本手册是一部热处理专业的综合工具书，共4卷。本卷是第1卷，共17章，内容包括金属热处理术语，合金相图，金属热处理的加热，金属热处理的冷却，金属热处理的模拟，钢铁件的整体热处理，表面热处理，化学热处理，形变热处理，不锈钢、耐热钢与高温合金的热处理，有色金属的热处理，铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理，功能合金的热处理，先进高强钢及其热处理，气相沉积技术，喷丸强化，以及其他热处理技术。本手册由中国机械工程学会热处理分会组织编写，内容系统全面，具有一定的权威性、科学性、实用性、可靠性和先进性。

前言

第1章金属热处理术语1

1.1基础术语1

1.1.1总称类1

1.1.2加热类1

1.1.3冷却类2

1.2热处理工艺术语3

1.2.1退火类3

1.2.2正火类3

1.2.3淬火类3

1.2.4回火类5

1.2.5固溶与时效类5

1.2.6渗碳类6

1.2.7渗氮类7

1.2.8渗金属及渗其他非金属类7

1.2.9多元共渗类7

1.2.10表面处理类8

1.3组织与性能术语8

1.3.1组织类8

1.3.2性能类11

1.3.3热处理缺陷类12

1.4热处理装备术语12

1.4.1热处理设备类12

1.4.2辅助设备及装置类13

1.4.3传感器与仪表类13

参考文献13

第2章合金相图14

2.1单元系相图14

2.1.1相平衡和相律14

2.1.2单元系相图和相律应用示例14

2.2二元系相图15

2.2.1成分表示方法15

2.2.2相图测定方法15

2.2.3相图基本分析方法和杠杆定律16

2.2.4凝固过程中三种典型的转变相图17

2.2.5固态相变中几种典型的转变相图20

2.2.6综合分析实例一：Fe-Fe3C相图21

2.2.7综合分析实例二：富Al的Cu-Al相图及其合金时效析出对性能的影响27

2.2.8常用的Fe基二元相图31

2.2.9常用的Al基二元相图35

2.3三元系相图39

2.3.1三元相图基础39

2.3.2三元相图成分表示方法39

2.3.3等边成分三角形中的特殊线40

2.3.4成分的其他表示方法40

2.3.5三元相图概述41

2.3.6三元相图举例43

参考文献49

第3章金属热处理的加热50

3.1固态相变过程中原子的扩散50

3.2钢的加热转变51

3.2.1珠光体向奥氏体转变51

3.2.2贝氏体和马氏体向奥氏体转变53

3.2.3奥氏体化的动力学54

3.2.4钢加热时的奥氏体晶粒长大54

3.2.5过热和过烧56

3.3加热计算公式和常用图表56

3.3.1影响加热速度的因素56

3.3.2钢件加热时间的经验计算法57

3.3.3从节能角度考虑的加热时间计算法58

3.4快速加热61

3.4.1快速加热钢的组织转变和性能改善61

3.4.2快速加热中有色合金的组织转变和性能改善63

参考文献68

第4章金属热处理的冷却69

4.1钢的淬火69

4.2钢的过冷奥氏体转变70

4.2.1珠光体转变70

4.2.2马氏体转变72

4.2.3贝氏体转变74

4.2.4各组织的冲击韧性比较76

4.2.5过冷奥氏体的转变动力学曲线77

4.3钢的硬度和淬透性80

4.3.1钢的硬度80

4.3.2淬透性的定义80

4.3.3淬透性曲线的测量81

4.3.4淬透性曲线图81

4.3.5淬透性的计算81

4.4冷却机制及冷却曲线85

4.4.1液体淬火冷却机制85

4.4.2冷却曲线85

4.5冷却能力评价87

4.5.1表面换热系数87

4.5.2淬冷烈度87

4.6质量效应与等效冷速试样89

4.6.1质量效应89

4.6.2等效端淬距离89

4.6.3理想临界直径92

4.6.4等效冷速试样92

4.7性能预测与工艺设计93

4.7.1淬火硬度与对应马氏体组织含量的确定93

4.7.2淬火不完全度94

4.7.3回火温度与力学性能预测94

4.7.4淬火冷却工艺设计95

4.8钢的淬火应力、裂纹与畸变96

4.8.1淬火应力96

4.8.2淬火裂纹98

4.8.3淬火畸变100

4.9几种淬火冷却工艺101

