材料热处理考试试题

2011-10-1812010年材料热处理工程师资格考试综合素质与技能（第一单元）一、单项选择题（每小题1分，共计20分）下列各题A）、B）、C）、D）四个选项中，只有一个选项是正确的1．奥氏体晶粒度是表示奥氏体晶粒的大小，通常按标准试验方法在930±10℃保温足够时间后测定的晶粒大小称为（P94）□A）起始晶粒度□B）实际晶粒度□C）本质晶粒度□D）特种晶粒度2．下贝氏体的韧性远高于上贝氏体主要是因为下贝氏体的（P99）□A）碳化物呈粒细状□B）碳化物呈细片状□C）位错密度高□D）位错密度低2011-10-1823．高碳工具钢或合金工具钢的等温球化退火处理的加热温度通常是□A）Ac1＋20~30℃（P109）□B）Ac1-20~30℃□C）Acm＋20~30℃□D）Acm-20~30℃4．钢中马氏体形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体，获得板条状（位错）马氏体的条件是（P100）□A）MS＞350℃WC﹤0.2%□B）MS﹤200℃WC＞1.0%□C）MS200℃~300℃

WC0.2~0.5%□D）MS300℃~350℃

WC0.5~1.0%5．钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬度和高强度，马氏体硬度主要取决于（P101）□A）钢中合金元素量□B）马氏体中含碳量□C）钢的加热温度□D）钢的冷却速度2011-10-1836．钢的临界冷却速度是指过冷奥氏体不发生分解直接得到（P103）

□A）全部珠光体的最低冷却速度□B）全部上贝氏体（含残余奥氏体）的最低冷却速度□C）全部下贝氏体（含残余奥氏体）的最低冷却速度□D）全部马氏体（含残余奥氏体）的最低冷却速度7．出现第二类回火脆性的回火工艺是（P105）

□A）在450℃~650℃温度范围内回火□B）回火时快冷□C）回火时慢冷□D）在450℃~650℃温度范围内回火，且缓慢冷却8．为获得良好的综合力学性能，38CrMoAl钢制造的氮化件预先热处理应采用（P137）

□A）退火□B）正火□C）调质□D）渗碳2011-10-1849．消除过共析层网状碳化物最简便的热处理工艺为（P114）

□A）完全退火□B）不完全退火□C）正火□D）高温回火10．亚共析碳钢亚温淬火常用的最佳温为（P116）

□A）Ac1＋10~20℃□B）Ac3＋10~20℃□C）比Ac3略低□D）比Ar3略低11．去应力退火的加热温度范围是（P107）

□A）Ac1以上30~50℃□B）Ac1以下某温度□C）Acm以上□D）Ac3以上12．中碳钢淬火后高温回火称为调质处理，获得的组织是（P105）□A）回火马氏体□B）回火索氏体□C）回火托（屈）氏体□D）珠光体2011-10-18513．扩散是钢的化学热处理过程中重要控制因子，而影响扩散系数的最重要因素是（P41）□A）温度□B）扩散方式□C）晶格类型□D）固溶体类型14．化学热处理中，用作提高耐磨和耐腐蚀性的常用工艺是（P152）□A）渗硼□B）渗铝□C）渗流□D）渗碳15．高频加热淬火频率为100~1000kHz，通常达到的淬硬层深度为(P162）□A）0.2~2mm□B）2~5mm□C）2~8mm□D）10~15mm16．球墨铸铁通常的淬火工艺为（P190）□A）860~900℃，油冷□B）860~900℃，水冷□C）900~930℃，油冷□D）900~930℃，水冷17．变形铝合金淬火后时效的主要目的是（P196）□A）消除应力□B）提高强度□C）降低硬度□D）稳定尺寸2011-10-18618．为使高精度量具尺寸稳定，常用的热处理工艺是（P214）□A）多次回火□B）一次冷处理□C）一次稳定化处理□D）多次冷处理与稳定化处理19．为避免20CrMnTi钢大型锻件产生魏氏组织，改进热处理工艺是□A）提高正火温度（P274）

