译者序

序

前言

使用计量单位说明

第1章概论1

1.1钢的热处理过程控制——导言1

1.1.1时间-温度曲线4

1.1.2温度均匀性检测5

1.1.3炉内气氛10

1.1.4淬冷参数12

1.1.5工艺能力和生产能力 13

1.1.6试验设计15

1.1.7试件19

1.1.8机械动作部件21

致谢22

参考文献22

1.2热处理的成本计算22

1.2.1概述22

1.2.2运营细节23

1.2.3成本分类23

1.2.4采集消耗/成本数据24

1.2.5成本构成的配置25

1.2.6吸热式气氛成本的确定28

1.2.7结语35

参考文献35

1.3热处理的相关问题35

1.3.1加热和冷却过程中的相变36

1.3.2冷却过程和钢的相变40

1.3.3回火44

1.3.4材料和工艺对畸变的影响48

1.3.5淬冷57

1.3.6切削加工65

1.3.7磨削70

1.3.8残留奥氏体72

1.3.9非金属夹杂物76

1.3.10合金贫化80

1.3.11高温转变产物80

1.3.12脱碳80

1.3.13碳化物82

1.3.14显微组织特性84

1.3.15喷丸88

1.3.16结论90

致谢91

参考文献91

延伸阅读96

1.4钢的脱碳机理、模型、预防、修复及其

对零件寿命的影响96

1.4.1基本化学反应96

1.4.2扩散基础模型96

1.4.3铁素体在脱碳过程中的作用98

1.4.4脱碳过程中的等温相变98

1.4.5合金化对脱碳倾向的影响99

1.4.6脱碳对钢和铸铁性能的影响99

1.4.7容易诱发脱碳的工艺100

1.4.8典型脱碳数据100

1.4.9感应淬火的实际影响101

参考文献102

第2章热处理设备和控制103

2.1热处理炉的分类103

2.1.1间歇式炉106

2.1.2连续式炉115

2.1.3回收和再生125

2.1.4炉温均匀性127

2.1.5热处理炉保温127

2.1.6炉子安全性129

参考文献130

2.2热处理炉内气氛130

2.2.1经验流量公式131

2.2.2气体的基本原理131

2.2.3基本气体及蒸气132

2.2.4热处理气氛反应134

2.2.5预制气氛的分类136

2.2.6炉内气氛的危害138

2.2.7放热式发生气氛141

2.2.8吸热式发生气氛143

2.2.9放热-吸热式气氛146

2.2.10裂解氨式基础气氛148

2.2.11工业氮基气氛149

2.2.12氩气气氛159

2.2.13氢气气氛159

2.2.14真空回填气氛、分压操作及淬火162

2.2.15评估气氛需求165

参考文献166

2.3热处理炉内气氛的控制167

2.3.1热处理气氛的基本原理167

2.3.2碳势控制168

2.3.3炉内气氛控制169

2.3.4气氛气源的控制170

2.3.5通入气体的控制171

2.3.6气体成分的实验室分析173

2.3.7分析气体的采样174

2.3.8控制气体的采样 175

2.3.9气体分析仪176

2.3.10分析仪推荐 184

参考文献185

2.4热处理的温度控制185

2.4.1影响温度控制的因素185

2.4.2温度控制仪表186

2.4.3温标188

2.4.4热电偶188

2.4.5热电偶检查规程194

2.4.6电阻温度传感器 197

2.4.7非接触式温度传感器197

2.4.8测量和控制仪表203

2.4.9能量流调节器206

2.4.10SAE-AMS 2750标准208

参考文献209

2.5热处理设备的控制209

2.5.1机械传动210

2.5.2监测循环风机和淬火搅拌器/泵211

2.5.3流量测量和控制211

2.5.4控制器214

2.5.5燃气炉的控制回路215

2.5.6燃烧器控制215

2.5.7温度控制216

2.5.8真空控制系统216

