或40C的加工工艺路线：

下料—锻造—正火—粗加工—调质—半精加工—感应淬火+低温回火—精磨—成品；

正火可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度改善切削加工性。

调质可使齿轮具有较高的综合力学性能，提高齿轮心部强度和韧性，使齿轮能承受较大弯曲应力和冲击载荷，并减小淬火变形；

感应淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性，提高齿面接触疲劳强度；

低温回火是在不降低表面硬度的情况下消除淬火应力，防止产生磨削裂纹和提高齿轮抗冲击的能力。

20CrMnTi、20CrMnMo的加工工艺路线：

下料—锻造—正火—机械加工—渗碳、淬火+低温回火—喷丸—磨加工—成品

正火可使组织均匀化，调整硬度改善切削加工性。

渗碳是提高齿面碳的质量分数（0.8-1.05%）；

淬火可提高齿轮表面硬度并获得一定淬硬层深度（0.8-1.3mm），提高齿面耐磨性和接触疲劳强度；

低温回火的作用是消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高冲击抗力。

喷丸处理可提高齿面硬度约1-3HRC，增加表面残余压应力，从而提高接触疲劳强度。

3．简述减少工件淬火变形和防止开裂的主要措施。

①形状复杂的易变形工件，可采用空气预冷或降温预冷后在淬入冷却剂。

②轴类工件应垂直淬入冷却剂。

③长板状工件应横向侧面淬入冷却剂。

④套筒和薄壁圆环状工件，应沿轴向淬入冷却剂。

⑤截面相差很大的工件，应将截面大的部分先淬入冷却剂。

⑥有凹面的工件应将凹面向上淬入冷却剂。

⑦单面有长槽工件，槽口向上，倾斜45℃淬入冷却剂。

⑧在保证所有要求的硬度的条件下，宫颈癌年淬入冷却剂后可不作摆动，或只作淬入方向的直线移动，以减少变形。

4．简述热处理工艺设计及热处理设备选择的原则。

答：

1.热处理设备选择的原则：

热处理设备是实施热处理工艺、保证热处理质量、节约能源降低成本的基本条件，其选择原则为：

（1）选择设备应满足热处理工艺要求，保证产品热处理质量；

（2）根据生产批量选择设备，尽可能扩大设备的使用范围，提高生产效率；

（3）热处理设备解除的选择应从生产成本、能源供应情况、操作与控制的可能性、环境保护因地制宜的综合考虑。

2.热处理工艺设计所遵循如下原则：

（1）工艺的先进性。

（2）工艺可靠、合理、可行。

（3）工艺的经济性。

（4）工艺安全性。

（5）尽量采用机械化、自动化程序高的工艺装备。

5．简述计算机技术在热处理质量管理中的作用。

现代计算机技术的发展为热处理工艺优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与数理统计分析等提供了崭新的手段。

它能及时地为质量管理收集大量准确的信息，并作出合理判断。

也能用于故障诊断和质量认证、专家咨询。

计算机已成为先进的质量管理工具。

开创了热处理质量控制的灿烂前景。

利用计算机的存储和控制功能，可将各类工件的最佳热处理工艺存入存储器；

利用计算机进行质量检验；

利用计算机可以对质量档案及质量信息检索；

利用计算机可以进行工序质量分析。

1.真空淬火的优点是什么

A防止氧化作用；

B真空脱气作用；

C脱脂作用

2.简要说明滚动轴承的工艺路线是什么？

轧制或锻造→球化退火→机加工→淬火→低温回火→磨削→成品

↓↗↓↗↓↗

冷处理时效时效

23防止45号钢淬裂的三条措施是什么？

1.避免危险尺寸，减小应力集中；

2.改进工艺，适当降低淬火温度、缩短保温时间；

3.改变淬火介质

4试简述影响过冷奥氏体等温转变的因素？

1.含碳量↑，C曲线右移；

其中Si、Ni、Cu、Mn只改变位置，不改变形状；

Cr、Mo、W、V、Ti等不仅改变C曲线位置，而且使C曲线分裂成上、下两条C曲线。

上部为珠光体C曲线，下部为贝氏体C曲线；

5.请列出四种常用的化学热处理方法？

1.渗碳；

2气体氮化；

3离子氮化；

4.碳氮共渗。

6.电镀的技术原理是什么？

电镀的目的是什么？

电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以待镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

