热处理工程师资格考试整理设备题

10．何谓物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）？
答：物理气相沉积（PVD）是将含有形成沉积元素的气相物质输送到工件表面，在工件表面直接沉积成固态薄膜的过程。

化学气相沉积（CVD）是将含有形成沉积元素的气相物质输送到工件表面，在工件表面进行化学反应生成固态沉积膜的过程。

10. 简述涡流检测的基本原理
答：涡流检测是以电磁感应理论作为基础的。

由高频交流电压发生器（或称振荡器）供给检测线圈以激励电流，从而在试件被检测区周围形成激励磁场，这磁场在试件中感应出涡流，涡流又产生自己的磁场，这个磁场包含了被检测材料和缺陷等信息，检测线圈可以把这些信息传送到涡流检测仪器。

5. 试论述热处理在制造业发展中的作用。

答：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. 阐述热处理工艺设计及热处理设备选择的原则。

答：热处理工艺设计原则：1）工艺的先进性；2）工艺要可靠、合理、可行；3）工艺的经济性；4）工艺的安全性；5）尽量采用机械化、自动化程度高的工艺装备
热处理设备选择的原则：1）应满足热处理工艺要求，保证产品的热处理质量；2）根据生产批量选择设备，尽可能扩大设备的使用范围，提高生产率；3）热处理设备能源的选择应从生产成本、能源供应情况、操作与控制的可靠性、环境保护等因地制宜地综合考虑选择。

5．“合理的热处理工艺应视工件的特点而异”的观点你是怎样理解的？请结合生产实践谈谈你的体会？
答：“合理的热处理工艺应视工件的特点而异”这一观点我是赞同的。

产品设计是影响热处理质量的重要因素，当零件选材相同、确定零件的组织与性能指标也相同的前提下，若零件的结构、尺寸、形状不同，而所采用的热处理工艺也应不尽相同，否则将会对产品零件的热处理质量造成重大影响，例如采用相同的热处理工艺处理不同特点（如结构、尺寸、形状）的零件，即使能获得相同要求的组织与性能，但由于零件的结构、尺寸、形状不同，对热处理畸变与开裂有很大的影响。

例如，现有两件40Cr钢制的带台阶轴类零件，其中一件在截面尺寸突变处没有加工圆角过渡，呈现尖锐棱角，而另一件在此处加工有圆角过渡，若按同样的热处理工艺和操作方法进行调质处理，前者就有可能会在尖锐棱角处产生淬火裂纹，致使该轴由于调质处理而造成零件报废。

为防止在截面尺寸突变处有尖锐棱角的轴，调质时避免在该处因应力集中而引起的开裂，淬火加热前预先在该处采用石棉绳沾水玻璃缠绕几圈，即可避免该处因应力集中而引起的开裂现象。

其原因是缠绕沾水玻璃石棉绳后降低了该处的冷却速度，改变了相变的时间与质量，从而降低了相变应力，避免了开裂的现象。

4．工件在热处理炉内加热时基本传热方式有哪三种？结合传热原理简述热处理电阻炉节能的途径有哪些？
答：基本传热方式：对流、辐射和传导. 节能的途径：1．炉衬材料的合理选用和组合就是根据炉衬的结构性能和使用性能要求，将具有不同特性的炉衬材料组合成墙体，使之满足使用要求，又能降低能耗，降低成本，并且具有一定的寿命。

2．选用新型节能炉衬材料如，耐热（火）层——选用轻质或超轻质耐火砖；保温层——采用硅酸铝耐火纤维制品。

3．炉用耐热钢构件的合理选用如，用型材代替铸件或采用精铸减轻耐热构件质量；4．采用高
温节能涂料如在炉内壁（一般耐火砖）表面喷涂0.2mm以碳化硅为主的涂料，当炉温为1400℃时，炉壁的辐射率可达0.92，比喷涂高温涂料前提高30%左右。

5．热处理炉型的合理选择和炉子结构的合理设计从炉子的形状考虑，在相同炉膛容积下，圆柱形炉比方形炉节能，方形炉比长方形炉节能。

事实证明，炉外壁面积越小、且温度越低，通过其散失的热量也越小，才能起到明显的节能效果。

8. 扩散的微观机制有哪几种？影响扩散的因素有哪些？
答：扩散的微观机制有3种：空位机制，间隙机制，自间隙机制。

影响扩散的因素：温度的影响；原子键力和晶体结构的影响；固溶体类型和浓度的影响；晶体缺陷的影响；第三组元的影响。

23．新安装或大修后的电阻炉，装修好后在室温应放置多少个昼夜，经电工用500V兆欧表检查三相电热元件对地（炉外壳）的电阻应大于多少方可送电?
答：（P291）新安装或大修后的电阻炉，装修好后在室温应放置2~3昼夜；经电工用500V 兆欧表检查三相电热元件对地（炉外壳）的电阻应大于0.5MΩ方可送电。