□B）加快正火冷却速度□C）二次正火□D）降温等温20．提高CrWMn冷作模具钢强韧性和耐磨性的微细化热处理工艺是□A）850℃加热保温后油冷＋200℃回火（P228）□B）810℃加热保温后油冷（油温150℃）＋200℃回火□C）840℃加热保温后240℃等温1小时空冷＋250℃回火□D）970℃加热保温后油冷＋560℃回火＋820℃加热保温后油冷＋280℃等温1小时空冷＋200℃回火2011-10-187二、简答题（每小题4分，共计40分）1.何谓钢的球化退火，其目的是什么？主要适用于哪些钢材？（P109）答：所谓钢的球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。其目的是降低硬度、改善切削加工性，并为以后的淬火做好组织准备。球化退火主要用于共析钢、过共析钢的锻件及结构钢的冷挤压件等。答：（P117）或（《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P166-167）单介质淬火：形状简单的碳钢工件用水冷，合金钢或合金工具钢大件用油冷。双介质淬火：形状复杂、易变形工件可采用此淬火方法，预冷淬火（延时淬火）：用于工具、模具钢，可减少其变形和开裂。分级淬火：用于合金工具钢及小截面碳素钢工具钢，以减少其变形和开裂。等温淬火：用于要求变形小、强韧性高的合金钢工件。（《金属热处理原理与工艺》P163）

2．简述淬火冷却方法（至少说出五种）2011-10-1883.简述淬透性概念及其影响因素。（P119）答：钢在淬火时能够获得马氏体的能力即钢被淬透的深度大小称为淬透性。其大小取决于钢的临界冷却速度，C曲线位置越靠右，则临界冷却速度越小，淬透性越大；合金元素（除Co外）都能提高钢的淬透性。4.钢的回火分哪几类？说出低温回火的适用性（目的）。答：（P124）或(《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P194)可分为：低温回火（150~250℃）、中温回火（350~500℃）、高温回火（500~650℃）。低温回火目的是降低或消除淬火应力，避免变形、开裂；稳定组织以保持使用过程中的尺寸稳定；得到高的硬度与耐磨性。低温回火适用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件等。答：（P148-149）碳氮共渗的黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点、黑带和黑网。这种组织将使工件弯曲疲劳强度、接触疲劳强度降低，耐磨性下降。为防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高（一般超过WN0.5%易出现点状黑色组织）；渗层中氮含量也不宜过低，否则易形成托氏体网（即黑网）。为抑制托氏体网的出现，也可适当提高淬火加热温度或采用冷却能力较强的冷却介质。5.什么是碳氮共渗中的黑色组织？它的危害性是什么?防止措施是什么？2011-10-1896.简述零件感应加热淬火的基本原理。（P162）交变电场交变磁场感应电流涡流表层加热淬火冷却集肤效应答：（P259）利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。（P260-261）使工件表面产生塑性流变和加工硬化，大幅度提高材料表面的硬度；降低材料表面粗糙度，同时使工件表面保留残余压应力，因而可大幅度提高材料的疲劳强度、疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。

7．什么叫喷丸强化？对材料表面形貌与性能有什么影响？

答：（《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P95）原因之一：退火的冷速慢，获得P+F较多；而正火的冷速快，获得S+F较少；原因之二：S的片间距小于P的片间距（即S=0.25~0.30μm，P=0.6~1.0μm），强度与硬度随其片间距的减小而提高，故正火的强度与硬度比退火的高。8．为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度？（P97）2011-10-1810答：高速钢刀具深冷处理后获得较少（4%左右）稳定残余奥氏体，且其中存在大量的位错缠结而使其自身强化；深冷过程中转变的片状不完全孪晶马氏体，含碳及合金元素量较高，于是强化了α固溶体；深冷处理并回火后能析出比常规热处理尺寸小而多的片状MC型碳化物，使高速钢抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。故高速钢刀具深冷处理能提高刀具使用寿命。9.高速钢刀具深冷处理为什么能提高刀具使用寿命？（P212-213）答：其原理是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。激光淬火与感应加热淬火相比，使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，激光淬火可使工件表层0.11.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。

10.简述激光热处理的原理，与感应加热淬火相比优点是什么？（P250）2011-10-1811三、综合应用题（每题8分，共计40分）1.根据共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线示意图（图1）指出以下五个区域是什么转变区？区域①（A1线以上）、区域②（AA´区左边）、区域③（AA´和BB´之间）、区域④（BB´线右边）、区域⑤（MS以下）时间（s）②③④⑤温度/℃①A1A´ABB´MSMfV1V0V2V3V4图1共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线示意图答：区域①：奥氏体区(A)区域②：过冷奥氏体区(A过冷)区域③：过冷奥氏体向珠光体转变区(A过冷→P)区域④：过冷奥氏体向珠光体转变终了区(P)区域⑤：过冷奥氏体向马氏体转变区(A过冷→M)2011-10-1812

