第18练 钢的热处理 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第18练，内容涵盖3-4 钢的热处理。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第18练 模块3 工程材料 第4节 钢的热处理 一、单项选择题 1．一批锻造后的齿轮毛坯硬度偏高、切削加工困难，且内部存在较大的锻造应力。为降低硬度以改善切削加工性并消除内应力，应选用的热处理工艺是（ ） A．淬火 B．正火 C．回火 D．退火 2．正火是将钢加热到适当温度后在空气中冷却的热处理工艺。与退火相比，正火冷却速度更快，获得的组织更细。45钢齿轮毛坯预备热处理时选用正火而非退火，主要是为了（ ） A．获得最高的硬度和耐磨性 B．比退火获得略高的强度和硬度，同时生产周期更短 C．消除所有内部缺陷 D．使钢达到淬火态的硬度 3．将45钢加热到840°C奥氏体化后快速投入水中冷却，钢的组织发生剧烈转变形成高硬度的马氏体。该热处理工艺称为（ ） A．淬火 B．退火 C．正火 D．回火 4．淬火后的钢内应力大、脆性大，必须进行回火。根据回火温度不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火。其中获得回火索氏体组织、使钢具有良好综合力学性能的回火方式是（ ） A．低温回火（150至250°C），获得回火马氏体 B．高温回火（500至650°C），获得回火索氏体 C．中温回火（350至500°C），获得回火托氏体 D．再结晶退火，获得等轴铁素体晶粒 5．一根45钢传动轴经调质处理后，轴颈处需要较高的表面硬度和耐磨性，同时心部要保持调质态的韧性和强度。应选用的表面热处理方法是（ ） A．整体淬火后低温回火 B．渗碳后淬火 C．表面淬火（高频淬火） D．氮化处理 二、填空题 6．钢的普通热处理工艺有四种：将钢加热后缓慢冷却的____，加热后在空气中冷却的____，加热后快速冷却获得马氏体的____，以及淬火后重新加热保温再冷却的____。其中淬火和____的复合工艺称为调质。 7．表面热处理是仅改变零件____层组织和性能的热处理工艺。常用的表面热处理有：仅加热表面的____淬火和____淬火；改变表面化学成分的____和____等化学热处理。 三、问答题 8．退火、正火、淬火和回火是钢的四种基本热处理工艺。请分别说明四种工艺的加热温度范围、冷却方式、目的和获得的典型室温组织，并简述调质处理的工艺路线和应用场合。 9．调质处理和表面淬火是两种常用的最终热处理工艺，但二者的目的和适用零件类型不同。请分别说明调质处理和表面淬火的工艺路线、处理后零件的截面性能分布特点，并各举两个典型应用实例，说明为什么该零件选用这种热处理方式。 四、综合应用题 10．某批45钢齿轮的完整制造工艺路线为：下料→锻造→热处理①→粗车→热处理②→精车→滚齿→热处理③→磨齿。请回答：（1）指出热处理①、②、③各自的工艺名称，说明各热处理的目的和获得的组织。（2）若齿轮在热处理③后齿面硬度仅HRC45，未达到图样要求的HRC52以上，试分析可能的原因并给出改进措施。（3）若齿面硬度达到要求但齿根处在使用中发生早期断裂，分析原因并提出改进建议。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第18练，内容涵盖3-4 钢的热处理。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第18练 模块3 工程材料 第4节 钢的热处理 一、单项选择题 1．一批锻造后的齿轮毛坯硬度偏高、切削加工困难，且内部存在较大的锻造应力。为降低硬度以改善切削加工性并消除内应力，应选用的热处理工艺是（ ） A．淬火 B．正火 C．回火 D．退火 【答案】D 【解析】退火是将钢加热到适当温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）的工艺。目的：降低硬度改善切削加工性、消除内应力、细化晶粒均匀组织。锻造后的毛坯常需退火处理才能进行后续切削加工。正火冷却速度比退火快，硬度略高于退火。 