24．电阻炉的空载功率应在什么情况下测定? 采用什么公式计算?
答：（P296）电阻炉的空载功率应在额定温度下、不装工件运行上时进行测定。

其计算式为：P0=Emn/Δt，式中Emn是最后一次时间间隔Δt内的平均耗电量。

25．热处理裂纹的主要种类? 分析断口形貌可直接观察、反差大、立体感强的分析方法是哪种?
答：（P387）,（390）热处理裂纹的主要种类有：淬火裂纹、回火裂纹、加热裂纹、放置裂纹（淬火延迟裂纹）。

分析断口形貌可直接观察、反差大、立体感强的分析方法是：断口的宏观观察，即用肉眼、低倍放大镜、体视显微镜在较低放大倍率下对断口的观察。

26．金属的硬度试验有哪几种方法? 正火、退火、淬火热处理件和渗碳层深度检测常用哪种硬度试验方法?
答：金属的硬度试验方法有：压入法、回跳法和刻划法三种。

正火、退火钢件常用布氏硬度试验法；淬火钢件常用洛氏硬度试验法；渗碳层深度检测常用维氏硬度试验法。

29．用于工序控制的数理统计方法主要有哪几种? 用于控制热处理质量的特性值，如晶粒度、硬度、畸变量应采用哪种统计方法?
答：用于工序控制的数理统计方法主要有：排列图法、因果分析图法、控制图法等。

用于控制热处理质量的特性值，如晶粒度、硬度、畸变量应采用X-R控制图。

他是平均值控制图与极差控制图的结合。

26．热处理工艺流程的优化设计应注意哪些问题？
答：（1）充分考虑冷热加工工艺之间的衔接，热处理工序安排要合理；如锻后，粗加工前的预先热处理；（2）尽可能采用新技术、简化热处理工艺，缩短生产周期，如采用锻造预热淬火或正火；（3）有时为了提高产品质量，延长工件使用寿命，需增加热处理工序，如工模具钢球化退火前的正火；
21．热处理质量体系应包括哪些内容？
答：1．要明确与热处理有关的各组织机构、职责和他们之间的相互关系；2．要有完整的作为运作依据的质量体系文件；3．要有完善的质量记录和信息反馈系统，建立热处理质量档案；4．要对体系的素质和效能进行评价，并有完整的评价标准；5．要有热处理质量体系图。

26. 列出并简要说明静拉伸试验中最基本的力学性能指标。

答：1．正弹性模量E；2．比例极限σp 3．弹性极限σc 4. 屈服极限σs 5．强度极限σb 6．伸长率δ7．断面收缩率ψ
27．使用硝盐浴炉时，须注意哪些安全措施。

答：1．使用温度孔明控制在550℃以下，否则易引起着火或爆炸；2．硝盐混合物不应与容易被氧化的材料混合。

氰化物和含氰化物盐与硝盐不能共存。

对在含氰化物盐浴中加热奥氏体化的工件绝不要直接在硝盐浴中进行贝氏体等温淬火，淬火前应先浸入在奥氏体化温度下的中性盐浴中。

3．不应使用微细的碳化材料作硝盐的覆盖物，也必须避免渗碳炉出料端所聚集的炭黑对硝盐浴炉的污染。

4．在硝盐浴炉中处理镁合金时，盐浴最高使用温度应根据镁合金中镁的含量不同来选择，及符合表3-3的规定。

31．密封可控气氛多用炉由于生产质量稳定，越来越多的被用于各种零配件的热处理生产，但由于操作错误而导致该炉爆炸的事故经常发生。

请简述密封可控气氛炉的安全操作注意事项。

答：炉子升温：冷炉升温时升温速度应＜50℃/h，最好采用阶梯升温，并每隔200℃适当等温。

升温时最好通入适量的氮气，以防止炉衬、碳化硅元件的损坏。

供气：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）。

开门与关门：供气时，加热室与气冷室之间的中炉门应关闭，气冷室门（前门）应保持打开，当中门上的排气口排出的废气被点燃时才可以关闭前门，利用点燃的废气将前室的氧气耗尽，杜绝爆炸隐患。

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。

停炉：停炉时要事先打开前门，烧尽炉内可燃气体，当炉温较高时应通入适量的氮气，以防止炉内碳化硅元件的损坏。

应对降温速度控制，降温速度不宜过快，严禁打开中门或用风扇向炉内吹风降温。

烧炭黑：先打开气冷室门（前门），将炉温降到800~850℃，等炉气烧尽后，在将中门或高温室门打开约100~200mm，时间一般为15-30min，炭黑即可烧尽。

严禁将中门全部打开烧炭黑。

进炉检修：进炉检修前应打开所有炉门，关闭所有供气阀，拆下供气管路上的防泄漏装置，用风扇向炉内扇入新鲜空气；偌油槽需焊接，应将油清净后进行，并准备好灭火装置。

急救措施：须确保有一定量训练有素的急救人员及其电话号码，一定数量适用的急救物资，并存放易拿到的地方，有明显的标志。

33．通常强化金属材料的方法有哪些？并说明它们的强化机理。

答：1．固溶强化强化机制：由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然引起一些现象，例如：溶质原子聚集在位错周围钉扎住位错（弹性交互作用）；溶质原子聚集在层错处，阻碍层错的扩展与束集（化学交互作用）；位错与溶质间形成偶极子（电学交互作用）。