若将共析钢加热至奥氏体温度后分别以图中的冷却速度V0、V1、V2、V3、V4进行冷却至室温后得到什么组织？连续冷却转变曲线的实际意义是什么？答：冷却速度为V0时进行冷却至室温后得到组织为：M淬＋A´

冷却速度为V1时进行冷却至室温后得到组织为：M淬＋A´

冷却速度为V2时进行冷却至室温后得到组织为：M淬＋T

冷却速度为V3时进行冷却至室温后得到组织为：M淬＋S

冷却速度为V4时进行冷却至室温后得到组织为：P

连续冷却转变曲线用于制定钢的合理热处理工艺，分析钢热处理后的组织和性能，估计钢的淬透性和选择适当的淬火介质，比较合金元素对钢的淬硬层深度和马氏体点的影响等。V1水冷V2油冷V3空冷V4炉冷V1V2V3V42011-10-18132.简述常用的化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗）的工艺主要特点、热处理后的组织和性能特点，主要适用于哪些材料或零件？答：渗碳：（P129-130）或

《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P253-272

●渗碳温度高、生产周期较长，在渗碳加热、冷却过程中及以后的淬火回火过程中，工件会产生变形。●渗碳后淬火工件由表及里的金相组织依次为：M＋K少量＋A´→M＋A´→M低碳（心部淬透），若未被淬透，则心部组织为T（或S，P）＋F。●经渗碳热处理后的工件，获得具有高硬度、高强度的表层和较高韧性的心部组织：其耐磨性、拉伸及静弯曲强度，以及反复弯曲和接触疲劳极限均得到显著提高。●主要适用于低碳碳素钢（如15、20钢等）或低碳合金渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA钢等）。常用于制造汽车、拖拉机等机械设备上的齿轮、凸轮等零件。2011-10-1814渗氮：（P138）或（《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P273-281）●渗氮温度低、生产周期长，工件变形小，要求工件预先进行调质处理，渗氮后不在进行淬火、回火处理即可直接使用。●渗氮后表层组织为氮化物Fe2N(ε)＋Fe4(γ´)；过渡区组织为Fe4(γ´)＋含氮铁素体（α）；心部组织为回火索氏体。●可获得工件表面高硬度、高耐磨性、高疲劳强度和耐蚀性及红硬性（在600~650℃温度下仍保持较高硬度），心部具有良好的综合力学性能。●主要用于在交变载荷下工作的、要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精磨齿轮，高速柴油机曲轴，高精密机床主轴，镗床镗杆等，也可用于在较高温度下工作的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。2011-10-1815氮碳共渗：（P149）或（《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P287-289）●氮碳共渗俗称软氮化，是在Fe-C-N三元素共析温度以下（530~570℃）对工件表面进行碳氮共渗的，以渗氮为主，同时也渗入少量的碳原子。温度低、渗速快，时间短（一般1~4h），变形小。●碳钢软氮化后的组织由白亮的碳氮化合物层（10~20μm）和暗黑色的扩散（0.1~1.0mm）组成。化合物层主要是ε相（Fe2~3N）和γ´相（Fe4N）。合金钢软氮化后表面组织也是得到由ε相和γ´相组成的白亮化合物层。●软氮化能大幅度提高钢件的疲劳强度、耐磨性、抗咬合和抗擦伤的能力以及耐蚀性。●软氮化不受材料限制，可广泛用于碳钢、合金钢、铸铁、粉末冶金材料等。由于渗层较薄、硬度梯度较陡，不宜在重载荷条件下工作，但对一些不承受大的载荷而又需要抗疲劳、抗磨损、抗咬合的工件，其强化效果十分显著。如纺织机械上的一些零件。2011-10-1816碳氮共渗：（P143）或（《金属热处理原理与工艺》王顺兴主编P283-286）●与渗碳相比，碳氮共渗温度低，渗速快，零件变形小。●碳氮共渗后经淬火＋回火处理后，工件表层组织为细针状回火马氏体＋颗粒状碳氮化合物Fe3（C、N）＋少量残余奥氏体。●具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度，并兼有一定的耐蚀性。●常用于低、中碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、40Cr、40CrNiMo等钢）制造的重、中负荷齿轮（如汽车、拖拉机上的传动齿轮，精磨机床上的传动齿轮等）。2011-10-18173.已知GCr15钢精密轴承的加工工艺路线为：下料→锻造→超细化处理→机加工→淬火→冷处理→稳定化处理其中热处理工艺包括：①超细化处理工艺为：1050℃×20~30min高温加热，250~350℃×2h盐槽等温，690~720℃×3h随炉冷至500℃出炉空冷。②淬火：835~850℃×45~60min在保护气氛下加热，150~170℃的油中冷却5~10min，再在30~60℃油中冷却。③冷处理：清洗后在-40~-70℃×1~1.5h深冷处理。④稳定化处理：粗磨后进行140~180℃×4~12h处理；精磨后进行120~160℃×6~24h处理。试分析GCr15钢精密轴承在加工过程中所采用的上述热处理工艺目的。2011-10-1818答：（P282）①超细化处理：1050℃×20~30min高温固溶处理可使合金渗碳体充分溶解于奥氏体中。250~350℃×2h盐槽等温，其目的是获得以下贝氏体为主的组织，其中的碳化物呈细片状或颗粒状平行排列于铁素体中。在经690~720℃×3h随炉冷至500℃出炉空冷处理后可获得碳化物呈细小颗粒状、均匀分布在细小等轴状的铁素体上的组织（即球状珠光体）。②淬火：835~850℃×45~60min在保护气氛下加热，是为防止轴承在加热过程中产生氧化和脱碳。对其进行150~170℃的油中冷却5~10min，再在30~60℃油中冷却，即为分级淬火，目的是降低相变应力，减少工件变形，获得隐晶、细小针状马氏体和均匀分布的细小碳化物以及少量残余奥氏体。③冷处理：清洗后在-40~-70℃×1~1.5h深冷处理，目的是减少残余奥氏体量、稳定组织、稳定尺寸。④稳定化处理：粗磨后进行140~180℃×4~12h处理，消除或减少内应力，稳定组织、稳定尺寸；精磨后进行120~160℃×6~24h处理，即时效处理，进一步消除或减少内应力，稳定组织、稳定尺寸。2011-10-1819答：正确选择淬火加热温度（TH）是保证淬火质量的重要一环。钢淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量（即钢的相变临界点）和零件的使用性能要求。一般情况下，

