第20练 淬火的目的、方法和应用 山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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，精心编制了山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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。 本卷是山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）一课一练的第20练，内容涵盖钢热处理的基础知识 3.6 淬火的目的、方法和应用。 山东省（春季高考）机电技术类 一课一练 《金属材料与钳工技术》（高教版）第20练 钢热处理的基础知识 3.6 淬火的目的、方法和应用 一、单项选择题 1．自动化生产线上的定位销工作表面容易磨损，检修时采用淬火处理的主要目的是什么（ ） A．降低零件内部残余应力 B．提高零件表面硬度和耐磨性 C．提高零件整体塑性和韧性 D．改善零件加工后的表面粗糙度 【答案】B 【解析】淬火可使钢获得较多马氏体，从而提高定位销的硬度和耐磨性。消除内应力主要依靠回火或退火，提高塑性不是淬火的主要目的，改善表面粗糙度也不能通过淬火实现。 2．数控设备的细长夹紧轴要求通过分级淬火减小变形。下列最符合分级淬火冷却特点的方法是（ ） A．将工件连续浸入一种冷却介质中冷却 B．将工件先在水中冷却再转入油中冷却 C．将工件先在盐浴中均温再冷却至室温 D．将工件在盐浴中等温转变后取出冷却 【答案】C 【解析】分级淬火是将工件先冷却到略高于马氏体开始转变温度的盐浴中均匀化温度，再冷却至室温，可减小淬火应力和变形。单液淬火冷却较剧烈，双液淬火需要转换冷却介质，等温淬火主要用于获得下贝氏体组织，均不符合题干所指的分级控变形要求。 3．液压站换向阀阀芯经淬火后硬度较高但脆性增大，为保证阀芯正常工作，后续应采取的工艺是（ ） A．进行完全退火以降低阀芯硬度 B．进行正火处理以细化阀芯晶粒 C．不再处理而直接装入阀体使用 D．及时进行回火以降低脆性和内应力 【答案】D 【解析】淬火后及时回火能够降低淬火应力和脆性，并在保持适当硬度的同时改善阀芯的综合力学性能。退火会明显降低硬度，正火不能针对性消除淬火脆性，直接使用则可能因内应力和脆性造成早期失效。 4．机电装调中为保证钢制零件淬火质量，确定淬火冷却介质时应优先依据什么进行选择（ ） A．钢种性能、零件尺寸形状及变形要求 B．零件表面颜色、设备型号及装夹方式 C．要求硬度高低、加工顺序及生产节拍 D．冷却速度快慢、零件重量及操作者习惯 【答案】A 【解析】淬火冷却介质应根据钢种的淬透性、零件尺寸和形状以及变形开裂要求综合选择，以获得所需组织并控制淬火缺陷。仅按硬度要求或设备名称选择会忽略钢材和零件条件，冷却越快也不一定越有利，可能增大变形和开裂风险。 二、判断题 5．自动化生产线钢制导向套的内孔需要获得较高硬度时，淬火可以直接使工件同时获得良好的韧性而不需要后续回火处理（ ） 【答案】× 【解析】淬火主要提高钢的硬度和耐磨性，但会产生较大的内应力并使脆性增加，通常需要配合回火以改善韧性、稳定组织和尺寸。 6．数控设备中形状复杂、要求减小淬火变形的钢制零件，可根据零件结构和性能要求采用分级淬火或等温淬火（ ） 【答案】√ 【解析】分级淬火或等温淬火能够减小工件内外温差和组织转变的不均匀性，因此适用于降低形状复杂钢制零件的淬火变形和开裂倾向。 7．机电设备中承受冲击和交变载荷的钢制传动零件，淬火时不能只依据硬度要求选择冷却方法，还应考虑零件材料、形状和尺寸等因素（ ） 【答案】√ 【解析】淬火冷却方法会影响硬度、淬硬层深度、内应力及变形开裂倾向，因此选择冷却介质和工艺时应综合考虑材料、形状、尺寸以及服役载荷等条件。 三、简答题 8．自动化生产线中有一件截面厚薄不均、形状较复杂的钢制夹具连接件，若直接快速冷却，容易产生较大的内应力和淬火变形。