2.5.9图表和操作界面217

2.5.10监控和数据采集（SCADA）

系统218

2.5.11过程的优化和生产效率的提高218

参考文献220

2.6真空热处理过程220

2.6.1真空炉220

2.6.2真空热处理的特殊应用235

致谢241

参考文献241

2.7感应热处理系统241

2.7.1发展历程241

2.7.2感应加热电源242

2.7.3夹具和工件输送装置250

2.7.4加热单元250

2.7.5负载匹配252

2.7.6淬火系统254

2.7.7感应线圈255

2.7.8线圈的设计和选择259

2.7.9感应器的构造263

致谢267

参考文献267

2.8盐浴热处理和设备268

2.8.1优越性268

2.8.2盐269

2.8.3盐浴热处理270

2.8.4盐浴设备273

2.8.5外热式盐浴炉274

2.8.6插入式电极炉275

2.8.7埋入式电极炉279

2.8.8等温淬火炉281

2.8.9应用282

参考文献283

2.9流化床热处理设备284

2.9.1流化床热处理原理284

2.9.2流化床炉的设计286

2.9.3流化气体和热处理气氛287

2.9.4流化床炉的加热系统289

2.9.5流化床炉的应用292

2.9.6流化床炉的操作294

参考文献294

2.10热处理炉零件、料盘和夹具材料295

2.10.1概述295

2.10.2高温腐蚀295

2.10.3耐热合金297

2.10.4铸造材料和锻造材料的对比300

2.10.5典型应用303

2.10.6碳化硅辐射管308

致谢310

参考文献310

第3章淬火冷却介质与冷却技术311

3.1铁基合金热处理用淬火冷却介质311

3.1.1淬火冷却机制311

3.1.2水和无机盐溶液312

3.1.3聚合物淬火冷却介质316

3.1.4淬火油324

3.1.5熔盐332

3.1.6淬火油的性能控制335

3.1.7聚合物淬火冷却介质性能的控制340

参考文献342

选择参考文献342

3.2淬火系统的搅拌和设计343

3.2.1淬火槽设计343

3.2.2淬火槽类型343

3.2.3淬火槽尺寸347

3.2.4淬火槽制造和材料348

3.2.5搅拌348

3.2.6配套设备367

3.2.7辅助设备及其维护370

参考文献371

3.3钢淬火冷却介质的冷却因子372

3.3.1概述372

3.3.2淬火因子的试验确定373

3.3.3淬火因子的相关关系373

3.3.4淬火冷却介质特性应用377

3.3.5TTP曲线的应用377

3.3.6总结378

参考文献378

3.4钢丝冷却曲线分析379

3.4.1钢丝的索氏体化处理379

3.4.2冷却曲线分析用材料和试验方法380

3.4.3试验结果与讨论380

3.4.4索氏体化处理所要求的冷却过程382

3.4.5珠光体转变开始的温度和时间384

3.4.6结论384

参考文献385

3.5淬火过程的声学表征386

3.5.1声音发射的测量387

3.5.2结果389

3.5.3总结392

参考文献393

3.6熔融金属淬火393

3.6.1熔融铅393

3.6.2熔融铋394

3.6.3熔融钠394

参考文献395

3.7纳米流体用作工业热处理淬火冷却

介质395

3.7.1纳米流体的热物理性能397

3.7.2纳米流体的润湿特性403

3.7.3纳米流体的沸腾传热特性404

3.7.4纳米粒子的加入对工件显微组织和

力学性能的影响405

3.7.5纳米粒子的加入对润湿动力学和运

动学的影响406

3.7.6总结408

参考文献408

第4章畸变和残余应力414

4.1热处理应力和畸变的基本原理414

4.1.1尺寸和形状变化的测量与评估414

4.1.2热处理过程中应力和畸变产生

的机理418

4.1.3热处理的尺寸和形状变化