对于亚共析钢：TH=Ac3+30～50℃，若加热温度不足（<Ac3）则淬火组织中将出现铁素体（F）而造成强度及硬度的降低。若加热温度过高（>>Ac3），则淬火后将得到粗大淬火马氏体（M），致使钢的强度、韧性降低，脆性增加，同时工件氧化脱碳现象严重，淬火变形开裂倾向增大。

对于过共析钢：TH=Ac1+30～50℃，淬火后可得到细小的M与粒状渗碳体（Fe3C），具有高的强度、硬度和耐磨性。若TH>Accm，不仅无助于钢的强度、硬度增加，反而会由于加热时产生粗大的奥氏体晶粒淬火后得到粗大M和较多的残余奥氏体（A′）导致硬度和耐磨性下降，强度降低脆性增加，淬火变形开裂倾向增加。4．亚共析钢的淬火温度常选在AC3以上，而过共析钢淬火加热温度为何选在Ac1~Acm之间，试从理论上加以分析。(《金属热处理原理与工艺》P190)2011-10-1820答：（见前言）据统计，在机床、汽车和拖拉机制作中，分别有60%~70%、70%~80%的零部件要进行热处理，各种工具和滚动轴承则要100%的进行热处理。总之，凡重要零部件都必须进行恰当的热处理。热处理是提高机器零件质量和延长使用寿命的关键工序，也是充分挖掘材料的性能潜力，节约材料的有效途径。通过正确地选材，合理的进行热处理，不仅可以改善钢的工艺性能、提高产品的产量和质量、成倍地提高零件使用寿命，而且能给企业带来显著的经济效益。故热处理在制作业发展中发挥着巨大的作用。5.试述热处理在制作业发展中的作用。2011-10-18212010年材料热处理工程师资格考试综合素质与技能（第二单元）一、单项选择题（每小题1分，共计20分）下列各题A）、B）、C）、D）四个选项中，只有一个选项是正确的