为减小这些缺陷，可采用分级淬火或等温淬火。请分别说明这两种淬火方法的冷却特点及其作用。 【答案】1. 分级淬火：工件加热到淬火温度并均匀后，先快速冷却到略高于马氏体开始转变温度的温度，在该温度保持一段时间，使工件内外温度趋于均匀，再取出空冷。这样可以减小工件内外温差和组织转变不同步造成的内应力，从而降低淬火变形和开裂倾向。 2. 等温淬火：工件快速冷却到贝氏体转变温度区间，在该温度保持至过冷奥氏体基本完成贝氏体转变，再出炉空冷。这样可以获得以贝氏体为主的组织，减小淬火应力和变形，并使工件具有较好的综合力学性能。 3. 两种方法都适用于形状复杂、截面不均匀或对变形要求较严的钢制零件，但具体选择应结合零件材料、尺寸和性能要求确定。 【解析】分级淬火通过分段冷却使工件内外温度趋于一致，等温淬火通过在贝氏体转变温度范围内保温完成组织转变，二者都能减小温差、组织转变不同步引起的淬火应力，因此适合降低复杂钢制夹具连接件的变形和开裂风险。 四、计算题 9．数控设备换刀机构中的钢制锁止爪需要通过淬火提高硬度和耐磨性。试验确定，该零件在冷却过程中必须在650℃至350℃的温度区间内以不低于75℃/s的平均冷却速度冷却，才能获得要求的淬火组织。现有水、淬火油和空气三种冷却介质，在该温度区间内的平均冷却速度分别为180℃/s、90℃/s和15℃/s。计算三种介质通过该温度区间所需的冷却时间，并选择合适的淬火冷却介质，同时说明选择理由。 【答案】650℃至350℃的温差为。 水冷却所需时间为；淬火油冷却所需时间为；空气冷却所需时间为。 由题意可知，冷却速度不低于即可获得要求的淬火组织。水和淬火油的冷却速度分别为和，均满足要求；空气的冷却速度为，不满足要求。考虑到锁止爪既要淬火提高硬度和耐磨性，又要尽量减小淬火应力和变形，应选择淬火油作为冷却介质。因为淬火油的冷却速度已达到工艺要求，同时比水冷却缓和，有利于降低零件的淬火变形和开裂倾向。 【解析】先用温度区间的温差除以相应介质的平均冷却速度，得到各介质的冷却时间。淬火能否获得要求的组织，关键在于规定温度区间内的冷却速度是否达到临界要求，因此水和淬火油均符合淬火条件，而空气冷却速度过低，不能满足要求。在满足淬火冷却速度的介质中，淬火油冷却较缓和，可在保证淬火目的的同时减小锁止爪因冷却过快产生的内应力、变形和开裂倾向，所以选择淬火油更合理。 五、综合题 10．自动化立体仓库堆垛机的货叉定位机构采用45钢制定位爪。定位爪工作时既要与定位槽反复滑动接触，又要承受货叉停止时的冲击；检修发现，原工艺采用整体水淬，淬火后未回火，设备运行一段时间后定位爪圆角处出现裂纹。现要求定位爪工作表面具有较高硬度和耐磨性，内部具有一定韧性，且尽量减小淬火变形。请完成以下任务：说明淬火在该零件上的主要作用；分析原工艺产生裂纹的原因；提出改进后的淬火及后续处理方案，并说明所采用淬火方法的适用理由。 【答案】1. 淬火的主要作用是使45钢定位爪的组织发生转变，从而提高工作表面的硬度和耐磨性，满足定位爪与定位槽反复滑动接触的使用要求。淬火本身不能保证零件同时具有良好的韧性，淬火后还需要进行回火处理。 2. 原工艺产生裂纹的主要原因有：整体水淬时冷却速度较快，定位爪圆角等部位容易形成较大的热应力和组织应力；淬火后未及时回火，淬火组织的内应力和脆性没有得到降低；定位爪承受冲击，裂纹容易在圆角应力集中处萌生并扩展。 3. 改进方案：若设备条件允许，可对定位爪的工作表面进行局部表面淬火，使表层快速加热后立即冷却，获得较高硬度和耐磨性，而内部基本保持原有韧性，从而比整体淬火更适合该零件的“表硬里韧”要求，也有利于减小整体变形。表面淬火后应及时进行低温回火，以降低内应力和脆性，防止使用中出现裂纹。 4. 若采用整体淬火，应根据定位爪的材料、形状和尺寸选择冷却能力适中的介质，不能简单采用快速冷却的水淬；同时必须安排及时回火。最终应检查工作表面硬度、裂纹和变形，确认达到耐磨、抗冲击及装配精度要求后再装机。 【解析】定位爪的失效同时涉及表面磨损和冲击开裂，因此工艺选择不能只追求淬火硬度。