2．正火是将钢加热到适当温度后在空气中冷却的热处理工艺。与退火相比，正火冷却速度更快，获得的组织更细。45钢齿轮毛坯预备热处理时选用正火而非退火，主要是为了（ ） A．获得最高的硬度和耐磨性 B．比退火获得略高的强度和硬度，同时生产周期更短 C．消除所有内部缺陷 D．使钢达到淬火态的硬度 【答案】B 【解析】正火冷却速度比退火快（空冷vs炉冷），获得的珠光体片层更细、硬度略高于退火，强度和韧性也优于退火。正火不占炉子、生产周期短、成本低，在能满足性能要求时应优先选用。对低碳钢和中碳钢，正火常替代退火作为预备热处理。 3．将45钢加热到840°C奥氏体化后快速投入水中冷却，钢的组织发生剧烈转变形成高硬度的马氏体。该热处理工艺称为（ ） A．淬火 B．退火 C．正火 D．回火 【答案】A 【解析】淬火是将钢加热到临界温度以上奥氏体化后快速冷却（水冷或油冷）的工艺，目的是获得高硬度的马氏体组织。45钢淬火后硬度可达HRC55以上。淬火后钢的硬度高但脆性大、内应力大，必须及时进行回火。 4．淬火后的钢内应力大、脆性大，必须进行回火。根据回火温度不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火。其中获得回火索氏体组织、使钢具有良好综合力学性能的回火方式是（ ） A．低温回火（150至250°C），获得回火马氏体 B．高温回火（500至650°C），获得回火索氏体 C．中温回火（350至500°C），获得回火托氏体 D．再结晶退火，获得等轴铁素体晶粒 【答案】B 【解析】高温回火（500至650°C）获得回火索氏体——铁素体基体上均匀分布细粒状渗碳体，综合力学性能好（强度与韧性匹配最佳）。淬火+高温回火合称调质，广泛用于轴、齿轮、连杆等受交变载荷的重要零件。 5．一根45钢传动轴经调质处理后，轴颈处需要较高的表面硬度和耐磨性，同时心部要保持调质态的韧性和强度。应选用的表面热处理方法是（ ） A．整体淬火后低温回火 B．渗碳后淬火 C．表面淬火（高频淬火） D．氮化处理 【答案】C 【解析】表面淬火（高频淬火、火焰淬火）仅加热工件表面至淬火温度后快速冷却，使表面获得高硬度马氏体而心部仍保持调质态的韧性和强度。适用于45钢、40Cr等中碳钢和中碳合金钢。渗碳用于低碳钢。氮化用于要求更高表面硬度的合金钢。选择依据：中碳钢→表面淬火；低碳钢→渗碳。 二、填空题 6．钢的普通热处理工艺有四种：将钢加热后缓慢冷却的____，加热后在空气中冷却的____，加热后快速冷却获得马氏体的____，以及淬火后重新加热保温再冷却的____。其中淬火和____的复合工艺称为调质。 【答案】退火；正火；淬火；回火；高温回火 【解析】四把火口诀：退火（慢冷、降低硬度）、正火（空冷、细化组织）、淬火（快冷、获得马氏体高硬度）、回火（淬后加热、消除应力调整性能）。调质=淬火+高温回火，是结构钢最常用的最终热处理。 7．表面热处理是仅改变零件____层组织和性能的热处理工艺。常用的表面热处理有：仅加热表面的____淬火和____淬火；改变表面化学成分的____和____等化学热处理。 【答案】表面；高频；火焰；渗碳；氮化 【解析】表面热处理解决表硬心韧的矛盾。表面淬火（高频、火焰）适用于中碳钢——不改变表面的化学成分仅改变组织。化学热处理（渗碳、氮化）改变表面化学成分——渗碳适用于低碳钢，氮化适用于含Al、Cr等合金元素的合金钢。 三、问答题 8．退火、正火、淬火和回火是钢的四种基本热处理工艺。请分别说明四种工艺的加热温度范围、冷却方式、目的和获得的典型室温组织，并简述调质处理的工艺路线和应用场合。 【答案】（1）退火：加热至Ac1或Ac3以上30至50°C保温后随炉缓慢冷却。目的：降低硬度改善切削加工性、消除内应力、细化晶粒。室温组织：亚共析钢为铁素体+珠光体（接近平衡态组织）。（2）正火：加热至Ac3或Accm以上30至50°C保温后在空气中冷却。目的：细化晶粒、调整硬度、消除网状碳化物。室温组织：细片状珠光体+铁素体。（3）淬火：加热至Ac1或Ac3以上30至50°C保温后快速冷却（水冷或油冷）。目的：获得马氏体（或下贝氏体），得到高硬度。室温组织：马氏体+残余奥氏体。淬火后必须及时回火。