山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》项目三任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目三：钢的热处理 任务一：钢的热处理 时间：45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2分，共40分） 1. 为改变钢的内部组织和性能，将其在固态下进行加热、保温和冷却的工艺称为（ ） A. 钢的锻造处理 B. 钢的热处理 C. 钢的切削加工 D. 钢的焊接校正 2. 钢的热处理是指通过加热、保温和冷却，改变钢的（ ） A. 组织和性能 B. 尺寸和精度 C. 成分和形状 D. 质量和体积 3. 对高碳钢进行退火处理，其主要目的是（ ） A. 提高材料硬度，增强耐磨能力 B. 获得马氏体组织，提高强度 C. 降低材料硬度，改善切削性能 D. 消除淬火应力，稳定使用尺寸 4. 为使45钢毛坯硬度降低并便于切削加工，宜采用（ ） A. 退火以降低硬度并改善切削性能 B. 正火以降低硬度并获得马氏体 C. 淬火以降低硬度并消除内应力 D. 回火以降低硬度并细化晶粒 5. 正火处理时，工件加热保温后通常采用的冷却方式是（ ） A. 加热后在空气中冷却 B. 加热后在炉内缓慢冷却 C. 加热后在油中快速冷却 D. 加热后在水中快速冷却 6. 将钢加热至临界温度以上，保温后在空气中冷却的热处理方法是（ ） A. 完全退火处理 B. 正火处理 C. 淬火处理 D. 高温回火处理 7. 淬火处理的主要目的是（ ） A. 获得珠光体组织，改善塑性 B. 获得铁素体组织，降低硬度 C. 获得索氏体组织，消除应力 D. 获得马氏体组织，提高硬度 8. 一批碳钢零件加热、保温后放入水中迅速冷却，以显著提高硬度，该工艺称为（ ） A. 退火处理 B. 正火处理 C. 淬火处理 D. 回火处理 9. 钢件淬火后进行回火，主要是为了（ ） A. 增大淬火应力，提高脆性 B. 降低淬火脆性，稳定组织 C. 提高冷却速度，细化晶粒 D. 延长保温时间，增加硬度 10. 淬火后的钢件为减小脆性和内应力，通常应进行（ ） A. 退火处理 B. 正火处理 C. 时效处理 D. 回火处理 11. 调质处理通常是指（ ） A. 退火后进行低温回火 B. 正火后进行中温回火 C. 淬火后进行高温回火 D. 淬火后进行低温回火 12. 45钢经淬火后再进行高温回火，获得较高强度和较好韧性的处理称为（ ） A. 完全退火 B. 调质处理 C. 人工时效 D. 低温回火 13. 时效处理主要利用材料在一定温度下随时间发生的（ ） A. 组织变化和性能稳定 B. 奥氏体转变和硬度提高 C. 加热保温和晶粒长大 D. 锻压变形和纤维形成 14. 为使淬火后的碳钢量具尺寸稳定，可在室温放置较长时间，或加热到较低温度保温，这种处理称为（ ） A. 时效处理 B. 退火处理 C. 正火处理 D. 调质处理 15. 某齿轮淬火后硬度较高，但冲击韧性不足，为减小脆性，随后宜进行（ ） A. 完全退火，以显著降低硬度 B. 正火处理，以重新细化晶粒 C. 再次淬火，以继续提高硬度 D. 回火处理，以降低脆性 16. 某低碳钢锻件晶粒粗大、组织不均匀，需通过热处理细化晶粒、改善组织，较适宜采用（ ） A. 完全退火处理 B. 低温回火处理 C. 正火处理 D. 人工时效处理 17. 某中碳钢传动轴要求具有较高强度和良好韧性，较合适的热处理工艺是（ ） A. 