第3卷 钢的热处理——基础、退火正火、淬火、回火时效、表面与化学热处理及新技术 山东省（春季高考）《金属加工基础》（机工版） 单元过关卷

山东省（春季高考）考纲百套卷 第3卷 钢的热处理——基础、退火/正火、淬火、回火/时效、表面与化学热处理及新技术 单元过关卷《金属加工基础》机械制造类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 钢制零件进行热处理时，其主要作用是（ ） A. 改变零件内部组织状态 B. 改变零件外部形状尺寸 C. 改变零件表面粗糙程度 D. 改变零件整体化学成分 【答案】A 【解析】热处理通过控制加热、保温和冷却过程，使钢的内部组织发生变化，从而获得所需的力学性能。热处理通常不以改变零件形状尺寸、表面粗糙程度或整体化学成分为主要目的。 2. 钢件热处理工艺中，加热、保温和冷却三个基本环节的正确先后顺序是（ ） A. 保温、加热、冷却 B. 加热、保温、冷却 C. 冷却、加热、保温 D. 加热、冷却、保温 【答案】B 【解析】钢件热处理时，首先加热到规定温度，再保温以使工件内外温度均匀并完成必要的组织转变，最后按照工艺要求进行冷却。 3. 为使退火钢件获得较软组织并减小热应力，冷却阶段宜采用（ ） A. 炉内缓慢冷却 B. 静止空气冷却 C. 淬火油中冷却 D. 冷却水中冷却 【答案】A 【解析】退火后的钢件应随炉缓慢冷却，使组织充分转变并减少温差引起的内应力，从而降低硬度、改善切削加工性。静止空气冷却属于正火常用方式，油冷和水冷速度较快，容易产生较大的内应力。 4. 某中碳钢锻件需细化晶粒并改善综合力学性能，采用正火处理时，保温结束后的冷却方式应为（ ） A. 随炉缓慢冷却至室温 B. 浸入水中快速冷却 C. 埋入炉灰缓慢冷却 D. 出炉后在空气中冷却 【答案】D 【解析】正火是将钢件加热、保温后出炉在空气中冷却，冷却速度快于退火，有利于细化晶粒并改善钢的综合力学性能。随炉冷却和埋入炉灰冷却属于缓慢冷却，浸水冷却则属于快速冷却，均不符合正火的冷却要求。 5. 低碳钢锻造毛坯在切削加工前进行完全退火，主要作用是（ ） A. 加快冷却速度，获得细密珠光体 B. 降低材料硬度，改善切削加工性 C. 提高表面碳含量，增强耐磨性能 D. 形成马氏体组织，提高淬硬能力 【答案】B 【解析】完全退火可使低碳钢锻造毛坯的组织趋于均匀，降低硬度，改善塑性和切削加工性能。加快冷却、渗碳和形成马氏体分别属于正火、渗碳和淬火工艺的特征。 6. 与完全退火相比，正火处理后钢件通常具有的组织性能特点是（ ） A. 炉内缓冷，组织较粗，硬度较低 B. 空气冷却，组织较细，硬度较高 C. 油中冷却，组织转变为马氏体 D. 水中冷却，淬火应力明显减小 【答案】B 【解析】正火采用出炉后空气冷却，冷却速度快于完全退火，所得组织较细，钢件通常具有较高的强度和硬度。油冷或水冷属于较快冷却方式，可能产生马氏体及较大淬火应力。 7. 淬火冷却速度足够快时，奥氏体通常转变形成的主要组织是（ ） A. 粗片状珠光体 B. 细片状珠光体 C. 板条状马氏体 D. 球状珠光体 【答案】C 【解析】淬火时奥氏体快速冷却，能够抑制珠光体等扩散型转变，通常形成硬度较高的马氏体组织。珠光体组织一般由较缓慢的冷却过程形成。 8. 钢件淬火时，为抑制奥氏体发生珠光体转变，冷却速度应（ ） A. 小于钢的临界冷却速度 B. 等于钢的临界冷却速度 C. 接近退火的冷却速度 D. 大于钢的临界冷却速度 【答案】D 【解析】临界冷却速度是淬火时获得马氏体所需的最低冷却速度，实际冷却速度必须大于该速度，才能有效抑制珠光体等扩散型转变。冷却速度过慢会使奥氏体发生珠光体转变，不能获得以马氏体为主的淬火组织。 9. 对形状复杂、截面变化较大的钢制零件进行淬火时，较合理的工艺措施是（ ） A. 选用适当冷却介质并及时进行回火 B. 提高淬火加热温度并延长保温时间 C. 采用剧烈冷却方式并取消回火处理 D. 