材料热处理工程师资格考试题+答案

1．何谓钢的球化退火，其目的是什么? 主要适用于哪些钢材?是使钢中碳化物球状化而进行的退火目的：降低硬度、改善切削加工性，为以后淬火做准备，减小工件淬火畸变和开裂；主要用于共析钢、过共析钢的锻轧件及结构钢的冷挤压件等。

2．简述淬火冷却方法(至少说出五种)。

1）水冷：用于形状简单的碳钢工件，主要是调质件；2）油冷：合金钢、合金工具钢工件。

3）延时淬火：工件在浸入冷却剂之前先在空气中降温以减少热应力；4）双介质淬火：工件一般先浸入水中冷却，待冷到马氏体开始转变点附近，然后立即转入油中缓冷；5）马氏体分级淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。

用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形与开裂；6）热浴淬火：工件只浸入150-180℃的硝烟或碱浴中冷却，停留时间等于总加热时间的1/3-1/2，最后取出在空气中冷却；7）贝氏体等温淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之快冷到贝氏体转变温度区域（260-400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。

用于要求变形小、韧性高的合金钢工件3．简述淬透性概念及其影响因素。

钢在淬火时能够获得马氏体的能力即钢被淬透的深度大小称为淬透性。

其影响因素有：1.亚共析钢含碳量↑，C曲线右移，过共析钢含碳量↑，C曲线左移；2.合金元素（除Co外）使C曲线右移；3.奥氏体化温度越高、保温时间越长，碳化物溶解越完全，奥氏体晶粒越粗大，使C曲线右移；4.原始组织越细，使C曲线右移，Ms点下降；5.拉应力加速奥氏体的转变，塑性变形也加速奥氏体的转变。

4．钢的回火分哪几类?说出低温回火的适用性(目的)。

（1）低温：150-250℃，用于工模具、轴承、齿轮等。

（2）中温：250-500℃，用于中等硬度的零件、弹簧等。

（3）高温：500-700℃，用于各种轴累、连杆、螺栓等。

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V l、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?V l:：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。

②淬火：相当于分级淬火，减小变形；③冷处理：减少残余奥氏体，提高硬度，稳定尺寸；④稳定化处理：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3Cr13 1Cr13；耐热钢和高温合金；低温钢:1Cr18Ni9Ti、0 Cr18Ni9；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。