1．金属具有良好的塑性、密度高等是因为由正离子和自由电子之间相互吸引结合形成的金属键(P2)□A）有方向性□B）没有方向性□C）有偶极矩□D）有方向性和偶极矩2．金属的典型晶体结构有(P6)□A）简单立方面心立方□B）面心立方体心立方密排六方□C）简单立方体心立方密排六方□D）面心正方体心立方密排六方3．对晶体的强度与断裂等力学性能起决定作用的线缺陷是(P9)□A）空位□B）相界□C）晶界□D）位错2011-10-18224．铁碳合金在固态平衡条件下出现的几种基本组织是铁素体、奥氏体和□A）索氏体、贝氏体、马氏体(P20-21)□B）贝氏体、渗碳体、珠光体□C）贝氏体、马氏体□D）莱氏体、渗碳体、珠光体5．引起钢材在1000~1200℃锻造或轧制时，产生沿奥氏体晶界开裂的“热脆”现象的有害元素是(P25)

□A）硫□B）磷□C）氢□D）氧6．渗碳时，碳在钢中的扩散机制是(P40)□A）置换扩散□B）间隙扩散□C）上坡扩散□D）自扩散7．一种力学性能指标，是指零件在受力时抵抗弹性变形的能力，它等于材料弹性模量与构件截面的乘积。这种力学性能指标称为(P45)□A）刚度□B）抗拉强度□C）弹性极限□D）冲击韧性8．材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力称为(P59)□A）蠕变极限□B）持久强度□C）疲劳强度□D）断裂强度9．具有高的抗压强度、优良的耐磨性、消振性和低的缺口敏感性，用于制造汽车和拖拉机中的气缸、机床床身的材料是(P64)□A）球墨铸铁□B）灰铸铁□C）可锻铸铁□D）铸钢2011-10-182310．称为纳米材料，组成它的颗粒的尺度应为(P76)□A）十万分之一米（1×10-5m）□B）百万分之一米（1×10-6m）□C）千万分之一米（1×10-7m）□D）十亿分之一米（1×10-9m）11．以一种或几种碳化物为硬化相组成，可以制成各类形状复杂的刀具、模具等的材料是(P71)□A）氧化铝陶瓷□B）氧化硅陶瓷□C）钢结硬质合金□D）金属陶瓷12．一种热膨胀系数小、热导率较大、耐极冷极热、易加工，使用温度达2500℃，常在真空热处理炉中使用的电热元件材料是(P79)□A）镍铬电热合金□B）铁铬铝电热合金□C）碳化硅电热元件□D）石墨布或石墨带电热元件13．真空炉在中、高温加热工件时主要传热方式为(P323)□A）对流□B）辐射和传导□C）传导和对流□D）辐射14．将原料气（天然气或丙烷等）按一定比例同空气混合，在高温反应罐内经过触媒反应生成主要含C0、H2、N2、和微量C02、H20等的气氛，称为(P306)□A）放热型气氛□B）吸热型气氛（又称RX气氛）□C）直生式气氛□D）氨分解气氛2011-10-182415．根据真空度，将真空区域划分为低真空、中真空、高真空和超高真空，目前热处理用的真空炉的真空度范围在(P322)□A）101~102Pa□B）102~103Pa□C）10-2~10-3Pa□D)103~10-5Pa

16．测定薄层化学热处理的深层硬度梯度时，最适宜采用的硬度试验方法是(P365)

□A）洛氏□B）布氏□C）微氏□D）努氏17．以下性能指标中，不是材料的断裂韧度指标是(P372)□A）KIC□B）δC□C）Rmc□D）JIC18．在微区成分分析方法中，分析结果的精度相对最高的是(P359或356)□A）X射线波谱□B）X射线能谱□C）俄歇电子能谱□D）离子探针19．可以直接对断口进行微观分析的仪器为(P384或391)□A）扫描电镜□B）透射电镜□C）放大镜□D）光学显微镜20．在断口微观分析中看到沿晶开裂，晶面上分布有鸡爪花样，可推断该断裂是(P394)□A）应力腐蚀□B）氢脆□C）疲劳□D）韧性2011-10-1825二、简答题（每小题4分，共计40分）