增加截面尖角并减小圆角尺寸 【答案】A 【解析】选用适当的冷却介质可减小工件内外温差，及时回火能够降低淬火应力，从而减少变形和开裂。提高加热温度、剧烈冷却、取消回火以及增大尖角都会增加产生淬火裂纹的风险。 10. 在其他条件相同的情况下，淬火钢的回火温度逐渐升高，通常表现为（ ） A. 硬度逐渐升高，韧性逐渐降低 B. 硬度逐渐降低，韧性逐渐提高 C. 硬度逐渐提高，韧性逐渐提高 D. 硬度逐渐降低，韧性逐渐降低 【答案】B 【解析】淬火钢随回火温度升高，淬火组织逐步分解，内应力减小，硬度通常有所降低而韧性得到改善。回火温度应根据零件对硬度、强度和韧性的要求合理选择。 11. 淬火后要求保持较高硬度和耐磨性的零件，最适合采用低温回火处理的是（ ） A. 碳素工具钢锉刀 B. 弹簧钢板 C. 中碳钢机床主轴 D. 低碳钢焊接支架 【答案】A 【解析】低温回火可在降低淬火应力、减少脆性的同时保持较高硬度，适用于碳素工具钢锉刀等要求高硬度和耐磨性的零件；弹簧钢板通常采用中温回火，中碳钢主轴通常采用高温回火，低碳钢焊接支架一般不采用淬火后低温回火。 12. 中碳钢零件要求获得良好的强度、塑性和韧性配合，适宜采用的热处理工艺是（ ） A. 完全退火处理 B. 淬火加低温回火 C. 淬火加高温回火 D. 正火加低温回火 【答案】C 【解析】淬火后进行高温回火的工艺称为调质处理，可使中碳钢获得较好的强度、塑性和韧性配合。低温回火主要保持较高硬度，完全退火和正火难以达到调质处理的综合性能。 13. 铸造或切削加工后的精密钢制零件，为稳定尺寸、减小残余应力，宜采用的处理方法是（ ） A. 时效处理 B. 淬火处理 C. 正火处理 D. 渗碳处理 【答案】A 【解析】时效处理通过工件内部组织和应力的缓慢变化，使残余应力逐渐降低，从而提高零件的尺寸稳定性。淬火、正火和渗碳主要用于改变钢的组织或表面性能，通常不是该目的的首选方法。 14. 某45钢轴采用高频电流进行局部硬化，要求轴心保持良好韧性。该工艺的主要原理是（ ） A. 利用炉内缓慢冷却实现整体组织均匀 B. 利用渗碳作用实现表面含碳量提高 C. 利用集肤效应实现表层快速加热冷却 D. 利用氮化作用实现表面形成硬化层 【答案】C 【解析】高频电流具有集肤效应，能够使钢轴表层迅速达到淬火温度并快速冷却，形成硬化层而保留韧性较好的心部。炉内缓冷属于退火特点，渗碳和氮化属于化学热处理方法。 15. 渗碳处理最适合用于（ ） A. 使高碳钢件整体获得较高韧性 B. 使中碳钢件表面形成耐蚀层 C. 使低碳钢件表层提高含碳量 D. 使铸铁件内部降低残余应力 【答案】C 【解析】渗碳是向低碳钢件表层渗入碳元素，经过淬火和低温回火后，可使表层具有较高硬度和耐磨性，而心部仍保持较好的韧性。高碳钢、铸铁件不属于渗碳处理的主要适用对象。 16. 钢件进行渗氮处理后，主要获得的表面性能是（ ） A. 提高钢件表面硬度和耐磨性 B. 降低钢件表面硬度和耐磨性 C. 提高钢件心部硬度和脆性 D. 改善钢件整体塑性和韧性 【答案】A 【解析】渗氮是向钢件表层渗入氮元素，形成高硬度的氮化物层，主要用于提高钢件表面的硬度和耐磨性。渗氮不会以提高心部硬度或整体塑性、韧性为主要目的。 17. 65Mn钢制弹簧要求具有较高的弹性极限和疲劳强度，适宜采用的热处理工艺是（ ） A. 完全退火处理 B. 淬火后低温回火 C. 淬火后中温回火 D. 淬火后高温回火 【答案】C 【解析】65Mn钢制弹簧淬火后进行中温回火，可获得回火屈氏体组织，具有较高的弹性极限和疲劳强度。低温回火主要保持高硬度，高温回火则侧重获得良好的强度、塑性和韧性配合。 18. 某圆钢件按每毫米直径加热1.2 min的经验规则计算，直径为32 mm时，加热时间约为（ ） A. 25.6 min B. 32.0 min C. 38.4 min D. 48.0 min 【答案】C 【解析】加热时间按工件直径乘以单位直径加热时间计算，32×1.2为38.4 min，因此加热时间约为38.4 min。 