电镀的目的是改善材料的外观，赋予材料表面的各种物理化学性能，如耐蚀性、装饰性、耐磨性、钎焊性以及导电、磁、光学性能等。

7.模具的主要失效形式是什么？

模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤。

8.简述第二类回火脆性产生的原因及抑制和消除的方法？

P106

9.按回火温度可将回火分为哪几种？

各自温度范围是什么？

各属于哪类钢？

1.低温回火150-250℃，回火后组织为M回，适用于工模具钢、轴承钢、齿轮等；

2.中温回火250-500℃，回火后组织为T回，适用于中等硬度的零件、弹簧钢等；

3.高温回火500-700℃，即调质处理，回火后组织为S回，适用于各种轴类、连杆、螺栓等。

10.对机床主轴有何性能要求？

通常选用何种材料制作？

用什么热处理方法。

机床主轴在工作时高速旋转，并承受弯曲、扭转、冲击等多种载荷，要求具有足够的刚度、强度、耐疲劳、耐磨损以及精度稳定等性能。

大多数主轴采用中碳结构钢，经调质处理后局部淬硬或局部表面淬硬。

要求更高表面硬度、和疲劳强度的主轴，通常采用38CrMoAl钢经渗氮处理。

若主轴承受较大冲击载荷，则用渗碳钢制造，并经渗碳淬硬。

对于要求刚性好，精度高的磨床或镗床主轴，也可采用9Mn2V,GCr15钢并经表面淬硬。

11铸造铝合金的淬火加热温度一般都比具有相同种类的合金元素的变形铝合金低一些？

请说明为什么这样。

由于铸铝合金中所含杂质较多，易于出现低熔点的共晶组织；

铸造时，铸件各处的冷却速度不同，其组织差别较大；

铸件的强塑性较低。

因此淬火温度不能像变形铝合金那样确定在最大溶解的温度范围内，一般比最大溶解度温度略低一些，以免过烧或裂纹。

12.试说明碳氮共渗和氮碳共渗在工艺和用途方面有何区别。

碳氮共渗工艺是在840-860℃温度下，加热、保温，经淬火＋低温回火后，工件表层组织为细针回火马氏体＋颗粒状碳氮化合物Fe3（C、N）＋少量残余奥氏体，具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度，并兼有一定的耐蚀性，常应用于低中碳合金钢制造的重、中负荷齿轮；

氮碳共渗工艺主要采用570℃×

3-4h，油（或水）冷。

对于要求外观质量及变形小的零件可以炉冷。

该工艺共渗速度快，表面硬度略低于渗氮，但抗疲劳性能好。

主要用于受冲击负荷小、要求耐磨、疲劳极限较高及变形小的零件和工模具。

一般钢铁零件（碳素结构钢、合金结构钢、合金工具钢、灰铸铁、球墨铸铁和粉末冶金等）均可进行氮碳共渗。

13试指出渗碳件热处理后常出现的三种缺陷，并分析其原因及防止措施

1.淬火后硬度低；

主要是渗层表面碳浓度较低或表面脱碳；

另一方面，是由于渗碳后热处理工艺不合理，表面有托氏体或残余奥氏体量更多。

渗碳时控制好温度、炉压、滴量，防止炉子漏气和风扇停转；

正确地选择淬火温度、淬火方法；

还可在渗碳后进行一次深冷处理，减少残余奥氏体含量，以提高渗层硬度。

表面已有托氏体存在的工件可重新加热淬火。

2.渗层出现大块或网状碳化物主要原因是渗碳时表面碳浓度过高而引起的；

降低渗剂活性，严格控制碳势，就能有效控制表面碳浓度，防止出现大块或网状碳化物。

消除粗大块状或网状碳化物的方法是：

适当提高渗碳后的淬火温度；

采用两次淬火或正火＋淬火；

也可考虑一次正火或淬火后，增加一次高温回火，；

渗碳后快冷也可减少形成网状碳化物的可能性。

3.渗碳层深度不均匀；

主要是由于炉温不均匀；

炉内气氛循环不良；

零件表面吧清洁，有锈点、油污；

零件表面积碳等原因造成的。

装炉前严格清洗零件表面；

合理装炉，尽量使工件之间间隙均匀；

定期清理炉内积碳等措施可以避免此类缺陷的出现。

14.分析轴类零件、长板状零件、截面零件相差较大零件、套筒和薄壁圆环状零件的淬火操作方法。

P119

15.试指出感应加热淬火常出现的三种质量问题，试分析其原因。

1.开裂；

原因是加热温度过高、温度不均；

冷却过急且不均；

淬火介质及温度选择不当；

回火不及时且回火不足；

材料淬透性偏高，成分偏析，有缺陷，含过量夹杂物；

零件设计不合理，技术要求不当。

2.淬硬层过深或过浅；

加热功率过大或过小；

电源频率过低或过高；

加热时间过长或过短；

材料淬透性过低或过高；

淬火介质温度、压力、成分不当；

3.表面硬度过高或过低；

材料碳含量偏高或偏低，表面脱碳，加热温度低；

回火温度或保温时间不当；

1.按结合键类型不同，可将晶体分成哪四种？

P5金属晶体离子晶体共价晶体分子晶体

2.按物质的属性特点，可将工程材料分成