答：合金结构钢可分为：低合金结构钢（如16Mn、15MnVNb、14MnNiMoVNb）合金渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo）合金调质钢（如40Cr、35CrMo、38CrMoAl）合金弹簧钢（如65Mn、60Si2Mn、55SiMnMoVNb）滚动轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn、GCr9、GCr9SiMn）超高强钢（如30CrMnSiNi2A、4Cr5MoSiV、40CrMnSiMoV）1．合金结构钢分为哪几类？并分别列举两种钢号。(P61-62)2.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？答：(P55-56)磨损失效类型：最常见的有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和麻点磨损（接触疲劳）。2011-10-1826防止措施：对粘着磨损，常采用①合理选择摩擦副配对材料。如异类材料配对、硬度差大的材料配对、金属与非金属配对等；②采用表面处理减少摩擦系数或提高表面硬度。如蒸汽处理、磷化、渗硫、渗碳、渗氮、表面淬火、热喷涂耐磨合金等方法；③减少接触压应力。通常设计时摩擦副的压应力必须小于所选材料布氏硬度值的1/3HBS；④减少表面粗糙度。以增加接触面积，减少接触应力。对磨粒磨损，常采用①合理选用高硬度材料。②采用表面处理（如表面淬火、渗碳、渗氮、渗硼、热喷涂陶瓷、堆焊耐磨合金等）和表面加工硬化等方法，以提高摩擦副材料表面硬度，可有效地提高耐磨性。2011-10-1827腐蚀磨损又可分为氧化磨损，微动磨损和冲蚀磨损等。

对氧化磨损，凡能提高基体金属表层硬度或形成与基体金属牢固结合致密氧化膜的一切表面处理方法如渗碳、渗氮、蒸汽处理等，都能提高零件表面抗氧化磨损能力。

对微动磨损，在提高零件表面硬度的基础上，常采用①在紧配合处加软衬垫。如铜皮、橡胶、塑料等；②减小应力集中。如对压配合处采取卸载槽，同时又增大接触部分轴的直径，可获得良好的效果。对接触疲劳，除在设计上减小接触压应力外，常采用①提高材料硬度，以增加塑性变形抗力，延缓裂纹形成和扩展，如整体淬火、表面淬火、表面化学热处理等；②提高材料的纯净的，减少夹杂物，从而减少裂纹源；③提高材料心部强度和硬度，增加硬化层深度，细化硬化层组织；④减小零件表面粗糙度，以减小摩擦力；⑤提高润滑油的粘度以降低油楔作用。2011-10-1828答：(P26)氮固溶于铁素体中会产生“应变时效”。“应变时效”能使冷变形低碳钢在室温放置或加热一定时间后强度增加，塑性、韧性下降。对锅炉、化工容器及深冲零件不利，增加零件脆性，影响安全可靠性。故从“应变时效”角度考虑，氮是有害元素。但当钢中含有Al、V、Ti、Nb等元素时，它们可与N形成细小弥散氮化物，能细化晶粒，提高钢的强度并减低N的应变时效作用，在这种情况下N又是有益元素。在某些耐热钢中常把N作为合金元素以提高钢的耐热性。3.钢中的氮元素对钢材性能有什么影响？4.可控气氛炉在运行过程中当向炉内供气（可控气氛）和紧急停电时的安全操作措施是什么？答：向炉内供气时：只有在炉温高于750℃时才能通入可燃气体，炉温在850℃以下时一般只通入载气（如RX气或甲醇），当炉温高于850℃时再通入富化气（如天然气、丙烷或丙酮）。停电时的操作：在使用可控气氛炉时，必须储备足够的氮气，以应付停电和紧急故障。停电发生时氮气能自动充入。若停电后没有氮气，此时必须打开前门，并在开门前必须在门口可靠地点燃一个火炬，以保证门一打开，炉内气氛即被点燃。2011-10-1829答：（P322）真空加热特点：防止氧化作用、真空脱气作用、脱脂作用，真空下元素有蒸发作用。为减少合金元素蒸发可采用的措施：将炉内先抽至较高的真空度，随即充入高纯氩气或氮气，使炉内压力维持在200~~26.6Pa下加热，从而达到满意的效果。5.真空加热特点是什么？为减少合金元素蒸发可采用的有效措施是什么？6.晶粒大小对金属力学性能有何影响？怎样控制铸件的晶粒大小？答：（P34）粗大的奥氏体晶粒在冷却后使钢的强度、硬度、韧性显著降低，并会导致钢件淬火时变形较大甚至开裂而报废。细小的奥氏体晶粒在冷却后不但是钢的强度、硬度、耐磨性增加，且也可获得高的韧性，变形小。控制铸件晶粒尺寸的主要途径有：增大过冷度；进行变质处理；在液态结晶过程中采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等可使晶粒细化。7.简述渗氮件的金相检测项目。答：（P351）