4.9.1强烈淬火101

4.9.2水-空交替控时淬火104

4.9.3逆淬火107

4.9.4喷射淬火108

4.9.5气冷淬火111

4.10钢的冷处理114

4.10.1影响残留奥氏体量的因素114

4.10.2冷处理的工艺115

4.10.3冷处理的实现116

4.10.4冷处理的性能117

4.10.5冷处理的异议117

参考文献117

第5章金属热处理的模拟119

5.1热处理过程的模拟119

5.2热处理过程模拟的基础119

5.2.1基本物性参数119

5.2.2热传递计算120

5.2.3相变计算122

5.2.4应力和畸变计算122

5.3加热和冷却模拟实例123

5.3.1加热模拟123

5.3.2回火/正火的有限元模拟125

5.3.3淬火的有限元模拟125

参考文献129

第6章钢铁件的整体热处理130

6.1钢的热处理130

6.1.1钢的退火与正火130

6.1.2钢的淬火137

6.1.3钢的回火153

6.2铸铁的热处理160

6.2.1铸铁的分类和应用160

6.2.2铸铁热处理基础161

6.2.3白口铸铁的热处理168

6.2.4灰铸铁的热处理169

6.2.5球墨铸铁的热处理173

6.2.6可锻铸铁的热处理183

参考文献185

第7章表面热处理187

7.1感应热处理187

7.1.1感应加热原理187

7.1.2感应热处理基础192

7.1.3感应淬火工艺198

7.1.4感应淬火工艺参数208

7.1.5感应淬火件的回火221

7.1.6感应淬火零件的应力和畸变222

7.2火焰淬火228

7.2.1火焰加热方法228

7.2.2火焰喷嘴和燃料气229

7.2.3火焰淬火机床232

7.2.4火焰淬火工艺规范233

7.3高能束热处理236

7.3.1高能束热处理概述236

7.3.2激光淬火237

7.3.3激光退火243

7.3.4激光熔凝248

7.3.5激光合金化252

7.3.6激光熔覆255

7.3.7电子束热处理259

参考文献266

第8章化学热处理267

8.1钢的渗碳268

8.1.1渗碳原理268

8.1.2气体渗碳270

8.1.3其他渗碳方法277

8.1.4渗碳用钢及渗碳后的热处理280

8.1.5渗碳层的组织和性能283

8.1.6渗碳件质量检查、常见缺陷及防止措施284

8.2钢的碳氮共渗286

8.2.1碳氮共渗原理286

8.2.2气体碳氮共渗287

8.2.3其他碳氮共渗方法289

8.2.4碳氮共渗用钢及共渗后的热处理290

8.2.5碳氮共渗层的组织和性能292

8.2.6碳氮共渗工件质量检查与常见缺陷及防止措施293

8.3渗氮及其多元共渗294

8.3.1渗氮及其多元共渗原理294

8.3.2常用渗氮用钢及其预处理296

8.3.3渗氮299

8.3.4氮碳共渗308

8.3.5含氮多元共渗313

8.4渗金属及碳氮之外的非金属316

8.4.1渗硼316

8.4.2渗铝319

8.4.3渗锌322

8.4.4渗铬325

8.4.5熔盐碳化物覆层工艺327

8.4.6渗硫328

8.4.7渗硅、钛、铌、钒、锰329

8.4.8多元共渗与复合渗330

8.5真空及离子化学热处理332

8.5.1真空化学热处理332

8.5.2离子化学热处理343

参考文献362

第9章形变热处理364

9.1形变热处理原理与分类364

9.1.1形变热处理的发展与基本原理364

9.1.2形变热处理的工业应用和方法分类365

9.2低温形变热处理367

9.2.1低温形变热处理工艺367

9.2.2钢低温形变热处理后的组织370

9.2.3钢低温形变热处理后的力学性能372

9.2.4低温形变淬火强化机理377

9.3高温形变热处理379

9.3.1工艺参数对高温形变淬火效果的影响381

9.3.2高温形变淬火钢的组织384

9.3.3钢高温形变热处理后的力学性能386

9.3.4高温形变淬火强化机理393

9.3.5钢的锻热淬火394

9.3.6控制轧制397

9.4马氏体相变过程中的形变399