退火后缓冷，降低材料硬度 B. 淬火后高温回火，获得综合性能 C. 正火后空冷，获得较高硬度 D. 淬火后低温回火，保持高硬度 18. 某45钢传动轴承受交变载荷，要求具有较高强度和良好韧性，粗加工后宜采用（ ） A. 完全退火后空冷 B. 正火处理后空冷 C. 淬火后低温回火 D. 淬火后高温回火 19. 某中碳钢轴要求具有较高强度和良好韧性。维修记录显示，该轴淬火后进行了180℃低温回火，使用中出现冲击断裂。为改善该轴性能，应采取的措施是（ ） A. 延长低温回火时间，提高材料韧性 B. 改用完全退火工艺，消除材料硬度 C. 采用高温回火工艺，获得强韧配合 D. 增大淬火冷却速度，细化材料组织 20. 某45钢传动轴毛坯锻后硬度偏高，需先改善切削加工性；最终又须具备较高强度和良好韧性。下列工艺路线最合理的是（ ） A. 完全退火后粗加工，再淬火并高温回火 B. 正火处理后粗加工，再高温回火并淬火 C. 淬火处理后粗加工，再完全退火并高温回火 D. 高温回火后粗加工，再淬火并低温回火 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某直径为60 mm的45钢轴需进行完全退火。工艺规定：由20 ℃升温至760 ℃，平均升温速度为100 ℃/h；保温时间按每1 mm直径1.5 min计算，不计炉冷时间。（1）计算升温所需时间。（2）计算保温所需时间。（3）计算升温和保温的总时间。 22. 某直径为50 mm的中碳钢齿轮毛坯进行正火处理。工艺规定：由20 ℃升温至880 ℃，炉温平均升高速率为120 ℃/h；保温时间按每1 mm有效厚度1 min计算；出炉空冷至室温需2 h。若上午7时20分开始升温，求：（1）升温所需时间。（2）保温所需时间。（3）该齿轮毛坯完成正火处理的时刻。 23. 某45钢零件经840 ℃加热保温后进行油淬。检测到零件心部温度从650 ℃降至500 ℃用时12 s，从500 ℃降至300 ℃用时50 s。该钢在珠光体转变区的临界冷却速度为8 ℃/s。求：（1）650 ℃至500 ℃阶段的平均冷却速度。（2）500 ℃至300 ℃阶段的平均冷却速度。（3）判断该零件在珠光体转变区的冷却速度是否满足淬火要求。 24. 某钢制精密夹具粗加工后需进行人工时效处理，以稳定尺寸。工艺卡规定：由20 ℃升温至160 ℃，升温速度为70 ℃/h；在160 ℃保温10 h；随后随炉以30 ℃/h冷却至40 ℃后出炉。若当天17时30分开始处理，求：（1）升温所需时间。（2）随炉冷却所需时间。（3）完成时效处理的时刻。 25. 某直径为60 mm的45钢传动轴要求进行调质处理。工艺规定：淬火加热温度为840 ℃，由20 ℃升温至840 ℃的速度为160 ℃/h，保温1 h，淬火并冷却至室温需0.5 h；随后进行560 ℃高温回火，由20 ℃升温至560 ℃的速度为180 ℃/h，回火保温时间按公式 计算，式中 为工件直径，单位为mm；回火后空冷需1 h。求：（1）计算淬火阶段的升温、保温和冷却总时间。（2）计算高温回火阶段的升温、保温和冷却总时间。（3）计算整个调质处理周期，并说明该工艺名称。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某机械厂对直径为50 mm的45钢锻造轴坯进行完全退火，以改善切削加工性能并消除锻造内应力。炉温由20 ℃以100 ℃/h的速度升至850 ℃，按每25 mm直径保温30 min的工艺规定保温，随后随炉以25 ℃/h冷却至600 ℃后出炉空冷。