19. 40Cr钢制轴类零件淬火后表面硬度合格，但键槽根部出现裂纹，最可能的工艺原因是（ ） A. 淬火冷却过急和键槽根部圆角过小 B. 淬火加热不足和工件表面脱碳 C. 回火温度偏高和保温时间过长 D. 正火冷却过慢和工件截面均匀 【答案】A 【解析】键槽根部圆角过小会造成应力集中，淬火冷却过急又会产生较大的热应力和组织应力，二者共同作用容易导致裂纹。加热不足或表面脱碳主要会造成硬度不足，回火温度偏高会降低硬度，均不是该现象的最主要原因。 20. 某低碳合金钢齿轮要求齿面具有较高硬度和耐磨性，心部保持良好韧性，宜采用的热处理工艺是（ ） A. 整体正火后直接使用 B. 整体淬火后高温回火 C. 整体退火后中温回火 D. 渗碳淬火后低温回火 【答案】D 【解析】渗碳可提高齿面含碳量，随后进行淬火和低温回火，可使齿面获得高硬度和耐磨性，同时利用低碳合金钢心部保持较好的韧性。其他工艺不能同时满足齿面高硬度与心部高韧性的要求。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 热处理过程中，保温时间主要用于使工件内外温度趋于均匀并完成必要的组织转变。（ ） 【答案】正确 【解析】保温可使工件温度均匀，并为奥氏体化或其他组织转变提供必要时间。 22. 退火和正火都需要将钢件加热到临界温度以上并保温后冷却。（ ） 【答案】正确 【解析】退火和正火均包含加热、保温和冷却过程，具体加热温度和冷却方式有所不同。 23. 正火后的冷却速度通常比退火后的冷却速度慢。（ ） 【答案】错误 【解析】正火出炉后空冷，退火通常随炉缓冷，因此正火冷却速度通常较快。 24. 淬火温度越高，钢件淬火后的硬度一定越高。（ ） 【答案】错误 【解析】淬火温度过高会导致奥氏体晶粒粗大、残余奥氏体增多，硬度和综合性能不一定提高。 25. 淬火钢必须进行回火，否则可能因内应力较大而产生变形或开裂。（ ） 【答案】正确 【解析】淬火后组织应力和热应力较大，及时回火有助于降低内应力、改善韧性并稳定尺寸。 26. 低温回火的主要目的是获得较高硬度和耐磨性，同时减小淬火应力。（ ） 【答案】正确 【解析】低温回火保留较高硬度，适当降低淬火应力，常用于刃具和耐磨零件。 27. 时效处理只能用于有色金属，不能用于钢制零件。（ ） 【答案】错误 【解析】时效处理也可用于钢制精密零件，以降低残余应力并提高尺寸稳定性。 28. 感应加热表面淬火能够使工件心部获得与表层完全相同的硬化组织。（ ） 【答案】错误 【解析】感应加热表面淬火主要硬化工件表层，心部通常不发生完全淬火，仍保持较好的韧性。 29. 渗碳后通常还要进行淬火和低温回火，才能充分发挥表面硬化效果。（ ） 【答案】正确 【解析】渗碳仅提高表层碳含量，配合淬火可形成高硬度组织，再经低温回火可降低应力。 30. 真空热处理可以减少氧化和脱碳，但不能改善零件表面质量。（ ） 【答案】错误 【解析】真空热处理能减少氧化、脱碳和表面污染，从而有利于保持和改善零件表面质量。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述钢进行热处理时加热、保温和冷却三个基本环节的主要作用。 【答案】（1）加热是使钢件达到规定温度，为组织转变创造条件。 （2）保温是使工件内外温度均匀，并保证组织转变充分进行。 （3）冷却是控制组织转变过程，获得所需的组织和性能。 【解析】三个环节相互联系，尤其是冷却速度直接影响最终组织。应结合加热目的、保温作用和冷却控制分别作答。 32. 比较退火与正火在冷却方式、组织性能和适用目的方面的主要区别。 【答案】（1）退火通常采用随炉缓慢冷却，正火通常采用出炉空冷。 （2）退火所得组织较软，正火所得组织较细，强度和硬度通常较高。 （3）退火主要用于降低硬度、改善切削加工性和消除内应力，正火主要用于细化晶粒和改善综合性能。 【解析】两种工艺均需加热和保温，主要区别在冷却速度。冷却速度不同，导致所得组织和力学性能不同。 