9.4.1形变诱发马氏体相变399

9.4.2变塑现象和变塑钢401

9.5马氏体相变后的形变403

9.5.1马氏体形变强化的特点403

9.5.2马氏体形变强化的原因403

9.5.3淬火马氏体的形变时效403

9.5.4回火马氏体的形变时效404

9.5.5大形变量马氏体的形变时效406

9.6形变与扩散型相变相结合的形变热处理407

9.6.1应力与形变对过冷奥氏体分解过程的影响407

9.6.2在扩散型相变前进行形变408

9.6.3在扩散型相变中进行形变(等温形变淬火)410

9.6.4在扩散型相变后进行形变412

9.7其他形变热处理方法414

9.7.1利用强化效果遗传性的形变热处理414

9.7.2预先形变热处理416

9.7.3多边化强化417

9.7.4表面形变热处理418

9.7.5形变化学热处理420

9.7.6晶粒超细化处理424

9.7.7复合形变热处理424

9.8有色金属的形变热处理424

9.8.1铝合金的形变热处理424

9.8.2铜合金的形变热处理425

参考文献425

第10章不锈钢、耐热钢与高温合金的热处理426

10.1不锈钢的热处理426

10.1.1不锈钢的分类及特点426

10.1.2不锈钢的牌号及表示方法426

10.1.3不锈钢中主要合金元素及作用427

10.1.4铁素体不锈钢的热处理428

10.1.5奥氏体不锈钢的热处理430

10.1.6双相不锈钢的热处理435

10.1.7马氏体不锈钢的热处理438

10.1.8沉淀硬化不锈钢的热处理441

10.1.9不锈钢的表面热处理444

10.2耐热钢的热处理447

10.2.1耐热钢的工作条件及性能要求447

10.2.2抗氧化用钢448

10.2.3热强钢449

10.3高温合金的热处理452

10.3.1高温合金的性能特征、分类及牌号452

10.3.2高温合金的合金元素和相结构452

10.3.3变形高温合金的热处理454

10.3.4铸造高温合金的热处理462

参考文献465

第11章有色金属的热处理466

11.1铜及铜合金的热处理466

11.1.1铜及铜合金简介466

11.1.2铜及铜合金的热处理方式467

11.1.3工业纯铜的热处理472

11.1.4黄铜的热处理473

11.1.5青铜的热处理475

11.1.6白铜的热处理479

11.2铝及铝合金的热处理479

11.2.1铝及铝合金简介479

11.2.2变形铝合金退火480

11.2.3变形铝合金的固溶处理与时效481

11.2.4其他热处理483

11.2.5变形铝合金加工及热处理状态标记484

11.2.6铸造铝合金的热处理487

11.2.7铝合金的热处理缺陷494

11.3镁合金的热处理494

11.3.1镁及镁合金简介494

11.3.2镁合金热处理的主要类型496

11.3.3热处理缺陷及防止方法497

11.3.4镁合金热处理安全技术497

11.4钛及钛合金的热处理498

11.4.1钛合金中的合金元素498

11.4.2钛及钛合金的分类499

11.4.3钛合金中的不平衡相变500

11.4.4钛合金的热处理工艺500

11.4.5影响钛合金热处理质量的因素502

11.5镍基合金的热处理502

11.5.1铸造镍基合金的热处理502

11.5.2固溶强化镍基合金的热处理505

11.5.3形状记忆镍基合金的热处理505

11.6难熔金属的退火506

11.6.1钨和钨合金的退火506

11.6.2钼和钼合金的退火508

11.6.3铌和铌合金的退火510

11.6.4钽和钽合金的退火511

11.6.5钼铼合金的退火513

参考文献514

第12章铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理515

12.1铁基粉末冶金件及其热处理515

12.1.1铁基粉末冶金材料的分类515

12.1.2铁基粉末冶金材料的标记方法516

12.1.3铁基粉末冶金件的制造工艺流程516

12.1.4烧结铁、钢粉末冶金件的性能516

12.1.5铁基粉末冶金件的热处理517

12.2钢结硬质合金及其热处理528