（1）计算该轴坯从装炉到冷却至600 ℃所需的总时间。（2）判断该工艺属于哪一种热处理方法，并说明其主要目的。（3）若该轴坯后续需要获得较细晶粒和较高的强度，应将冷却方式如何调整，并采用何种热处理方法？ 27.（5分）某机械加工厂对45钢传动轴进行调质处理。传动轴直径为24 mm，材料的奥氏体转变温度为780 ℃。工艺规定：加热至奥氏体转变温度以上40 ℃，炉内升温速度为8 ℃/min，升温到工艺温度后按每毫米直径保温1 min，随后油冷，再在550 ℃进行回火。（1）计算传动轴从20 ℃升温至淬火加热温度所需的升温时间、保温时间及炉内总加热时间。（2）判断该传动轴采用的热处理工艺名称，并说明油冷后进行550 ℃回火的主要目的。（3）若油冷后不进行回火，传动轴在使用中可能出现哪些问题？说明应采取的改进措施。 28.（5分）某设备制造厂生产40Cr传动轴，要求轴件具有较高的强度和韧性。热处理技师将轴件加热至850 ℃后油冷，在有效冷却区内，工件心部温度由850 ℃降至300 ℃用时7.5 min。已知该材料获得马氏体组织所需的临界冷却速度为60 ℃/min。（1）计算该工件在有效冷却区内的平均冷却速度。（2）判断该油冷工艺能否满足淬火要求，并说明理由。（3）为使传动轴获得良好的综合力学性能，淬火后应采用何种后续热处理方法？说明其作用。 29.（5分）某工具厂对45钢齿轮毛坯进行工艺试验。该钢的奥氏体转变温度为780 ℃，工艺规定：完全退火加热温度取奥氏体转变温度以上30 ℃，正火加热温度取奥氏体转变温度以上50 ℃。退火冷却阶段从700 ℃降至200 ℃的平均冷却速度为20 ℃/h，正火出炉后空冷的平均冷却速度为80 ℃/min。（1）分别计算完全退火和正火的加热温度，并计算两种工艺从700 ℃冷却到200 ℃所需的理论时间。（2）若齿轮毛坯组织不均匀、硬度偏高且切削加工困难，应优先选择完全退火还是正火？说明理由。（3）比较完全退火与正火的冷却方式及所得组织、力学性能的主要差异。 30.（10分）某精密量具制造企业使用工具钢制造检验夹具。夹具经淬火和低温回火后，为减小残余应力、稳定尺寸，安排人工时效处理。工件由20 ℃以25 ℃/h的速度加热至120 ℃，保温8 h后，以20 ℃/h的速度冷却至20 ℃。（1）计算该批夹具完成一次人工时效处理所需的总时间。（2）判断该工艺属于自然时效还是人工时效，并说明依据。（3）说明对精密夹具进行时效处理的主要作用；若不进行时效处理，使用中可能出现什么问题？ 31.（10分）某钢结构制造车间采用焊接方法制作低碳钢机架。机架焊接后存在较大的残余应力，精加工后可能发生尺寸变化。车间拟采用人工时效处理，规定工件由20 ℃加热至200 ℃，炉温平均升温速度为10 ℃/min，保温2 h后随炉冷却。工件质量为50 kg，钢的比热容取0.46 kJ/(kg·℃)，加热设备热效率为70%。（1）计算工件升温所需时间、保温时间和规定工艺的最短炉内处理时间；再计算工件升温所吸收的热量及设备理论输入能量。（2）判断该工艺属于哪种时效处理，并说明其主要目的。（3）说明该工艺与淬火后回火的主要区别。 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）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目三：钢的热处理 任务一：钢的热处理 时间：45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2分，共40分） 1. 为改变钢的内部组织和性能，将其在固态下进行加热、保温和冷却的工艺称为（ ） A. 钢的锻造处理 B. 钢的热处理 C. 钢的切削加工 D. 钢的焊接校正 【答案】B 【解析】热处理是在固态下通过加热、保温和冷却改变钢的组织与性能的工艺。 2. 钢的热处理是指通过加热、保温和冷却，改变钢的（ ） A. 组织和性能 B. 尺寸和精度 C. 成分和形状 D. 质量和体积 【答案】A 【解析】热处理在固态下通过加热、保温和冷却改变钢的内部组织，从而改善其性能。 3. 对高碳钢进行退火处理，其主要目的是（ ） A. 提高材料硬度，增强耐磨能力 B. 获得马氏体组织，提高强度 C. 降低材料硬度，改善切削性能 D. 消除淬火应力，稳定使用尺寸 【答案】C 【解析】退火可降低钢的硬度、改善切削加工性能，并有利于消除内应力。 4. 为使45钢毛坯硬度降低并便于切削加工，宜采用（ ） A. 退火以降低硬度并改善切削性能 B. 正火以降低硬度并获得马氏体 C. 淬火以降低硬度并消除内应力 D. 回火以降低硬度并细化晶粒 【答案】A 【解析】退火可降低钢的硬度、改善切削加工性能，并有利于消除部分内应力。 5. 正火处理时，工件加热保温后通常采用的冷却方式是（ ） A. 加热后在空气中冷却 B. 加热后在炉内缓慢冷却 C. 加热后在油中快速冷却 D. 加热后在水中快速冷却 【答案】A 【解析】正火是将钢加热保温后在空气中冷却，以获得较细的组织和较好的综合性能。 6. 将钢加热至临界温度以上，保温后在空气中冷却的热处理方法是（ ） A. 完全退火处理 B. 正火处理 C. 淬火处理 D. 高温回火处理 【答案】B 【解析】正火是将钢加热并保温后，在空气中冷却的热处理方法。 7. 淬火处理的主要目的是（ ） A. 获得珠光体组织，改善塑性 B. 获得铁素体组织，降低硬度 C. 获得索氏体组织，消除应力 D. 获得马氏体组织，提高硬度 【答案】D 【解析】淬火通过快速冷却使钢获得马氏体组织，从而显著提高硬度和耐磨性。 8. 一批碳钢零件加热、保温后放入水中迅速冷却，以显著提高硬度，该工艺称为（ ） A. 退火处理 B. 正火处理 C. 淬火处理 D. 回火处理 【答案】C 【解析】淬火采用较快冷却速度，使钢获得以马氏体为主的组织，从而提高硬度和耐磨性。 9. 钢件淬火后进行回火，主要是为了（ ） A. 增大淬火应力，提高脆性 B. 降低淬火脆性，稳定组织 C. 提高冷却速度，细化晶粒 D. 延长保温时间，增加硬度 【答案】B 【解析】回火可降低淬火钢的内应力和脆性，使工件获得所需的力学性能。 10. 淬火后的钢件为减小脆性和内应力，通常应进行（ ） A. 退火处理 B. 正火处理 C. 时效处理 D. 回火处理 【答案】D 【解析】回火是在淬火后进行的热处理，可降低脆性和内应力，提高钢件的使用可靠性。 11. 调质处理通常是指（ ） A. 退火后进行低温回火 B. 正火后进行中温回火 C. 淬火后进行高温回火 D. 淬火后进行低温回火 【答案】C 【解析】调质是淬火后进行高温回火的热处理工艺，可使钢获得较好的综合力学性能。 12. 45钢经淬火后再进行高温回火，获得较高强度和较好韧性的处理称为（ ） A. 完全退火 B. 调质处理 C. 人工时效 D. 低温回火 【答案】B 【解析】调质处理由淬火和高温回火组成，可使中碳钢获得较好的综合力学性能。 13. 时效处理主要利用材料在一定温度下随时间发生的（ ） A. 组织变化和性能稳定 B. 奥氏体转变和硬度提高 C. 加热保温和晶粒长大 D. 锻压变形和纤维形成 【答案】A 【解析】时效处理是利用材料组织随时间变化，使其尺寸和性能逐步趋于稳定的工艺。 14. 为使淬火后的碳钢量具尺寸稳定，可在室温放置较长时间，或加热到较低温度保温，这种处理称为（ ） A. 时效处理 B. 退火处理 C. 正火处理 D. 调质处理 【答案】A 【解析】时效处理通过较长时间放置或低温加热，促使组织稳定，减小零件尺寸变化。 15. 某齿轮淬火后硬度较高，但冲击韧性不足，为减小脆性，随后宜进行（ ） A. 完全退火，以显著降低硬度 B. 正火处理，以重新细化晶粒 C. 再次淬火，以继续提高硬度 D. 回火处理，以降低脆性 【答案】D 【解析】淬火后的齿轮通常需回火，以降低脆性和内应力，同时保持必要的硬度。 16. 某低碳钢锻件晶粒粗大、组织不均匀，需通过热处理细化晶粒、改善组织，较适宜采用（ ） A. 完全退火处理 B. 低温回火处理 C. 正火处理 D. 人工时效处理 【答案】C 【解析】正火能细化晶粒、改善组织均匀性，并提高低碳钢的力学性能和切削加工性能。 17. 某中碳钢传动轴要求具有较高强度和良好韧性，较合适的热处理工艺是（ ） A. 退火后缓冷，降低材料硬度 B. 淬火后高温回火，获得综合性能 C. 正火后空冷，获得较高硬度 D. 淬火后低温回火，保持高硬度 【答案】B 【解析】中碳钢传动轴常采用调质处理，即淬火后高温回火，以获得强度和韧性的良好配合。 18. 某45钢传动轴承受交变载荷，要求具有较高强度和良好韧性，粗加工后宜采用（ ） A. 完全退火后空冷 B. 正火处理后空冷 C. 淬火后低温回火 D. 淬火后高温回火 【答案】D 【解析】传动轴要求较好的综合力学性能，采用淬火后高温回火的调质处理较为合适。 19. 某中碳钢轴要求具有较高强度和良好韧性。维修记录显示，该轴淬火后进行了180℃低温回火，使用中出现冲击断裂。为改善该轴性能，应采取的措施是（ ） A. 延长低温回火时间，提高材料韧性 B. 改用完全退火工艺，消除材料硬度 C. 采用高温回火工艺，获得强韧配合 D. 增大淬火冷却速度，细化材料组织 【答案】C 【解析】低温回火后钢的硬度较高而韧性不足。中碳钢轴应采用淬火后高温回火，以获得较好的综合力学性能。 20. 某45钢传动轴毛坯锻后硬度偏高，需先改善切削加工性；最终又须具备较高强度和良好韧性。下列工艺路线最合理的是（ ） A. 完全退火后粗加工，再淬火并高温回火 B. 正火处理后粗加工，再高温回火并淬火 C. 淬火处理后粗加工，再完全退火并高温回火 D. 高温回火后粗加工，再淬火并低温回火 【答案】A 【解析】完全退火可降低锻后硬度，便于粗加工；随后淬火并高温回火，可获得强度和韧性较好的调质组织。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某直径为60 mm的45钢轴需进行完全退火。工艺规定：由20 ℃升温至760 ℃，平均升温速度为100 ℃/h；保温时间按每1 mm直径1.5 min计算，不计炉冷时间。（1）计算升温所需时间。（2）计算保温所需时间。（3）计算升温和保温的总时间。 【答案】（1）升温时间为 h，即7 h 24 min。（2）保温时间为 min，即1.5 h。（3）总时间为 h，即8 h 54 min。 【解析】（1）根据温差除以升温速度计算升温时间。（2）按工艺规定用工件直径乘以单位直径保温时间。（3）将升温时间与保温时间相加，得到退火加热阶段总时间。 22. 某直径为50 mm的中碳钢齿轮毛坯进行正火处理。工艺规定：由20 ℃升温至880 ℃，炉温平均升高速率为120 ℃/h；保温时间按每1 mm有效厚度1 min计算；出炉空冷至室温需2 h。若上午7时20分开始升温，求：（1）升温所需时间。（2）保温所需时间。（3）该齿轮毛坯完成正火处理的时刻。 【答案】（1）升温时间为 h，约为7 h 10 min。（2）保温时间为 min。（3）总时间约为 h min min h h，完成时刻为17时20分。 【解析】（1）温差为860 ℃，按120 ℃/h计算升温时间。（2）正火保温时间由有效厚度确定。（3）将升温、保温和空冷时间相加，再与开始时刻相加。 23. 某45钢零件经840 ℃加热保温后进行油淬。检测到零件心部温度从650 ℃降至500 ℃用时12 s，从500 ℃降至300 ℃用时50 s。该钢在珠光体转变区的临界冷却速度为8 ℃/s。求：（1）650 ℃至500 ℃阶段的平均冷却速度。（2）500 ℃至300 ℃阶段的平均冷却速度。（3）判断该零件在珠光体转变区的冷却速度是否满足淬火要求。 【答案】（1）平均冷却速度为 ℃/s。（2）平均冷却速度为 ℃/s。（3）650 ℃至500 ℃阶段的冷却速度为12.5 ℃/s，大于临界冷却速度8 ℃/s，满足淬火要求。 【解析】（1）平均冷却速度等于温度降低值除以冷却时间。（2）第二阶段温度降低200 ℃，冷却时间为50 s。（3）珠光体转变区的冷却速度高于临界冷却速度，可避免形成大量珠光体组织。 24. 某钢制精密夹具粗加工后需进行人工时效处理，以稳定尺寸。工艺卡规定：由20 ℃升温至160 ℃，升温速度为70 ℃/h；在160 ℃保温10 h；随后随炉以30 ℃/h冷却至40 ℃后出炉。若当天17时30分开始处理，求：（1）升温所需时间。（2）随炉冷却所需时间。（3）完成时效处理的时刻。 【答案】（1）升温时间为 h。（2）冷却时间为 h。（3）总时间为 h，完成时刻为次日9时30分。 【解析】（1）升温阶段的温差为140 ℃，按规定升温速度计算。（2）冷却阶段需降低120 ℃，按随炉冷却速度计算。（3）人工时效通过加热、保温和缓冷消除部分内应力，提高尺寸稳定性。 25. 某直径为60 mm的45钢传动轴要求进行调质处理。工艺规定：淬火加热温度为840 ℃，由20 ℃升温至840 ℃的速度为160 ℃/h，保温1 h，淬火并冷却至室温需0.5 h；随后进行560 ℃高温回火，由20 ℃升温至560 ℃的速度为180 ℃/h，回火保温时间按公式 计算，式中 为工件直径，单位为mm；回火后空冷需1 h。求：（1）计算淬火阶段的升温、保温和冷却总时间。（2）计算高温回火阶段的升温、保温和冷却总时间。（3）计算整个调质处理周期，并说明该工艺名称。 【答案】（1）淬火升温时间为 h；淬火阶段总时间为 h，即6 h 37 min 30 s。（2）回火升温时间为 h；回火保温时间为 h；回火阶段总时间为 h。（3）总处理周期为 h，即13 h 37 min 30 s。该工艺为调质处理。 【解析】（1）淬火阶段包括升温、保温和淬火后冷却三个时间段。（2）高温回火保温时间由工件直径代入规定公式计算。（3）调质处理是淬火后进行高温回火，可使传动轴获得较好的强度、塑性和韧性。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某机械厂对直径为50 mm的45钢锻造轴坯进行完全退火，以改善切削加工性能并消除锻造内应力。炉温由20 ℃以100 ℃/h的速度升至850 ℃，按每25 mm直径保温30 min的工艺规定保温，随后随炉以25 ℃/h冷却至600 ℃后出炉空冷。