33. 简述表面热处理与化学热处理的主要区别。 【答案】（1）表面热处理通常不改变钢件表层的化学成分，只改变表层组织和性能。 （2）化学热处理是在一定温度下向钢件表层渗入碳、氮等元素，同时改变表层化学成分和组织。 （3）表面热处理常用于感应淬火，化学热处理常用于渗碳、渗氮等工艺。 【解析】区别的核心是表层化学成分是否改变。两类工艺都能提高表面性能，但强化机理和适用材料有所不同。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某机械厂生产一批20CrMnTi齿轮，要求齿面具有较高硬度和耐磨性，齿轮心部保持良好韧性。首件采用渗碳后直接冷却的方法处理，检测发现齿面硬度不足，且齿轮尺寸稳定性较差。 【答案】（1）合理工艺路线为渗碳、淬火、低温回火，必要时进行时效处理。 （2）渗碳提高齿面碳含量；淬火使齿面形成高硬度马氏体；低温回火可降低淬火应力，减少开裂并稳定组织。 （3）可采用低温时效处理，以降低残余应力、提高尺寸稳定性；同时应严格控制渗碳层深度和淬火冷却速度。 【解析】（1）20CrMnTi齿轮需通过渗碳获得高碳表层，再经淬火强化、低温回火稳定组织。 （2）直接冷却不能充分形成高硬度淬硬层，淬火和回火分别承担强化与减小应力的作用。 （3）尺寸不稳定主要与热处理残余应力和组织变化有关，可通过时效及工艺参数控制加以改善。 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 $ 山东省（春季高考）考纲百套卷 第3卷 钢的热处理——基础、退火/正火、淬火、回火/时效、表面与化学热处理及新技术 单元过关卷《金属加工基础》机械制造类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 钢制零件进行热处理时，其主要作用是（ ） A. 改变零件内部组织状态 B. 改变零件外部形状尺寸 C. 改变零件表面粗糙程度 D. 改变零件整体化学成分 2. 钢件热处理工艺中，加热、保温和冷却三个基本环节的正确先后顺序是（ ） A. 保温、加热、冷却 B. 加热、保温、冷却 C. 冷却、加热、保温 D. 加热、冷却、保温 3. 为使退火钢件获得较软组织并减小热应力，冷却阶段宜采用（ ） A. 炉内缓慢冷却 B. 静止空气冷却 C. 淬火油中冷却 D. 冷却水中冷却 4. 某中碳钢锻件需细化晶粒并改善综合力学性能，采用正火处理时，保温结束后的冷却方式应为（ ） A. 随炉缓慢冷却至室温 B. 浸入水中快速冷却 C. 埋入炉灰缓慢冷却 D. 出炉后在空气中冷却 5. 低碳钢锻造毛坯在切削加工前进行完全退火，主要作用是（ ） A. 加快冷却速度，获得细密珠光体 B. 降低材料硬度，改善切削加工性 C. 提高表面碳含量，增强耐磨性能 D. 形成马氏体组织，提高淬硬能力 6. 与完全退火相比，正火处理后钢件通常具有的组织性能特点是（ ） A. 炉内缓冷，组织较粗，硬度较低 B. 空气冷却，组织较细，硬度较高 C. 油中冷却，组织转变为马氏体 D. 水中冷却，淬火应力明显减小 7. 淬火冷却速度足够快时，奥氏体通常转变形成的主要组织是（ ） A. 粗片状珠光体 B. 细片状珠光体 C. 板条状马氏体 D. 球状珠光体 8. 钢件淬火时，为抑制奥氏体发生珠光体转变，冷却速度应（ ） A. 小于钢的临界冷却速度 B. 等于钢的临界冷却速度 C. 接近退火的冷却速度 D. 大于钢的临界冷却速度 9. 对形状复杂、截面变化较大的钢制零件进行淬火时，较合理的工艺措施是（ ） A. 选用适当冷却介质并及时进行回火 B. 提高淬火加热温度并延长保温时间 C. 采用剧烈冷却方式并取消回火处理 D. 增加截面尖角并减小圆角尺寸 10. 在其他条件相同的情况下，淬火钢的回火温度逐渐升高，通常表现为（ ） A. 硬度逐渐升高，韧性逐渐降低 B. 硬度逐渐降低，韧性逐渐提高 C. 硬度逐渐提高，韧性逐渐提高 D. 硬度逐渐降低，韧性逐渐降低 11. 淬火后要求保持较高硬度和耐磨性的零件，最适合采用低温回火处理的是（ ） A. 碳素工具钢锉刀 B. 弹簧钢板 C. 中碳钢机床主轴 D. 低碳钢焊接支架 12. 中碳钢零件要求获得良好的强度、塑性和韧性配合，适宜采用的热处理工艺是（ ） A. 完全退火处理 B. 淬火加低温回火 C. 淬火加高温回火 D. 正火加低温回火 13. 铸造或切削加工后的精密钢制零件，为稳定尺寸、减小残余应力，宜采用的处理方法是（ ） A. 时效处理 B. 淬火处理 C. 正火处理 D. 渗碳处理 14. 某45钢轴采用高频电流进行局部硬化，要求轴心保持良好韧性。该工艺的主要原理是（ ） A. 利用炉内缓慢冷却实现整体组织均匀 B. 利用渗碳作用实现表面含碳量提高 C. 利用集肤效应实现表层快速加热冷却 D. 利用氮化作用实现表面形成硬化层 15. 渗碳处理最适合用于（ ） A. 使高碳钢件整体获得较高韧性 B. 使中碳钢件表面形成耐蚀层 C. 使低碳钢件表层提高含碳量 D. 使铸铁件内部降低残余应力 16. 钢件进行渗氮处理后，主要获得的表面性能是（ ） A. 提高钢件表面硬度和耐磨性 B. 降低钢件表面硬度和耐磨性 C. 提高钢件心部硬度和脆性 D. 改善钢件整体塑性和韧性 17. 65Mn钢制弹簧要求具有较高的弹性极限和疲劳强度，适宜采用的热处理工艺是（ ） A. 完全退火处理 B. 淬火后低温回火 C. 淬火后中温回火 D. 淬火后高温回火 18. 某圆钢件按每毫米直径加热1.2 min的经验规则计算，直径为32 mm时，加热时间约为（ ） A. 25.6 min B. 32.0 min C. 38.4 min D. 48.0 min 19. 40Cr钢制轴类零件淬火后表面硬度合格，但键槽根部出现裂纹，最可能的工艺原因是（ ） A. 淬火冷却过急和键槽根部圆角过小 B. 淬火加热不足和工件表面脱碳 C. 回火温度偏高和保温时间过长 D. 正火冷却过慢和工件截面均匀 20. 某低碳合金钢齿轮要求齿面具有较高硬度和耐磨性，心部保持良好韧性，宜采用的热处理工艺是（ ） A. 整体正火后直接使用 B. 整体淬火后高温回火 C. 整体退火后中温回火 D. 渗碳淬火后低温回火 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 热处理过程中，保温时间主要用于使工件内外温度趋于均匀并完成必要的组织转变。（ ） 22. 退火和正火都需要将钢件加热到临界温度以上并保温后冷却。（ ） 23. 正火后的冷却速度通常比退火后的冷却速度慢。（ ） 24. 淬火温度越高，钢件淬火后的硬度一定越高。（ ） 25. 淬火钢必须进行回火，否则可能因内应力较大而产生变形或开裂。（ ） 26. 低温回火的主要目的是获得较高硬度和耐磨性，同时减小淬火应力。（ ） 27. 时效处理只能用于有色金属，不能用于钢制零件。（ ） 28. 感应加热表面淬火能够使工件心部获得与表层完全相同的硬化组织。（ ） 29. 渗碳后通常还要进行淬火和低温回火，才能充分发挥表面硬化效果。（ ） 30. 真空热处理可以减少氧化和脱碳，但不能改善零件表面质量。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述钢进行热处理时加热、保温和冷却三个基本环节的主要作用。 32. 比较退火与正火在冷却方式、组织性能和适用目的方面的主要区别。 33. 简述表面热处理与化学热处理的主要区别。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某机械厂生产一批20CrMnTi齿轮，要求齿面具有较高硬度和耐磨性，齿轮心部保持良好韧性。首件采用渗碳后直接冷却的方法处理，检测发现齿面硬度不足，且齿轮尺寸稳定性较差。 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 $