这些现象都增加了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高了金属的强度和硬度。

2．细晶强化强化机制：晶界是位错运动过程中的障碍。

晶界增多，对位错运动的阻碍作用增强，致使位错在晶界处塞积（即位错密度增加），金属的强度增加；在单个晶粒内部，塞积的位错群的长度减小，应力集中较小，不足于使位错源开动，必须增加外力。

3．加工硬化（形变强化）强化机制：金属的塑性变形是通过滑移进行的。

在塑性变形过程中，由于位错塞积（位错运动过程中遇到障碍受阻）、位错之间的弹性作用、位错割阶等造成位错运动受阻，从而使材料的强度提高。

4．第二相强化第二相粒子可以有效地阻碍位错运动，运动着的位错遇到滑移面上的第二相粒子时，或切过，或绕过，这样滑移变形才能继续进行。

这一过程要消耗额外的能量，需要提高外加应力，所以造成强化。

但是第二相粒子必须十分细小，粒子越弥散，其间距越小，则强化效果越好。

这种由第二相粒子引起的强化作用称之为第二相强化。

根据两者相互作用的方式有两种强化机制：（1）绕过机制：基体与中间相的界面上存在点阵畸变和应力场，成为位错滑动的障碍。

滑动位错遇到这种障碍变得弯曲，随切应力加大，位错弯曲程度加剧，并逐渐成为环状。

由于两个颗粒间的位错线段符号相反，它们将断开，形成包围小颗粒的位错环。

位错则越过
颗粒继续向前滑动。

随着位错不断绕过第二相颗粒，颗粒周围的位错环数逐渐增加，对后来的位错造成更大的阻力。

（2）切过机制：位错与颗粒之间的阻力较小时，直接切过第二相颗粒，结果硬颗粒被切成上下两部分，并在切割面上产生位移，颗粒与基体间的界面面积增大，需要做功。

并且，由于第二相与基体结构不同，位错扫过小颗粒必然引起局部原子错排，这也会增加位错运动的阻力，从而使金属强化。

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。

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？
答：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。

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。

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。

10.简述超声波探伤的原理和特点。

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。

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。

5.简述计算机技术在热处理质量管理中的作用。

答：可利用计算机控制整个热处理工艺过程；可利用计算机进行质量检验；可利用计算机建立质量档案及质量信息检索；可利用计算机获得工序质量信息及进行统计分析，实现人机对话。

23．用热平衡法计算电阻炉功率时，一般计算哪几方面的热量支出？
答：1．加热工件所需热量Q件 2．加热辅助构件所需的热量Q辅。

3．加热控制气体所需热量Q控。

4．通过炉衬的散热损失Q散。

5．通过开启炉门的辐射热损失Q辐6．通过开启炉门的溢气热损失Q溢。

7．其他热损失Q它即：Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它
4. 试举例说明如何通过改进热处理工艺方法以提高零件的使用寿命和缩短生产周期、降低能耗。

答：P206 2.7.1.1 高速钢预处理工艺
P209 2.7.1.5 高速钢低高温回火新工艺
5．“合理的热处理工艺应视工件的特点而异”的观点你是怎样理解的？请结合生产实践谈谈你的体会？
答：“合理的热处理工艺应视工件的特点而异”这一观点我是赞同的。

产品设计是影响热处理质量的重要因素，当零件选材相同、确定零件的组织与性能指标也相同的前提下，若零件的结构、尺寸、形状不同，而所采用的热处理工艺也应不尽相同，否则将会对产品零件的热处理质量造成重大影响，例如采用相同的热处理工艺处理不同特点（如结构、尺寸、形状）的零件，即使能获得相同要求的组织与性能，但由于零件的结构、尺寸、形状不同，对热处理畸变与开裂有很大的影响。

例如，现有两件40Cr钢制的带台阶轴类零件，其中一件在截面尺寸突变处没有加工圆角过渡，呈现尖锐棱角，而另一件在此处加工有圆角过渡，若按同样的热处理工艺和操作方法进行调质处理，前者就有可能会在尖锐棱角处产生淬火裂纹，致使该轴由于调质处理而造成零件报废。

为防止在截面尺寸突变处有尖锐棱角的轴，调质时避免在该处因应力集中而引起的开裂，淬火加热前预先在该处采用石棉绳沾水玻璃缠绕几圈，即可避免该处因应力集中而引起的开裂现象。

其原因是缠绕沾水玻璃石棉绳后降低了该处的冷却速度，改变了相变的时间与质量，从而降低了相变应力，避免了开裂的现象。

6．放热型气氛与吸热型气氛的主要区别是什么？分别使用在什么场合？
答：
3. 何谓复合材料？试举例说明，指出其特点和主要用途。

答：(P68)
5．计算机在热处理质量管理和质量控制中的应用包括哪几个方面？举例说明用信息技术改造和提升热处理技术的重要意义？
答：(P348-349)
1）可利用计算机控制整个热处理工艺过程；
2）可利用计算机进行质量检验；
3）可利用计算机建立质量档案及质量信息检索；
可利用计算机获得工序质量信息及进行统计分析，实现人机对话。