12.2.1钢结硬质合金简介528

12.2.2钢结硬质合金的热处理528

12.2.3钢结硬质合金的组织与性能531

12.3粉末高速钢及其热处理534

12.3.1粉末高速钢简介534

12.3.2热等静压和热挤压粉末高速钢534

12.4硬质合金及其热处理535

12.4.1硬质合金的分类和用途535

12.4.2影响硬质合金性能的因素536

12.4.3硬质合金的热处理536

12.4.4国外硬质合金牌号、性能和用途538

参考文献539

第13章功能合金的热处理541

13.1磁性合金的热处理541

13.1.1软磁合金的热处理541

13.1.2永磁合金的热处理545

13.2膨胀合金的热处理552

13.2.1低膨胀合金的热处理552

13.2.2高膨胀合金的热处理557

13.3高弹性合金的热处理558

13.3.1铁基高弹性合金558

13.3.2镍基高弹性合金562

13.4形状记忆合金及其定形热处理565

13.4.1钛镍形状记忆合金565

13.4.2铜基形状记忆合金570

13.4.3铁基形状记忆合金572

13.5阻尼合金582

13.5.1材料阻尼的概念和度量582

13.5.2阻尼合金的分类584

13.5.3阻尼合金的特性589

13.5.4阻尼合金的热处理589

参考文献603

第14章先进高强钢及其热处理604

14.1双相钢605

14.1.1热处理工艺605

14.1.2成分设计606

14.1.3热处理工艺对组织与性能的影响607

14.2相变诱发塑性钢608

14.2.1热处理工艺608

14.2.2成分设计609

14.2.3相变诱发塑性钢的显微组织609

14.2.4热处理工艺对相变诱发塑性钢的显微组织和力学性能的影响610

14.2.5相变诱发塑性钢中残留奥氏体的稳定性及其影响因素610

14.3孪生诱发塑性钢611

14.3.1热处理工艺611

14.3.2两种体系的成分设计及其力学性能612

14.3.3形变温度对力学性能的影响613

14.3.4中锰相变诱发塑性/孪生诱发塑性钢614

14.4淬火-分配钢616

14.4.1热处理工艺616

14.4.2成分设计617

14.4.3显微组织和力学性能617

14.5淬火-分配-回火钢618

14.5.1热处理工艺618

14.5.2成分设计619

14.5.3淬火-分配-回火钢显微组织预测的淬火-分配-回火局域平衡模型619

14.5.4淬火-分配-回火钢的显微组织及其与其他先进高强钢的比较620

14.5.5淬火-分配-回火钢与淬火-分配钢/淬火-回火钢力学性能的比较622

14.5.6碳含量同时提高淬火-分配-回火钢的强度和塑性622

参考文献623

第15章气相沉积技术624

15.1气相沉积薄膜的形成过程624

15.2气相沉积技术分类624

15.3主要气相沉积薄膜及其特性625

15.4化学气相沉积626

15.4.1化学气相沉积原理626

15.4.2化学气相沉积涂层的技术分类及特点627

15.4.3几种典型的化学气相沉积技术629

15.4.4化学气相沉积技术在装备制造零部件中的典型应用632

15.5物理气相沉积633

15.5.1物理气相沉积概述633

15.5.2磁控溅射镀膜635

15.5.3电弧离子镀膜637

15.5.4离子镀膜技术的进展639

15.5.5装备制造零部件常用PVD涂层642

15.6等离子体化学气相沉积644

15.7气相沉积技术的特点及典型应用646

参考文献648

第16章喷丸强化649

16.1喷丸强化原理649

16.2喷丸强化的技术参数650

16.2.1喷丸强度650

16.2.2覆盖率654

16.2.3弹丸655

16.2.4喷丸区域663

16.3喷丸强化工艺与质量控制663

16.3.1喷丸工艺的实现663

16.3.2开发喷丸工艺的准则666

16.3.3喷丸工艺过程667

参考文献668

第17章其他热处理技术669

17.1磁场热处理669

17.1.1磁场对材料固态相变的影响669

17.1.2磁场热处理对材料性能的影响及应用672