淬火能够提高钢件的硬度和耐磨性，但会使组织处于高内应力状态并增加脆性，整体水淬的快速冷却又会加重应力和变形，未回火则使这些不利因素继续保留，所以圆角处容易出现裂纹。该零件只要求工作表面耐磨，而内部需要承受冲击，局部表面淬火能够使表层获得较高硬度、内部保留较好的韧性，符合使用条件；淬火后及时低温回火能够降低内应力和脆性，提高零件的工作可靠性。若无法采用表面淬火，则应通过选择较缓和的冷却介质并配合及时回火来降低整体淬火的开裂风险。 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，精心编制了山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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。 本卷是山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）一课一练的第20练，内容涵盖钢热处理的基础知识 3.6 淬火的目的、方法和应用。 山东省（春季高考）机电技术类 一课一练 《金属材料与钳工技术》（高教版）第20练 钢热处理的基础知识 3.6 淬火的目的、方法和应用 一、单项选择题 1．自动化生产线上的定位销工作表面容易磨损，检修时采用淬火处理的主要目的是什么（ ） A．降低零件内部残余应力 B．提高零件表面硬度和耐磨性 C．提高零件整体塑性和韧性 D．改善零件加工后的表面粗糙度 2．数控设备的细长夹紧轴要求通过分级淬火减小变形。下列最符合分级淬火冷却特点的方法是（ ） A．将工件连续浸入一种冷却介质中冷却 B．将工件先在水中冷却再转入油中冷却 C．将工件先在盐浴中均温再冷却至室温 D．将工件在盐浴中等温转变后取出冷却 3．液压站换向阀阀芯经淬火后硬度较高但脆性增大，为保证阀芯正常工作，后续应采取的工艺是（ ） A．进行完全退火以降低阀芯硬度 B．进行正火处理以细化阀芯晶粒 C．不再处理而直接装入阀体使用 D．及时进行回火以降低脆性和内应力 4．机电装调中为保证钢制零件淬火质量，确定淬火冷却介质时应优先依据什么进行选择（ ） A．钢种性能、零件尺寸形状及变形要求 B．零件表面颜色、设备型号及装夹方式 C．要求硬度高低、加工顺序及生产节拍 D．冷却速度快慢、零件重量及操作者习惯 二、判断题 5．自动化生产线钢制导向套的内孔需要获得较高硬度时，淬火可以直接使工件同时获得良好的韧性而不需要后续回火处理（ ） 6．数控设备中形状复杂、要求减小淬火变形的钢制零件，可根据零件结构和性能要求采用分级淬火或等温淬火（ ） 7．机电设备中承受冲击和交变载荷的钢制传动零件，淬火时不能只依据硬度要求选择冷却方法，还应考虑零件材料、形状和尺寸等因素（ ） 三、简答题 8．自动化生产线中有一件截面厚薄不均、形状较复杂的钢制夹具连接件，若直接快速冷却，容易产生较大的内应力和淬火变形。为减小这些缺陷，可采用分级淬火或等温淬火。请分别说明这两种淬火方法的冷却特点及其作用。 答： 四、计算题 9．数控设备换刀机构中的钢制锁止爪需要通过淬火提高硬度和耐磨性。试验确定，该零件在冷却过程中必须在650℃至350℃的温度区间内以不低于75℃/s的平均冷却速度冷却，才能获得要求的淬火组织。现有水、淬火油和空气三种冷却介质，在该温度区间内的平均冷却速度分别为180℃/s、90℃/s和15℃/s。计算三种介质通过该温度区间所需的冷却时间，并选择合适的淬火冷却介质，同时说明选择理由。 答： 五、综合题 10．自动化立体仓库堆垛机的货叉定位机构采用45钢制定位爪。定位爪工作时既要与定位槽反复滑动接触，又要承受货叉停止时的冲击；检修发现，原工艺采用整体水淬，淬火后未回火，设备运行一段时间后定位爪圆角处出现裂纹。现要求定位爪工作表面具有较高硬度和耐磨性，内部具有一定韧性，且尽量减小淬火变形。请完成以下任务：说明淬火在该零件上的主要作用；分析原工艺产生裂纹的原因；提出改进后的淬火及后续处理方案，并说明所采用淬火方法的适用理由。 答： 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 $