2025年大学大一（材料科学基础）金属材料热处理工艺试题及解析.doc

2025年大学大一（材料科学基础）金属材料热处理工艺试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）
1. 金属材料热处理的目的不包括以下哪一项（ ）
A. 提高硬度 B. 改善切削加工性能 C. 改变材料颜色 D. 提高耐磨性
2. 以下哪种工艺不属于金属材料热处理的基本工艺（ ）
A. 退火 B. 锻造 C. 淬火 D. 回火
3. 完全退火主要适用于（ ）
A. 亚共析钢 B. 共析钢 C. 过共析钢 D. 所有钢种
4. 球化退火主要用于（ ）
A. 改善低碳钢的切削性能 B. 提高中碳钢的强度 C. 改善高碳钢的切削性能 D. 提高合金钢的韧性
5. 去应力退火的加热温度一般（ ）
A. 高于Ac1 B. 低于Ac1 C. 高于Ac3 D. 低于Ms
6. 淬火的冷却速度（ ）
A. 越快越好 B. 适中为宜 C. 越慢越好 D. 与冷却速度无关
7. 回火的主要作用是（ ）
A. 降低硬度，提高韧性 B. 提高硬度，降低韧性 C. 提高强度，降低塑性 D. 提高硬度，提高耐磨性
8. 以下哪种回火工艺能获得良好的综合力学性能（ ）
A. 低温回火 B. 中温回火 C. 高温回火 D. 等温回火
9. 表面淬火主要用于（ ）
A. 提高材料的整体硬度 B. 提高材料的整体韧性 C. 提高材料表面硬度和耐磨性 D. 提高材料的耐腐蚀性
10. 化学热处理与普通热处理的主要区别在于（ ）
A. 加热温度不同 B. 冷却方式不同 C. 改变了表层化学成分 D. 保温时间不同

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（共20分）
（总共10空，每空2分，请将答案填在横线上）
1. 金属材料热处理是通过加热、保温和冷却三个阶段来改变金属材料的______、______和______，以获得所需性能的工艺方法。
2. 退火的目的是消除______，降低______，改善______，细化晶粒，为后续加工或热处理做好准备。
3. 正火的冷却速度比退火______，因此获得的组织比退火后的组织______，强度和硬度也相对______。
4. 淬火加热时，加热速度过快会导致工件产生______和______缺陷。
5. 回火的加热温度主要根据______和______来确定。

三、简答题（共20分）
（总共4题，每题5分，请简要回答问题）
1. 简述金属材料热处理的基本过程。
2. 完全退火和不完全退火的区别是什么？
3. 为什么淬火后要及时回火？
4. 表面淬火有哪些常见的方法？

四、材料分析题（共15分）
现有一45钢零件，经调质处理后，硬度仍未达到要求。分析可能的原因，并提出改进措施。（材料：45钢是中碳钢，含碳量约为0.45%。调质处理是淬火后高温回火的热处理工艺，目的是获得良好的综合力学性能。）
（请在下方空白区域作答，每题字数150 - 200字）

五、综合应用题（共15分）
设计一个简单的金属材料热处理工艺路线，使一种低碳钢零件满足以下性能要求：具有较高的强度和硬度，良好的韧性，表面耐磨。（材料：低碳钢含碳量较低，一般在0.03% - 0.3%之间。）
（请在下方空白区域作答，每题字数150 - 200字）

答案：
一、1. C 2. B 3. A 4. C 5. B 6. B 7. A 8. C 9. C 10. C
二、1. 组织结构、性能、形状尺寸 2. 内应力、硬度、切削加工性能 3. 快、细、高 4. 过热、过烧 5. 工件材料、性能要求
三、1. 金属材料热处理基本过程包括加热、保温和冷却三个阶段。加热使金属原子获得足够能量，组织发生转变；保温确保组织均匀化；冷却则使金属获得所需的组织结构和性能。
2. 完全退火适用于亚共析钢，加热到Ac3以上30 - 50℃，保温后缓慢冷却，可消除应力、细化晶粒、降低硬度。不完全退火适用于过共析钢，加热到Ac1 - Ac3之间，保温后缓慢冷却，主要消除内应力，降低硬度，保留部分渗碳体，改善切削性能。
3. 淬火后及时回火，可消除淬火内应力，防止工件变形和开裂；调整硬度和韧性，获得良好综合力学性能；稳定组织，保证工件尺寸精度。
4. 常见表面淬火方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火等。感应加热表面淬火利用电磁感应原理使工件表面迅速加热，随后喷水冷却；火焰加热表面淬火是用高温火焰加热工件表面，然后喷水冷却。
四、可能原因：淬火温度偏低，未达到临界淬火温度，导致硬度不足；回火温度过高或时间过长，使硬度降低。改进措施：适当提高淬火温度，确保达到合适的淬火硬度；严格控制回火温度和时间，按照正确的调质工艺进行操作。
五、工艺路线：先正火处理，加热到Ac3以上30 - 50℃，保温后空冷，细化晶粒，改善切削性能。再进行渗碳处理，增加表面含碳量。然后淬火，加热到合适温度，水冷获得高硬度。最后低温回火，消除淬火应力，提高韧性，同时保证表面硬度，满足耐磨要求。