1）本书聚焦热处理工艺、组织、性能与应用，主要内容包括：金属热处理术语、热处理工艺基础、热处理工艺、感应热处理、高能束热处理、化学热处理、形变热处理、铸铁的热处理、有色金属的热处理、铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理、热处理缺陷和失效分析、热处理与力学性能、热处理温度测量、热处理设备、齿轮的热处理、轴承的热处理、轴类零件的热处理、工具的热处理、模具的热处理、大型锻件的热处理。
2）本书采用现行的热处理相关技术标准资料，内容全面，图表丰富，查阅方便，综合性、实用性和操作性强。本书可供热处理工程技术人员、质量检验和生产管理人员使用，也可供科研人员、设计人员、相关专业的在校师生参考。
3）本书按照中国科学技术协会以及中国机械工程学会对材料热处理工程师能力评价的统一标准要求编写而成，其目的在于为参加中国科学技术协会“材料成形与改性（热处理）以及材料成形与改性（金相）工程能力”评价提供一份系统的、全面的培训学习指导资料。书后附录给出的“材料热处理工程师综合能力考查习题库”（包括选择题、简答题、综合知识应用题），汇集热处理基础理论、实践应用和标准化等相关内容，可用于考查学员的热处理基本水平和实践应用能力。该题库已成为“中国大学生材料热处理创新创业赛”的经典题库，众多高校将其列入实习和毕业设计用热处理方案的设计来源资料。因此，本书可作为材料热处理工程师和见习工程师考试指导用书，也可作为“中国大学生材料热处理创新创业赛”的参考书。

本书聚焦热处理工艺、组织、性能与应用，按照对材料热处理工程师能力评价的统一标准要求编写而成。其主要内容包括：金属热处理术语、热处理工艺基础、热处理工艺、感应热处理、高能束热处理、化学热处理、形变热处理、铸铁的热处理、有色金属的热处理、铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理、热处理缺陷和失效分析、热处理与力学性能、热处理温度测量、热处理设备、齿轮的热处理、轴承的热处理、轴类零件的热处理、工具的热处理、模具的热处理、大型锻件的热处理。书后附录给出了“材料热处理工程师综合能力考查习题库”，供读者学习参考。本书采用现行的热处理相关技术标准资料，内容全面，图表丰富，查阅方便，综合性、实用性和操作性强。
本书可供热处理工程技术人员、质量检验和生产管理人员使用，也可供科研人员、设计人员、相关专业的在校师生参考，还可作为材料热处理工程师和见习工程师考试指导用书。

徐跃明，研究员，中国机械工程学会热处理分会主任委员，全国热处理标准化技术委员会主任，国务院津贴专家。历任北京机电研究所行业中心副主任、主任，北京机电研究所副所长等职。主要从事材料热处理工艺研究与设备开发，材料热处理领域的科技交流、标准化、科技期刊编辑等行业工作。建立和完善了我国热处理标准化技术体系，起草国家和行业标准 50余项。主持和参与国家和省部级科技项目多项，是国家科技部重点研发计划首席科学家。获省部级特等奖一项、一等奖一项(第一)、二等奖三项(第二)等科技成果奖 10 余项。主持和参与编写《中国热处理与表层改性技术路线图》《2035中国热处理发展纲要》等行业发展战略，主编《热处理手册》《热处理工程师手册》《热处理技术数据手册》《材料大典一热处理卷》等，发表科技论文40余篇。担任《金属热处理》主编及对个科技期刊编委。2025年8月，国际热处理与表面工程联合会授予徐跃明教授“IFHTSE Fellowship”称号。
李俏，研究员，中国机械工程学会热处理分会秘书长，全国热处理标准化技术委员会秘书长。主要从事材料热处理技术与标准化行业服务工作。参与编写出版著作两本；参与或主持制定标准20多项，参与制定的GB/T 9452—2012《热处理炉有效加热区测定》获“中国标准创新贡献奖”二等奖和中国机械工业科学技术三等奖。

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2
1.2.1退火类2
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6
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8
1.2.9多元共渗类8
1.3组织与性能术语8
1.3.1组织类8
1.3.2性能类12
1.3.3热处理缺陷类13
第2章热处理工艺基础14
2.1热处理中的扩散14
2.2Fe-Fe3C相图16
2.2.1Fe-Fe3C相图中的相变16
2.2.2钢的分类19
2.2.37类合金的转变和室温组织19
2.2.4碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响22
2.2.5合金元素对钢中组织转变温度的影响24
2.3钢的加热24
2.3.1珠光体向奥氏体转变24
2.3.2贝氏体和马氏体向奥氏体转变26
2.3.3奥氏体化的动力学26
2.3.4钢加热时的奥氏体晶粒长大28
2.3.5过热和过烧29
2.4钢的冷却31
2.4.1珠光体转变31
2.4.2马氏体转变34
2.4.3贝氏体转变36
2.4.4过冷奥氏体的转变动力学曲线39
2.4.5冷却机制及冷却曲线42
第3章热处理工艺46
3.1退火46
3.2正火49
3.3淬火50
3.3.1淬透性与淬硬性50
3.3.2淬火工艺51
3.3.3真空淬火53
3.3.4提高钢强韧性的淬火工艺54
3.4回火57
3.4.1钢在回火时的转变57
3.4.2回火工艺60
3.4.3钢回火后的力学性能61
3.4.4回火脆性62
3.5冷处理与深冷处理64
第4章感应热处理66
4.1感应加热原理66
4.1.1电磁感应和趋肤效应66
4.1.2感应加热的其他效应67
4.2感应热处理工艺基础68
4.2.1快速加热对相变温度及相变动力学的影响68
4.2.2快速加热对组织与性能的影响69
4.2.3原始组织对快速加热相变的影响72
4.2.4适合感应热处理的钢73
4.3感应淬火工艺方法74
4.3.1常用感应淬火方法74
4.3.2感应器75
4.3.3淬火介质78
4.4感应淬火工艺参数79
4.4.1电流频率选择79
4.4.2功率和时间的确定79
第5章高能束热处理81
5.1激光淬火82
5.1.1激光淬火的组织转变特点83
5.1.2激光扫描方式84
5.1.3激光淬火工艺及组织84
5.1.4激光淬火层的性能85
5.1.5激光淬火的应用86
5.2激光熔凝86
5.2.1激光熔凝工艺86
5.2.2激光熔凝层性能87
5.2.3激光熔凝的应用87
5.3激光合金化88
5.3.1激光合金化方法89
5.3.2激光合金化的应用90
5.4激光熔覆91
5.4.1激光熔覆工艺91
5.4.2激光熔覆的应用93
5.5电子束热处理94
5.5.1电子束淬火94
5.5.2电子束表面熔凝95
5.5.3电子束表面合金化95
第6章化学热处理97
6.1钢的渗碳98
6.1.1渗碳原理98
6.1.2气体渗碳100
6.1.3渗碳钢及渗碳后的热处理103
6.1.4渗碳常见缺陷及防止措施105
6.2钢的碳氮共渗106
6.2.1碳氮共渗原理106
6.2.2气体碳氮共渗108
6.2.3碳氮共渗用钢及共渗后的热处理109
6.2.4碳氮共渗常见缺陷及防止措施111
6.3渗氮及其多元共渗112
6.3.1渗氮及其多元共渗原理112
6.3.2渗氮钢及其预备热处理113
6.3.3渗氮工艺114
6.3.4氮碳共渗120
6.3.5含氮多元共渗123
6.4渗金属及碳氮之外的非金属123
6.4.1渗硼123
6.4.2渗铝126
6.4.3渗锌127
6.4.4渗铬128
6.4.5熔盐碳化物覆层工艺128
6.4.6渗硫130
6.4.7渗硅、钛、铌、钒、锰130
6.5真空化学热处理131
6.5.1真空渗碳132
6.5.2真空渗氮137
6.6离子化学热处理139
6.6.1离子渗氮139
6.6.2离子渗碳143
6.6.3离子渗硫144
6.6.4离子渗金属145
6.6.5不锈钢离子表面硬化146
6.6.6钛合金离子表面硬化147
第7章形变热处理150
7.1低温形变热处理151
7.1.1低温形变热处理工艺151
7.1.2钢低温形变热处理后的组织156
7.1.3低温形变淬火强化机理157
7.2高温形变热处理158
7.2.1高温形变淬火工艺159
7.2.2高温形变淬火钢的组织161
7.2.3高温形变淬火强化机理163
7.2.4钢的锻热淬火164
第8章铸铁的热处理166
8.1铸铁热处理基础167
8.2白口铸铁的热处理175
8.3灰铸铁的热处理175
8.4球墨铸铁的热处理178
8.5可锻铸铁的热处理180
第9章有色金属的热处理183
9.1铜及铜合金的热处理183
9.2铝及铝合金的热处理185
9.3镁合金的热处理192
9.4钛及钛合金的热处理194
第10章铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理200
10.1铁基粉末冶金件及其热处理200
10.2钢结硬质合金及其热处理206
10.3硬质合金及其热处理209
第11章热处理缺陷和失效分析212
11.1热处理缺陷212
11.2热处理件失效214
11.3热处理失效分析216
11.3.1热处理裂纹216
11.3.2热处理变形218
11.3.3热处理应力220
11.3.4热处理组织不良222
11.3.5力学性能不合格223
11.3.6脆性225
第12章热处理与力学性能227
12.1热处理与强度227
12.1.1拉伸试验227
12.1.2硬度试验229
12.1.3其他静加载下的力学性能试验231
12.1.4材料强化机理231
12.1.5热处理强化233
12.2热处理与韧性237
12.2.1冲击试验238
12.2.2断裂韧度238
12.2.3钢的组织与韧性239
12.2.4热处理工艺与韧性240
12.3热处理与疲劳性能243
12.3.1疲劳试验243
12.3.2热处理组织对疲劳性能的影响244
12.3.3夹杂物对疲劳性能的影响244
12.3.4残余应力对疲劳性能的影响245
12.3.5冲击疲劳（多次冲击）246
12.4热处理与耐磨性247
12.4.1磨料磨损247
12.4.2黏着磨损249
12.4.3接触疲劳249
12.4.4残余应力和耐磨性250
12.4.5改善耐磨性的工艺方法252
第13章热处理温度测量253
13.1热处理设备和仪表系统分类253
13.1.1热处理炉分类253
13.1.2热处理仪表系统分类254
13.2热电偶254
13.3系统准确度测量259
13.4温度均匀性测量260
第14章热处理设备263
14.1热处理设备分类与基本要求263
14.1.1热处理设备分类263
14.1.2热处理设备的技术经济指标265
14.2可控气氛热处理炉267
14.2.1可控气氛箱式多用炉267
14.2.2底装料立式多用炉272
14.2.3井式可控气氛炉276
14.2.4气体渗氮炉278
14.2.5推杆式连续可控气氛炉287
14.2.6辊底式连续可控气氛炉292
14.2.7网带式连续可控气氛炉295
14.2.8转底式连续可控气氛炉297
14.2.9罩式热处理炉299
14.3真空热处理炉301
14.3.1真空加热301
14.3.2真空热处理炉的基本结构和特点305
14.3.3真空淬火炉308
14.3.4真空高压气淬炉311
14.3.5真空低压渗碳炉317
14.3.6真空回火炉319
14.3.7真空退火炉320
14.3.8真空热处理生产线320
14.4离子热处理设备322
14.4.1离子渗氮炉322
14.4.2离子渗碳炉327
14.4.3离子渗硫炉328
14.4.4双层辉光离子渗金属炉329
14.5大型铸锻件热处理设备330
14.5.1开合式热处理设备330
14.5.2大型井式联合机组热处理设备332
14.5.3台车式热处理炉333
14.5.4室式炉自动热处理生产线334
14.6铝合金热处理炉335
14.6.1立式铝合金热处理炉335
14.6.2辊底式铝合金热处理炉336
14.6.3链板式铝合金热处理炉338
14.6.4多层箱式铝合金热处理炉339
第15章齿轮的热处理341
15.1齿轮的调质341
15.2齿轮的表面淬火343
15.2.1齿轮的感应淬火343
15.2.2低淬透性钢齿轮的感应淬火351
15.2.3表面淬火齿轮的畸变351
15.2.4表面淬火齿轮的常见缺陷及防止措施352
15.3齿轮的渗碳和碳氮共渗352
15.3.1齿轮渗碳和碳氮共渗技术要求352
15.3.2齿轮渗碳及碳氮共渗工艺353
15.3.3渗碳和碳氮共渗齿轮的常见缺陷及防止措施359
15.4齿轮的渗氮360
15.4.1齿轮渗氮技术要求360
15.4.2齿轮的渗氮工艺361
15.4.3渗氮齿轮的常见缺陷及防止措施365
第16章轴承的热处理366
16.1高碳铬钢轴承零件淬火366
16.1.1预备热处理366
16.1.2最终热处理370
16.2高碳铬钢轴承零件贝氏体等温淬火和马氏体分级淬火375
16.3轴承零件的真空热处理376
16.4高碳铬钢轴承零件预渗氮和碳氮共渗377
16.5渗碳钢制轴承零件的热处理378
16.6耐蚀轴承零件的热处理379
16.7高温轴承零件的热处理382
第17章轴类零件的热处理388
17.1曲轴的热处理388
17.2凸轮轴的热处理393
17.3半轴的热处理396
17.4轨道交通车轴的热处理401
17.5机床主轴的热处理403
17.6机床丝杠的热处理408
第18章工具的热处理413
18.1工具用钢及质量要求413
18.1.1工具用钢413
18.1.2工具用钢的质量要求413
18.2工具钢的热处理工艺415
18.2.1碳素工具钢与合金工具钢的热处理工艺415
18.2.2高速工具钢的热处理工艺419
第19章模具的热处理429
19.1冷作模具的热处理429
19.1.1冷作模具材料的选用429
19.1.2冷作模具的热处理工艺431
19.2热作模具的热处理434
19.2.1热作模具材料的选用434
19.2.2热作模具的热处理工艺435
19.3塑料模具的热处理441
19.3.1塑料模具材料的选用441
19.3.2塑料模具钢的热处理工艺441
19.4模具的真空热处理443
19.5模具的表面强化446
第20章大型锻件的热处理449
20.1大型锻件的锻后热处理449
20.1.1大型锻件中的白点与氢脆449
20.1.2大型锻件的晶粒细化问题450
20.1.3大型锻件锻后热处理的基本工艺类型与典型工艺曲线451
20.2大型锻件的最终热处理455
20.2.1大型锻件淬火、正火时的加热455
20.2.2大型锻件淬火、正火时的冷却458
20.2.3大型锻件的回火462
20.3热轧工作辊的热处理465
20.4冷轧工作辊的热处理466
附录材料热处理工程师综合能力考查习题库470
附录A选择题470
附录B简答题477
附录C综合知识应用题479
参考文献483

热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织与性能的工艺，它通过调节和控制多层级微观结构与组织形态，赋予金属材料不同的性能。热处理主导了航空航天、国防军工、轨道交通、新能源装备、汽车载具、矿山机械、石油化工、海洋船舶等高端装备关键基础件的性能调控，是先进制造不可或缺的基础环节，其水平高低直接决定了高性能材料与高端装备关键零件的性能、寿命和可靠性。
本书聚焦热处理工艺、组织、性能与应用，按照中国科学技术协会以及中国机械工程学会对材料热处理工程师能力评价的统一标准要求编写而成，其目的在于为参加中国科学技术协会“材料成形与改性（热处理）以及材料成形与改性（金相）工程能力”评价提供一份系统的、全面的培训学习指导资料。书中主要内容包括：金属热处理术语、热处理工艺基础、热处理工艺、感应热处理、高能束热处理、化学热处理、形变热处理、铸铁的热处理、有色金属的热处理、铁基粉末冶金件及硬质合金的热处理、热处理缺陷和失效分析、热处理与力学性能、热处理温度测量、热处理设备、齿轮的热处理、轴承的热处理、轴类零件的热处理、工具的热处理、模具的热处理、大型锻件的热处理。书后附录给出的“材料热处理工程师综合能力考查习题库”（包括选择题、简答题、综合知识应用题），汇集热处理基础理论、实践应用和标准化等相关内容，可用于考查学员的热处理基本水平和实践应用能力。该题库已成为“中国大学生材料热处理创新创业赛”的经典题库，众多高校将其列入实习和毕业设计用热处理方案的设计来源资料。
本书采用了现行的热处理相关技术标准资料，内容全面，图表丰富，层次分明，重点突出，查阅方便，综合性、实用性和操作性强。本书可供热处理工程技术人员、质量检验和生产管理人员使用，也可供科研人员、设计人员、相关专业的在校师生参考，还可作为材料热处理工程师和见习工程师培训考试指导用书。
在本书编写过程中，参考了大量热处理技术文献资料，尤其是中国机械工程学会热处理分会组编的第5版《热处理手册》，并得到《金属热处理》编辑部韩永珍正高级工程师、朱嘉编辑等同志的大力支持，在此谨向所有文献作者和编辑人员致以谢意。
本书涉及内容较多，给编写带来了一定难度，又鉴于作者水平所限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。

作者