（4）回火：将淬火钢重新加热至Ac1以下某一温度保温后冷却。按温度分：低温回火（150至250°C）→回火马氏体，高硬度（HRC58至64），用于工具和渗碳件；中温回火（350至500°C）→回火托氏体，高弹性极限，用于弹簧；高温回火（500至650°C）→回火索氏体，综合力学性能好，用于轴、齿轮。调质=淬火+高温回火，使钢获得强度与韧性的最佳配合，广泛用于承受交变载荷的重要机械零件。 【解析】四把火是钢热处理的核心工艺。退火和正火常作为预备热处理（为后续加工和最终热处理做准备），淬火+回火常作为最终热处理（赋予零件使用性能）。正确理解各工艺的目的和组织变化是制定热处理工艺路线的基础。 9．调质处理和表面淬火是两种常用的最终热处理工艺，但二者的目的和适用零件类型不同。请分别说明调质处理和表面淬火的工艺路线、处理后零件的截面性能分布特点，并各举两个典型应用实例，说明为什么该零件选用这种热处理方式。 【答案】（1）调质处理：工艺路线为淬火→高温回火（500至650°C，获得回火索氏体）。截面性能均匀分布——整个截面的组织均为回火索氏体，心部和表面性能一致（强度约600至800MPa，硬度约HRC25至35）。典型应用：车床主轴——承受交变弯曲和扭转应力，需整体良好的综合力学性能（强度+韧性），调质使整个截面性能一致满足要求。连杆——承受拉压交变载荷且需抗冲击，调质获得整体均匀的高韧性高强度。（2）表面淬火（高频淬火或火焰淬火）：工艺路线为快速加热表层至淬火温度→喷水冷却（仅表层淬成马氏体）→低温回火。截面性能梯度分布——表层为回火马氏体，心部保持调质态。典型应用：齿轮——齿面需高硬度抗磨损和抗点蚀、齿根需韧性抗弯曲疲劳断裂，表面淬火使齿面硬而齿心韧；曲轴轴颈——轴颈处需高耐磨性、曲轴整体需良好韧性抗冲击，表面淬火满足表硬心韧。 【解析】调质和表面淬火分别解决不同的工程需求：调质追求整体均匀的强韧性匹配，表面淬火追求表硬心韧的梯度性能。选材时中碳钢（45、40Cr）可调质也可表面淬火；低碳钢（20、20Cr）需渗碳后淬火获得表硬心韧。 四、综合应用题 10．某批45钢齿轮的完整制造工艺路线为：下料→锻造→热处理①→粗车→热处理②→精车→滚齿→热处理③→磨齿。请回答：（1）指出热处理①、②、③各自的工艺名称，说明各热处理的目的和获得的组织。（2）若齿轮在热处理③后齿面硬度仅HRC45，未达到图样要求的HRC52以上，试分析可能的原因并给出改进措施。（3）若齿面硬度达到要求但齿根处在使用中发生早期断裂，分析原因并提出改进建议。 【答案】（1）热处理①为正火。目的：消除锻造应力、细化晶粒、均匀组织、调整硬度至适合切削加工的范围（约HB170至230）。组织：细片状珠光体+铁素体。热处理②为调质。目的：使齿轮整体获得良好的综合力学性能，为最终表面处理提供理想的心部组织。组织：回火索氏体。热处理③为高频表面淬火+低温回火。目的：使齿面获得高硬度（HRC52以上）和高耐磨性，而齿心保持调质态的韧性和强度。齿面组织：回火马氏体；齿心组织：回火索氏体。（2）齿面硬度不足的可能原因及改进措施：淬火加热温度偏低或无氏体化不充分——检查并提高加热温度或延长保温时间，确保表层充分奥氏体化；冷却速度不足（淬火介质冷却能力不够或喷水量不足）——增大冷却水流量或改用冷却能力更强的介质；表面脱碳（加热时表层碳被氧化烧损）——采用保护气氛加热或盐浴加热，或适当增加加工余量磨去脱碳层；原始组织不良（调质不充分）——确保调质工序严格执行。（3）齿根早期断裂的可能原因及改进：齿根处应力集中——增大齿根过渡圆角半径；表面淬火硬化层在齿根处分布不当产生拉应力——优化感应器设计使硬化层沿齿廓均匀分布；回火不充分导致残余应力过大——适当提高回火温度或延长回火时间，淬火后及时回火；可对齿根进行喷丸强化处理，使表层产生残余压应力提高抗疲劳能力。 【解析】齿轮制造的热处理工艺路线设计是典型工程问题。45钢中碳钢的典型路线：锻造→正火（预备）→粗加工→调质（整体强化）→精加工→表面淬火（表硬心韧）。硬度不足从加热、冷却、脱碳三方面排查；早期断裂从应力集中、残余应力、表面强化三方面改进。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $