山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》项目五任务一 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》 项目五：钢的热处理（二） 任务一：热处理新技术与新工艺 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. 激光表面淬火时，工件表层获得高温的主要热源是（ ） A. 电阻丝辐射加热 B. 高频电流感应加热 C. 激光束能量加热 D. 氧乙炔火焰加热 【答案】C 【解析】激光表面淬火利用高能量密度激光束快速加热工件表层，使其发生相变并自行冷却淬硬。 2. 激光表面淬火后，工件表层能够迅速冷却形成马氏体，主要是由于（ ） A. 依靠空气对流实现缓慢冷却 B. 利用基体导热实现自冷淬硬 C. 采用炉内保温实现组织转变 D. 通过介质浸泡实现均匀冷却 【答案】B 【解析】激光加热层很薄，热量迅速传入温度较低的基体，依靠基体导热可实现自冷淬硬。 3. 真空热处理在加热过程中，主要用于减少工件表面的（ ） A. 氧化与脱碳现象 B. 晶粒与组织变化 C. 硬度与强度降低 D. 应力与变形产生 【答案】A 【解析】真空环境中氧含量极低，可有效减轻工件在加热过程中的氧化和脱碳现象。 4. 真空热处理过程中，将工件置于真空炉内加热的主要目的之一是（ ） A. 提高工件表面的氧化程度 B. 增大工件表面的脱碳程度 C. 减轻工件表面的氧化倾向 D. 加快工件表面的腐蚀速度 【答案】C 【解析】真空炉内氧含量很低，可显著减轻工件加热时的氧化和脱碳现象。 5. 离子氮化时，使含氮活性粒子轰击工件表面的主要方式是（ ） A. 盐浴反应形成的含氮基团 B. 辉光放电产生的氮离子 C. 氨气分解形成的氮原子 D. 火焰燃烧形成的氮氧化物 【答案】B 【解析】离子氮化利用辉光放电产生的氮离子轰击工件表面，使氮原子渗入工件形成氮化层。 6. 离子氮化利用辉光放电产生的活性氮离子，对工件表面进行氮化处理，其主要特点是（ ） A. 氮化温度较低且变形较小 B. 加热时间较短且无渗层形成 C. 冷却速度较快且硬度较低 D. 处理成本较低且无需设备 【答案】A 【解析】离子氮化温度相对较低，工件热变形小，并可获得硬度较高的氮化层。 7. 深冷处理通常安排在淬火后回火前，其主要目的是（ ） A. 提高残余奥氏体含量 B. 减少马氏体转变量 C. 促进残余奥氏体转变 D. 加快表面氧化速率 【答案】C 【解析】深冷处理可促进淬火组织中的残余奥氏体继续转变为马氏体，提高工件硬度和尺寸稳定性。 8. 电子束表面处理利用高能量密度电子束作用于工件表面，其主要作用是（ ） A. 通过整体加热改善芯部韧性 B. 通过长时保温消除残余应力 C. 通过炉内冷却稳定组织状态 D. 通过局部加热强化表层组织 【答案】D 【解析】电子束能量密度高，可对工件局部表层进行快速加热和冷却，实现表面强化。 9. 某传动轴轴颈要求表面硬度高、心部韧性好，并要求缩短热处理周期，较适宜采用（ ） A. 真空退火处理 B. 激光表面淬火 C. 离子氮化处理 D. 高频感应淬火 【答案】D 【解析】高频感应淬火加热速度快，可使轴颈表层淬硬，而心部仍保持较好的韧性。 10. 可控气氛热处理时，炉内通入保护性气体的主要作用是（ ） A. 促进工件表面形成氧化皮 B. 防止工件表面发生氧化脱碳 C. 提高工件表面的粗糙程度 D. 加快工件表面的腐蚀速度 【答案】B 【解析】保护性气氛可隔绝或减少氧化性介质，使工件表面氧化和脱碳受到控制。 11. 激光表面淬火后，硬化层下部通常仍能保持较好韧性，主要因为（ ） A. 加热区域局部集中 B. 工件整体均匀升温 C. 表层组织缓慢冷却 D. 炉内气氛充分渗入 【答案】A 【解析】激光加热具有局部集中、作用时间短的特点，热影响区域较小，基体组织变化较少。 12. 某精密量具淬火后进行深冷处理，主要目的是（ ） A. 提高残余奥氏体的含量 B. 增加工件表面的氧化层 C. 促进残余奥氏体继续转变 D. 减小工件表面的硬化层 【答案】C 【解析】深冷处理可促使淬火钢中残余奥氏体进一步转变，提高尺寸稳定性和硬度。 13. 可控气氛热处理炉中通入保护气氛，主要作用是（ ） A. 促进晶粒长大与粗化 B. 抑制表面氧化与脱碳 C. 提高升温速度与效率 D. 增大塑性变形与流动 【答案】B 【解析】保护气氛可调节炉内碳势并隔绝氧气，从而减少工件表面的氧化和脱碳。 14. 等离子渗碳与普通气体渗碳相比，较突出的工艺特点是（ ） A. 渗层形成速度较快且污染较小 B. 加热温度较低且无需渗碳剂 C. 冷却时间较短且无需后续淬火 D. 设备结构简单且无需真空系统 【答案】A 【解析】等离子渗碳利用活性粒子强化渗碳过程，渗速较快，且工艺污染相对较小。 15. 采用高压惰性气体进行真空淬火冷却时，其主要优点是（ ） A. 提高渗层碳浓度 B. 形成盐浴保护膜 C. 增大表面脱碳量 D. 减少冷却介质污染 【答案】D 【解析】高压惰性气体淬火介质清洁，可减少油淬等传统冷却介质带来的污染和清洗工作。 16. 高频感应淬火适用于轴类零件表面强化，主要利用的是交流电的（ ） A. 磁饱和 B. 电磁感应 C. 热膨胀 D. 集肤效应 【答案】D 【解析】高频电流具有集肤效应，电流和热量集中于工件表层，适合进行表面淬火。 17. 在材料和加热条件相同的情况下，感应加热有效透入深度与频率的平方根成反比。若频率由10 kHz提高到40 kHz，有效透入深度约变为原来的（ ） A. 四分之一 B. 二分之一 C. 两倍 D. 四倍 【答案】B 【解析】频率提高到原来的4倍时，其平方根提高到2倍，因此有效透入深度约减小为原来的一半。 18. 某精密模具要求淬火后表面光洁、变形较小，并尽量减少氧化脱碳，较适宜采用（ ） A. 盐浴加热后油冷淬火 B. 真空加热后气冷淬火 C. 箱式炉加热后空冷淬火 D. 煤炉加热后水冷淬火 【答案】B 【解析】真空加热可减少氧化脱碳，气冷淬火的冷却较均匀，适合变形控制要求较高的精密模具。 19. 某精密传动齿轮要求有效硬化层深度约为0.8 mm、表面硬度高、心部保持韧性，且批量生产时应尽量减小氧化和变形，较适宜的工艺路线是（ ） A. 高频感应淬火后低温回火 B. 激光表面淬火后低温回火 C. 真空渗碳气淬后低温回火 D. 离子氮化空冷后低温回火 【答案】C 【解析】真空渗碳可获得较深的高碳表层，高压气淬能减轻氧化和变形，满足齿轮表硬心韧要求。 20. 某精密传动齿轮要求齿面耐磨、芯部韧性好，且热处理后齿形变形应尽量小。较合理的工艺方案是（ ） A. 真空低压渗碳后高压气淬 B. 整体退火后缓慢炉冷 C. 普通正火后自然空冷 D. 表面发黑后空气冷却 【答案】A 【解析】真空低压渗碳可获得富碳表层，高压气淬可形成硬化层并减小氧化和热变形，满足齿面与芯部性能要求。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 采用激光表面淬火处理齿轮齿面，激光功率为2.4 kW，光斑宽度为3 mm，扫描速度为8 mm/s。（1）计算齿面获得的激光能量密度。（2）若该工艺要求的能量密度范围为90～110 J/mm2，判断该参数是否符合要求。 【答案】（1）激光能量密度为100 J/mm2。（2）该参数符合工艺要求。 【解析】（1）能量密度按 计算，代入 ，计算得100 J/mm2。（2）100 J/mm2位于90～110 J/mm2范围内，可满足激光淬火工艺要求。 22. 某轴类零件采用中频感应淬火，零件质量为12 kg，比热容为0.46 kJ/(kg·℃)，需由20 ℃加热至800 ℃。感应加热设备输入功率为18 kW，热效率为72%，忽略其他热损失。（1）计算零件升温所需的热量。（2）计算理论加热时间。 【答案】（1）所需热量为4305.6 kJ。（2）理论加热时间约为332.15 s，约为5.54 min。 【解析】（1）所需热量按 计算，代入 ，得4305.6 kJ。（2）有效加热功率为 ，即12.96 kJ/s；用4305.6除以12.96，得332.15 s。 23. 某模具采用离子氮化工艺处理，氮化前表面已形成0.06 mm的化合物层，后续离子氮化时化合物层平均生长速度为0.012 mm/h。要求最终化合物层厚度达到0.42 mm，设备平均功率为8 kW。（1）计算离子氮化所需保温时间。（2）计算该保温阶段的耗电量。 【答案】（1）所需保温时间为30 h。（2）耗电量为240 kW·h。 【解析】（1）需增加的厚度为 mm，用0.36除以0.012，得30 h。（2）耗电量按功率与时间的乘积计算，代入 ，得240 kW·h。 24. 某齿轮采用真空渗碳工艺，渗碳扩散阶段的碳扩散系数为 /s。按简化模型，渗层深度可按 计算。现要求获得0.80 mm的渗层深度。（1）计算所需扩散时间。（2）若生产节拍规定扩散时间不得超过10 h，判断原扩散系数是否满足要求。（3）若要在10 h内达到规定渗层深度，计算所需的最小扩散系数。 【答案】（1）所需扩散时间为40000 s，约为11.11 h。（2）原扩散系数不满足生产节拍要求。（3）所需最小扩散系数约为 /s。 【解析】（1）由 计算，代入 ，得40000 s。（2）11.11 h大于10 h，不能满足规定节拍。（3）按 计算，代入 ，得 /s。 25. 某传动轴采用激光熔覆修复，轴颈原直径为50 mm，熔覆后的加工前直径为52 mm，熔覆长度为200 mm。熔覆合金密度为7.8 g/cm3，送粉利用率为80%，送粉速度为18 g/min，激光器输出功率为2.5 kW。忽略端面熔覆量和加工余量损失。（1）计算轴颈熔覆层的理论体积。（2）计算实际需要供给的合金粉末质量及送粉时间。（3）计算熔覆过程的激光输出能量。 【答案】（1）熔覆层理论体积约为32.04 cm3。（2）实际供粉质量约为312.39 g，送粉时间约为17.36 min。（3）激光输出能量约为2604 kJ。 【解析】（1）熔覆层体积按 计算，得32044 mm3，即32.04 cm3。（2）理论质量为 g，按80%利用率折算后得312.39 g；再除以18 g/min得时间。（3）激光输出能量按功率乘时间计算，代入 ，得2604 kJ。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某厂采用中频感应淬火工艺强化45钢传动轴轴颈表面。每根传动轴需加热的轴颈质量为3.20 kg，由20 ℃加热至860 ℃，钢的平均比热容取0.46 kJ/(kg·℃)，设备热效率为70%，规定加热时间为90 s。现有感应电源额定功率为18 kW。（1）计算加热一根传动轴轴颈所需的有效热量、设备输入能量及所需平均功率。（2）判断现有18 kW感应电源能否满足规定加热时间的要求。（3）说明采用中频感应淬火后，为保证轴颈表层质量应采取的两项工艺措施。 【答案】（1）有效热量为：。设备输入能量为：。所需平均功率为：。（2）不能满足要求。所需平均功率为19.63 kW，大于现有电源的18 kW。（3）调整感应器与轴颈的间隙，使加热层均匀；加热后及时采用规定浓度的淬火介质冷却；淬火后进行低温回火，降低淬火应力。 【解析】（1）先计算轴颈升温吸收的热量，再按热效率折算输入能量，最后除以加热时间求功率。（2）实际所需功率超过电源额定功率，规定时间内不能达到工艺温度。（3）感应淬火应控制加热均匀性、冷却强度和回火处理，防止硬度不均与淬火裂纹。 27.（5分）某模具厂采用激光表面淬火工艺处理一件大型齿轮。激光器输出功率为2.4 kW，激光光斑沿扫描方向的有效宽度为6 mm，扫描速度为12 mm/s。工艺要求齿面单位面积能量输入控制在30～36 J/mm2。（1）计算该工艺的单位长度能量输入和单位面积能量输入。（2）判断该工艺参数是否满足能量输入要求。（3）说明采用激光表面淬火处理齿轮时，为保证硬化层质量应重点控制的两项工艺因素。 【答案】（1）单位长度能量输入为：。单位面积能量输入为：。（2）单位面积能量输入为33.33 J/mm2，处于30～36 J/mm2范围内，满足工艺要求。（3）应重点控制激光功率与扫描速度的匹配关系，防止能量输入过高或过低；应控制光斑尺寸、离焦量及齿面清洁状态，保证硬化层深度均匀。 【解析】（1）先由激光功率和扫描速度求单位长度能量，再除以光斑宽度得到单位面积能量。（2）计算值位于规定范围内，能够获得较稳定的表面硬化效果。（3）激光淬火质量主要受能量密度和光斑作用状态影响。 28.（5分）某模具制造企业采用激光表面淬火强化一块45钢导轨。导轨待强化区域长度为320 mm、宽度为48 mm，激光光斑宽度为4 mm，相邻扫描道搭接率为25%，激光扫描速度为300 mm/min。设备规定单件激光扫描总时间不得超过20 min。（1）计算相邻扫描道的中心距、完成该区域强化至少需要的扫描道数及总扫描时间。（2）判断该工艺参数能否满足单件扫描时间不超过20 min的生产要求。（3）若加工后发现局部硬化层深度不足，且工件表面存在油污，说明应优先采取的工艺改进措施。 【答案】（1）相邻扫描道中心距为：。扫描道数满足：，，因此至少需要16道。总扫描长度为：。总扫描时间为：。（2）能满足要求。总扫描时间约为17.07 min，小于20 min。（3）应先清除导轨表面的油污、氧化皮等污染物；在设备允许范围内适当降低扫描速度或提高激光功率，并通过试样确定合适参数。 【解析】（1）搭接率决定相邻道中心距，先计算道数，再根据总扫描长度和速度计算时间。（2）计算时间小于规定节拍，工艺节拍满足要求。（3）油污会影响激光能量吸收，清洁表面后再调整能量密度，才能提高硬化层深度和均匀性。 29.（5分）某传动轴经真空低压渗碳后，采用高压氮气进行淬火。工艺记录显示：工件从920 ℃冷却至650 ℃用时6 s，从650 ℃冷却至350 ℃用时12 s。该钢种在650～350 ℃温度区间内的最低冷却速度要求为28 ℃/s。（1）分别计算两个冷却阶段的平均冷却速度，并计算从920 ℃冷却至350 ℃的平均冷却速度。（2）判断该高压气淬工艺在650～350 ℃区间内是否满足淬火冷却要求。（3）若该阶段冷却速度不足，说明两项可采取的工艺改进措施。 【答案】（1）第一阶段平均冷却速度为：。第二阶段平均冷却速度为：。全程平均冷却速度为：。（2）第二阶段冷却速度为25 ℃/s，低于最低要求的28 ℃/s，不满足该温度区间的淬火冷却要求。（3）可适当提高淬火气体压力和循环风机转速，增强气体对流换热；可优化装炉间距和工件摆放方向，减少气流受阻。 【解析】（1）平均冷却速度等于温度降低值除以冷却时间。（2）淬火质量应重点考察规定温度区间内的冷却速度，不能只看全程平均值。（3）提高气体流速和改善气流通道，均可增强高压气淬的冷却能力。 30.（10分）某液压设备制造企业采用离子渗氮工艺处理38CrMoAl钢活塞杆，要求有效渗氮层深度不小于0.60 mm，化合物层厚度不超过15 μm。试验表明，在既定温度和气氛条件下，有效渗氮层深度与保温时间的关系为：，式中，的单位为mm，的单位为h。现行工艺保温时间为20 h。（1）计算保温20 h时的有效渗氮层深度，以及达到0.60 mm所需的最短保温时间。（2）判断现行保温时间能否满足有效渗氮层深度要求。（3）为防止化合物层过厚、脆性增大，说明离子渗氮过程中可采取的两项控制措施。 【答案】（1）保温20 h时的有效渗氮层深度为：。达到0.60 mm时：，，。（2）不能满足要求。现行工艺的有效渗氮层深度约为0.54 mm，小于0.60 mm。（3）适当降低渗氮温度或氮势，避免表面氮浓度过高；采用脉冲供电并控制占空比，减缓化合物层生长；严格控制保温时间，必要时进行后续抛光处理。 【解析】（1）按给定扩散关系先求20 h的渗层深度，再反求达到目标深度所需时间。（2）实测计算值低于设计要求，应延长保温时间或调整工艺参数。（3）离子渗氮需控制表面供氮能力和保温过程，避免形成过厚、疏松的脆性化合物层。 31.（10分）某精密液压杆采用等离子体氮化工艺提高表面耐磨性。经试验确定，在规定温度下有效渗氮层深度与保温时间近似满足关系式：。式中，为有效渗氮层深度，单位为mm；为保温时间，单位为h；该材料的系数。产品要求有效渗氮层深度为0.45 mm，允许范围为0.42～0.48 mm。（1）计算达到0.45 mm有效渗氮层深度所需的保温时间。（2）若实际保温时间为7 h，计算预测的有效渗氮层深度，并判断是否合格。（3）说明等离子体氮化温度或时间过高可能产生的不利影响，并提出一项改进措施。 【答案】（1）由得：。。 （2）。在允许范围内，因此合格。 （3）等离子体氮化温度或时间过高，可能导致化合物层过厚、脆性增大，或使工件发生变形、表面质量下降。改进措施：根据要求的有效渗氮层深度优化并严格控制氮化温度和保温时间。 【解析】（1）已知有效渗氮层深度与保温时间满足，将公式变形得。代入、，得。 （2）实际保温时间时，。该值处于的允许范围内，故产品合格。 （3）氮化温度过高或保温时间过长会使渗氮层和化合物层过度生长，可能造成化合物层过厚、脆性增加，并可能引起工件变形或表面质量降低。应依据目标渗氮层深度合理确定工艺参数，并严格控制氮化温度和保温时间。 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》 项目五：钢的热处理（二） 任务一：热处理新技术与新工艺 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. 激光表面淬火时，工件表层获得高温的主要热源是（ ） A. 电阻丝辐射加热 B. 高频电流感应加热 C. 激光束能量加热 D. 氧乙炔火焰加热 2. 激光表面淬火后，工件表层能够迅速冷却形成马氏体，主要是由于（ ） A. 依靠空气对流实现缓慢冷却 B. 利用基体导热实现自冷淬硬 C. 采用炉内保温实现组织转变 D. 通过介质浸泡实现均匀冷却 3. 真空热处理在加热过程中，主要用于减少工件表面的（ ） A. 氧化与脱碳现象 B. 晶粒与组织变化 C. 硬度与强度降低 D. 应力与变形产生 4. 真空热处理过程中，将工件置于真空炉内加热的主要目的之一是（ ） A. 提高工件表面的氧化程度 B. 增大工件表面的脱碳程度 C. 减轻工件表面的氧化倾向 D. 加快工件表面的腐蚀速度 5. 离子氮化时，使含氮活性粒子轰击工件表面的主要方式是（ ） A. 盐浴反应形成的含氮基团 B. 辉光放电产生的氮离子 C. 氨气分解形成的氮原子 D. 火焰燃烧形成的氮氧化物 6. 离子氮化利用辉光放电产生的活性氮离子，对工件表面进行氮化处理，其主要特点是（ ） A. 氮化温度较低且变形较小 B. 加热时间较短且无渗层形成 C. 冷却速度较快且硬度较低 D. 处理成本较低且无需设备 7. 深冷处理通常安排在淬火后回火前，其主要目的是（ ） A. 提高残余奥氏体含量 B. 减少马氏体转变量 C. 促进残余奥氏体转变 D. 加快表面氧化速率 8. 电子束表面处理利用高能量密度电子束作用于工件表面，其主要作用是（ ） A. 通过整体加热改善芯部韧性 B. 通过长时保温消除残余应力 C. 通过炉内冷却稳定组织状态 D. 通过局部加热强化表层组织 9. 某传动轴轴颈要求表面硬度高、心部韧性好，并要求缩短热处理周期，较适宜采用（ ） A. 真空退火处理 B. 激光表面淬火 C. 离子氮化处理 D. 高频感应淬火 10. 可控气氛热处理时，炉内通入保护性气体的主要作用是（ ） A. 促进工件表面形成氧化皮 B. 防止工件表面发生氧化脱碳 C. 提高工件表面的粗糙程度 D. 加快工件表面的腐蚀速度 11. 激光表面淬火后，硬化层下部通常仍能保持较好韧性，主要因为（ ） A. 加热区域局部集中 B. 工件整体均匀升温 C. 表层组织缓慢冷却 D. 炉内气氛充分渗入 12. 某精密量具淬火后进行深冷处理，主要目的是（ ） A. 提高残余奥氏体的含量 B. 增加工件表面的氧化层 C. 促进残余奥氏体继续转变 D. 减小工件表面的硬化层 13. 可控气氛热处理炉中通入保护气氛，主要作用是（ ） A. 促进晶粒长大与粗化 B. 抑制表面氧化与脱碳 C. 提高升温速度与效率 D. 增大塑性变形与流动 14. 等离子渗碳与普通气体渗碳相比，较突出的工艺特点是（ ） A. 渗层形成速度较快且污染较小 B. 加热温度较低且无需渗碳剂 C. 冷却时间较短且无需后续淬火 D. 设备结构简单且无需真空系统 15. 采用高压惰性气体进行真空淬火冷却时，其主要优点是（ ） A. 提高渗层碳浓度 B. 形成盐浴保护膜 C. 增大表面脱碳量 D. 减少冷却介质污染 16. 高频感应淬火适用于轴类零件表面强化，主要利用的是交流电的（ ） A. 磁饱和 B. 电磁感应 C. 热膨胀 D. 集肤效应 17. 在材料和加热条件相同的情况下，感应加热有效透入深度与频率的平方根成反比。若频率由10 kHz提高到40 kHz，有效透入深度约变为原来的（ ） A. 四分之一 B. 二分之一 C. 两倍 D. 四倍 18. 某精密模具要求淬火后表面光洁、变形较小，并尽量减少氧化脱碳，较适宜采用（ ） A. 盐浴加热后油冷淬火 B. 真空加热后气冷淬火 C. 箱式炉加热后空冷淬火 D. 煤炉加热后水冷淬火 19. 某精密传动齿轮要求有效硬化层深度约为0.8 mm、表面硬度高、心部保持韧性，且批量生产时应尽量减小氧化和变形，较适宜的工艺路线是（ ） A. 高频感应淬火后低温回火 B. 激光表面淬火后低温回火 C. 真空渗碳气淬后低温回火 D. 离子氮化空冷后低温回火 20. 某精密传动齿轮要求齿面耐磨、芯部韧性好，且热处理后齿形变形应尽量小。较合理的工艺方案是（ ） A. 真空低压渗碳后高压气淬 B. 整体退火后缓慢炉冷 C. 普通正火后自然空冷 D. 表面发黑后空气冷却 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 采用激光表面淬火处理齿轮齿面，激光功率为2.4 kW，光斑宽度为3 mm，扫描速度为8 mm/s。（1）计算齿面获得的激光能量密度。（2）若该工艺要求的能量密度范围为90～110 J/mm2，判断该参数是否符合要求。 22. 某轴类零件采用中频感应淬火，零件质量为12 kg，比热容为0.46 kJ/(kg·℃)，需由20 ℃加热至800 ℃。感应加热设备输入功率为18 kW，热效率为72%，忽略其他热损失。（1）计算零件升温所需的热量。（2）计算理论加热时间。 23. 某模具采用离子氮化工艺处理，氮化前表面已形成0.06 mm的化合物层，后续离子氮化时化合物层平均生长速度为0.012 mm/h。要求最终化合物层厚度达到0.42 mm，设备平均功率为8 kW。（1）计算离子氮化所需保温时间。（2）计算该保温阶段的耗电量。 24. 某齿轮采用真空渗碳工艺，渗碳扩散阶段的碳扩散系数为 /s。按简化模型，渗层深度可按 计算。现要求获得0.80 mm的渗层深度。（1）计算所需扩散时间。（2）若生产节拍规定扩散时间不得超过10 h，判断原扩散系数是否满足要求。（3）若要在10 h内达到规定渗层深度，计算所需的最小扩散系数。 25. 某传动轴采用激光熔覆修复，轴颈原直径为50 mm，熔覆后的加工前直径为52 mm，熔覆长度为200 mm。熔覆合金密度为7.8 g/cm3，送粉利用率为80%，送粉速度为18 g/min，激光器输出功率为2.5 kW。忽略端面熔覆量和加工余量损失。（1）计算轴颈熔覆层的理论体积。（2）计算实际需要供给的合金粉末质量及送粉时间。（3）计算熔覆过程的激光输出能量。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某厂采用中频感应淬火工艺强化45钢传动轴轴颈表面。每根传动轴需加热的轴颈质量为3.20 kg，由20 ℃加热至860 ℃，钢的平均比热容取0.46 kJ/(kg·℃)，设备热效率为70%，规定加热时间为90 s。现有感应电源额定功率为18 kW。（1）计算加热一根传动轴轴颈所需的有效热量、设备输入能量及所需平均功率。（2）判断现有18 kW感应电源能否满足规定加热时间的要求。（3）说明采用中频感应淬火后，为保证轴颈表层质量应采取的两项工艺措施。 27.（5分）某模具厂采用激光表面淬火工艺处理一件大型齿轮。激光器输出功率为2.4 kW，激光光斑沿扫描方向的有效宽度为6 mm，扫描速度为12 mm/s。工艺要求齿面单位面积能量输入控制在30～36 J/mm2。（1）计算该工艺的单位长度能量输入和单位面积能量输入。（2）判断该工艺参数是否满足能量输入要求。（3）说明采用激光表面淬火处理齿轮时，为保证硬化层质量应重点控制的两项工艺因素。 28.（5分）某模具制造企业采用激光表面淬火强化一块45钢导轨。导轨待强化区域长度为320 mm、宽度为48 mm，激光光斑宽度为4 mm，相邻扫描道搭接率为25%，激光扫描速度为300 mm/min。设备规定单件激光扫描总时间不得超过20 min。（1）计算相邻扫描道的中心距、完成该区域强化至少需要的扫描道数及总扫描时间。（2）判断该工艺参数能否满足单件扫描时间不超过20 min的生产要求。（3）若加工后发现局部硬化层深度不足，且工件表面存在油污，说明应优先采取的工艺改进措施。 29.（5分）某传动轴经真空低压渗碳后，采用高压氮气进行淬火。工艺记录显示：工件从920 ℃冷却至650 ℃用时6 s，从650 ℃冷却至350 ℃用时12 s。该钢种在650～350 ℃温度区间内的最低冷却速度要求为28 ℃/s。（1）分别计算两个冷却阶段的平均冷却速度，并计算从920 ℃冷却至350 ℃的平均冷却速度。（2）判断该高压气淬工艺在650～350 ℃区间内是否满足淬火冷却要求。（3）若该阶段冷却速度不足，说明两项可采取的工艺改进措施。 30.（10分）某液压设备制造企业采用离子渗氮工艺处理38CrMoAl钢活塞杆，要求有效渗氮层深度不小于0.60 mm，化合物层厚度不超过15 μm。试验表明，在既定温度和气氛条件下，有效渗氮层深度与保温时间的关系为：，式中，的单位为mm，的单位为h。现行工艺保温时间为20 h。（1）计算保温20 h时的有效渗氮层深度，以及达到0.60 mm所需的最短保温时间。（2）判断现行保温时间能否满足有效渗氮层深度要求。（3）为防止化合物层过厚、脆性增大，说明离子渗氮过程中可采取的两项控制措施。 31.（10分）某精密液压杆采用等离子体氮化工艺提高表面耐磨性。经试验确定，在规定温度下有效渗氮层深度与保温时间近似满足关系式：。式中，为有效渗氮层深度，单位为mm；为保温时间，单位为h；该材料的系数。产品要求有效渗氮层深度为0.45 mm，允许范围为0.42～0.48 mm。（1）计算达到0.45 mm有效渗氮层深度所需的保温时间。（2）若实际保温时间为7 h，计算预测的有效渗氮层深度，并判断是否合格。（3）说明等离子体氮化温度或时间过高可能产生的不利影响，并提出一项改进措施。 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 $