（1）计算该轴坯从装炉到冷却至600 ℃所需的总时间。（2）判断该工艺属于哪一种热处理方法，并说明其主要目的。（3）若该轴坯后续需要获得较细晶粒和较高的强度，应将冷却方式如何调整，并采用何种热处理方法？ 【答案】（1）升温时间：。保温时间：。炉冷时间：。总时间：。（2）该工艺属于完全退火。其主要目的是降低硬度、改善切削加工性能、消除锻造内应力，并使组织趋于均匀。（3）应将随炉冷却改为空气冷却，并采用正火处理。正火可细化晶粒，提高45钢的强度和硬度。 【解析】（1）总时间由升温、保温和炉冷三部分组成，按给定升温速度、保温规定和冷却速度分别计算后相加。（2）45钢加热到Ac3以上并随炉缓冷，符合完全退火的工艺特点。（3）正火采用空气冷却，冷却速度快于退火，能获得较细的组织。 27.（5分）某机械加工厂对45钢传动轴进行调质处理。传动轴直径为24 mm，材料的奥氏体转变温度为780 ℃。工艺规定：加热至奥氏体转变温度以上40 ℃，炉内升温速度为8 ℃/min，升温到工艺温度后按每毫米直径保温1 min，随后油冷，再在550 ℃进行回火。（1）计算传动轴从20 ℃升温至淬火加热温度所需的升温时间、保温时间及炉内总加热时间。（2）判断该传动轴采用的热处理工艺名称，并说明油冷后进行550 ℃回火的主要目的。（3）若油冷后不进行回火，传动轴在使用中可能出现哪些问题？说明应采取的改进措施。 【答案】（1）淬火加热温度为780 ℃加40 ℃，即820 ℃。升温时间为 min；保温时间为 min；炉内总加热时间为 min。（2）该工艺为调质处理。回火可降低淬火应力和脆性，稳定组织与尺寸，并获得较好的强度、硬度和韧性配合。（3）不回火会使零件内部残余应力较大，硬度过高、韧性不足，使用中容易变形、开裂。应及时进行适当温度的回火处理。 【解析】（1）按工艺规定先计算升温温差，再计算保温时间，二者相加得到总加热时间。（2）淬火后进行高温回火属于调质处理，目的是改善综合力学性能。（3）淬火组织应力大且脆性高，必须通过回火降低应力、提高韧性。 28.（5分）某设备制造厂生产40Cr传动轴，要求轴件具有较高的强度和韧性。热处理技师将轴件加热至850 ℃后油冷，在有效冷却区内，工件心部温度由850 ℃降至300 ℃用时7.5 min。已知该材料获得马氏体组织所需的临界冷却速度为60 ℃/min。（1）计算该工件在有效冷却区内的平均冷却速度。（2）判断该油冷工艺能否满足淬火要求，并说明理由。（3）为使传动轴获得良好的综合力学性能，淬火后应采用何种后续热处理方法？说明其作用。 【答案】（1）温度变化量：。冷却时间：。平均冷却速度：。（2）该油冷工艺能够满足淬火要求。工件平均冷却速度为73.3 ℃/min，大于临界冷却速度60 ℃/min，能够形成马氏体组织。（3）淬火后应进行高温回火，淬火与高温回火合称调质处理。其作用是降低淬火应力和脆性，使传动轴获得较高的强度、塑性和韧性。 【解析】（1）平均冷却速度由有效冷却区的温差除以冷却时间求得。（2）实际冷却速度超过临界冷却速度，说明冷却能力能够满足淬火形成马氏体的条件。（3）40Cr传动轴通常要求综合力学性能，宜采用调质处理。 29.（5分）某工具厂对45钢齿轮毛坯进行工艺试验。该钢的奥氏体转变温度为780 ℃，工艺规定：完全退火加热温度取奥氏体转变温度以上30 ℃，正火加热温度取奥氏体转变温度以上50 ℃。退火冷却阶段从700 ℃降至200 ℃的平均冷却速度为20 ℃/h，正火出炉后空冷的平均冷却速度为80 ℃/min。（1）分别计算完全退火和正火的加热温度，并计算两种工艺从700 ℃冷却到200 ℃所需的理论时间。