1）渗氮前原始组织；2）渗氮层深度；3）渗氮层脆性；4）渗氮层疏松检验。

2011-10-1830答：（P380）光学显微镜是靠光学透镜——物镜和目镜以及光路系统获得显微组织放大图像的。（P381）透射电镜结构及成像原理与光镜基本相同，只是用电子束代替可见光，用电磁透镜代替光学透镜。由电子枪发射的电子束经过加速后通过聚光镜汇聚成一束很细的高能量电子束斑，电子束穿过试样，将其上的细节通过由物镜、中间镜及投影镜组成的成像系统成像，成像最终投射在荧光屏上形成可见的图像供观察或照像。（P384-385）扫描电镜是利用扫描线圈使经过聚焦的电子束在试样表面上扫描，引起二次电子等各种信号发射，如将二次电子信号经过接受、放大输入显像管，就可在显像管荧屏上形成二次电子图像。其特点是放大倍数可在20倍到数万倍范围内连续调节；分辨率高；景深大，成像立体感强；可提供多种电子图像，如二次图像、吸收电子像及背散射电子像等。从而获得样品表面的形貌衬度、原子序数衬度及成分分布等信息。扫描电镜主要应用于金属断口的观察与分析，但根据其成像原理也可以用于观察经过浸蚀的金相试样。8.分别简述光学显微镜、透射电镜和扫描电镜的成像原理，扫描电镜的特点是什么？2011-10-1831答：（P403）频率范围为0.5~10MHz超声波具有直线性，若向被检测材料发射超声波，在传播途中遇到障碍（缺陷或其他异质界面），由于发生反射、折射、散射或吸收等现象，使其方向和强度受到影响，根据这种影响的方式和大小就可以确定缺陷的尺寸、物理性质、方向、分布方式及分布位置等。（P404）其特点为：对面状缺陷敏感；检测距离大；检测装置小型、轻便、费用低；检测结果不直观，无客观性记录，对缺陷种类的判断需要有高度熟练的技术。9.断口的宏观及微观形貌的哪些特征可推断为疲劳断裂？答：（P394）若断口的宏观形貌特征是由裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬断区组成（见P394图4.4-13）。其微观形貌基本特征为：在电镜下观察到的疲劳条带或称疲劳辉纹（疲劳条带具有一定的间距，在某些特定的条件下每条条纹与一次应力循环相对应），这样的断口则为疲劳断裂。10.简述超声波探伤的原理和特点。2011-10-1832三、综合应用题（每题8分，共计40分）1.试画出Fe-Fe3C相图的简单示意图，简要说明T12钢（过共析）的平衡凝固过程。(要求画出各温度区间的简单组织示意图即可)

ABCDEHJGSPKFNFeFe3CC0.02180.772.114.3C%→Fe-Fe3C相图←℃LL+AAA+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ12345T12钢答：Fe-Fe3C相图见：(P20图1.4-10)。T12钢（过共析）的平衡结晶过程：L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ该钢各温度区间的简单组织示意图见(P23，图1.4-14)2011-10-18332011-10-1834答：（P90）众所周知，齿轮选材的原则一般应根据齿轮的工作条件和失效方式来选材。由于机床齿轮工作平稳无强烈冲击，负荷不大，转速中等，对齿轮心部强度和韧性的要求不高，一般选用45或40Cr钢等材料制造，经正火或调质处理后再经高频感应加热表面淬火，齿面和心部硬度完全可以满足使用性能要求。而汽车齿轮的工作条件比机床齿轮恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速时受冲击频繁，要求具有较高的耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部强度和韧性等，用中碳钢或中碳合金钢经正火或调质后再经高频感应加热表面淬火已不能保证使用