（2）若齿轮毛坯组织不均匀、硬度偏高且切削加工困难，应优先选择完全退火还是正火？说明理由。（3）比较完全退火与正火的冷却方式及所得组织、力学性能的主要差异。 【答案】（1）完全退火加热温度为 ℃；正火加热温度为 ℃。退火冷却时间为 h；正火空冷时间为 min。（2）应优先选择完全退火。完全退火采用炉冷，冷却缓慢，能够细化和均匀组织，降低硬度，改善切削加工性能。（3）完全退火通常随炉缓慢冷却，所得组织较软，内应力较小，塑性较好；正火出炉后空冷，冷却较快，组织较细，强度和硬度通常高于退火状态。 【解析】（1）按给定温度差和冷却速度分别计算即可。（2）硬度偏高且加工困难时，需要采用冷却缓慢的完全退火，以降低硬度并改善组织。（3）冷却速度不同会造成组织和性能差异，正火状态通常比退火状态强硬。 30.（10分）某精密量具制造企业使用工具钢制造检验夹具。夹具经淬火和低温回火后，为减小残余应力、稳定尺寸，安排人工时效处理。工件由20 ℃以25 ℃/h的速度加热至120 ℃，保温8 h后，以20 ℃/h的速度冷却至20 ℃。（1）计算该批夹具完成一次人工时效处理所需的总时间。（2）判断该工艺属于自然时效还是人工时效，并说明依据。（3）说明对精密夹具进行时效处理的主要作用；若不进行时效处理，使用中可能出现什么问题？ 【答案】（1）升温时间：。保温时间：。冷却时间：。总时间：。（2）该工艺属于人工时效。人工时效是在一定温度下保温，使工件组织和内应力逐步趋于稳定。（3）时效处理可消除或减小残余应力，提高夹具尺寸稳定性和测量精度。若不进行时效处理，夹具在存放或使用中可能发生变形，导致尺寸和测量精度超差。 【解析】（1）人工时效周期包括升温、恒温保温和受控冷却三个阶段，分别计算后相加。（2）工件在120 ℃下保温进行稳定化处理，符合人工时效的工艺特征。（3）时效处理的核心作用是稳定组织和尺寸，避免残余应力释放引起变形。 31.（10分）某钢结构制造车间采用焊接方法制作低碳钢机架。机架焊接后存在较大的残余应力，精加工后可能发生尺寸变化。车间拟采用人工时效处理，规定工件由20 ℃加热至200 ℃，炉温平均升温速度为10 ℃/min，保温2 h后随炉冷却。工件质量为50 kg，钢的比热容取0.46 kJ/(kg·℃)，加热设备热效率为70%。（1）计算工件升温所需时间、保温时间和规定工艺的最短炉内处理时间；再计算工件升温所吸收的热量及设备理论输入能量。（2）判断该工艺属于哪种时效处理，并说明其主要目的。（3）说明该工艺与淬火后回火的主要区别。 【答案】（1）升温时间为 min；保温时间为 min；最短炉内处理时间为 min。工件吸热量为 kJ；设备理论输入能量为 kJ。（2）该工艺属于人工时效。其主要目的是通过较低温度下保温，使残余应力逐渐松弛，稳定工件尺寸，减少精加工后的变形。（3）人工时效通常不要求材料发生奥氏体化和淬火，主要用于消除或降低残余应力；回火是淬火后的后续处理，主要用于降低淬火组织的脆性和内应力，调整硬度与韧性。 【解析】（1）温差为180℃，升温时间为18 min，保温时间为120 min，最短炉内处理时间为138 min。Q=50×0.46×180=4140 kJ，E=4140÷0.70≈5914.3 kJ。（2）属于人工时效，目的是松弛焊接残余应力、稳定尺寸。（3）人工时效不经淬火，主要消除残余应力；回火为淬火后的处理，用于降低脆性、调整性能。 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 $