及其应力变化421

4.1.4可以避免的尺寸和形状变化429

4.1.5加热、奥氏体化和渗碳的作用431

致谢432

参考文献432

选择参考文献434

4.2淬火与回火过程的残余应力和畸变434

4.2.1基本原理434

4.2.2理想线弹性材料在淬火过程中的

应力变化440

4.2.3弹塑性材料在淬火过程中的应力

变化443

4.2.4整体淬火引起的畸变450

4.2.5表面淬火过程中的应力变化451

4.2.6表面淬火引起的畸变454

4.2.7总结455

致谢456

参考文献456

4.3化学热处理的残余应力和畸变459

4.3.1渗碳过程中的残余应力变化459

4.3.2渗碳淬火引起的零件应力变化460

4.3.3渗碳对畸变的影响463

4.3.4用TTT图研究淬火过程中的

畸变变化464

4.3.5由加热引起畸变的特点465

4.3.6由渗碳和淬火引起畸变的特点465

4.3.7渗氮中的残余应力变化471

4.3.8不同工艺步骤中残余应力的产生471

4.3.9扩散区473

4.3.10化合物层473

4.3.11小结476

4.3.12渗氮过程中的畸变476

4.3.13渗氮工艺的影响476

4.3.14合金含量的影响476

4.3.15零件几何形状的影响477

4.3.16畸变预测477

参考文献477

4.4畸变工程479

4.4.1畸变参数和变量的识别480

4.4.2畸变机理的识别489

4.4.3畸变补偿方法的开发502

致谢502

参考文献503

选择参考文献504

4.5钢热处理过程的建模与模拟——组织、

畸变、残余应力和开裂的预测504

4.5.1热处理模拟发展历史与先进性505

4.5.2热处理模拟基础507

4.5.3材料数据517

4.5.4工艺数据524

4.5.5模拟验证527

4.5.6应用案例528

4.5.7总结和展望565

致谢566

参考文献566

第5章参考资料580

5.1气氛使用指南580

参考文献583

5.2气体性能583

5.2.1炉内气氛586

5.2.2燃烧效率586

5.2.3燃烧性能和传热586

参考文献594

5.3加热时间和保温时间594

5.3.1加热时间594

5.3.2淬火594

5.3.3回火595

参考文献596

5.4热传递方程596

5.4.1热传导597

5.4.2对流换热619

5.4.3热辐射631

参考文献639

选择参考文献639

本书是对《美国金属学会热处理手册A卷钢的热处理基础和工艺流程》的延续。和上版一样，其目的是为各类从事热处理生产、研究的群体，包括研究人员、工程师、技术员和大学生提供综合参考，按照其各种不同工作和熟练程度满足其不同的需求。

本书包括钢的热处理设备、运行和工艺方面的内容。其中包括工艺控制手段和影响钢的热处理生产效果和经济性的各种规程参数。本书开始部分介绍了过程控制总概念，讨论了热处理作业中最重要变数之一的炉温均匀性的评价方法，还介绍了成本计算和热处理出现问题的原因，如热处理前和实施过程中的脱碳、淬火畸变和开裂等。

修改和新增补章节包括现代炉型、耐火部件、控制、气氛控制、测温、淬火冷却介质、淬火冷却和搅拌系统。另外，本书也针对畸变和残余应力控制难题给出了当代工程前景。这一关键课题是解决钢在热处理过程中遇到的一些难题的核心。残余应力和畸变控制的工程理论（包括计算机模型和模拟）是值得肯定的，在实际生产中的应用不断拓展，前景光明。不论全能型热处理厂还是热处理加工车间都需求更具柔性化和可信效果，这是一种工艺过程的改进。在此项工作中，我们要特别感谢卡尔斯鲁尔理工技术学院的沃克尔·舒尔茨教授(Prof.Volker Schulze)、材料科学基础研究所的托马斯·鲁本博士（Dr.Thomas Lübben），他们为残余应力和畸变工程章节的编写付出了艰辛努力。

如同其他分册的编写出版工作，本书也在编写范围和成果取舍方面有综合考虑。例如，对淬火冷却系统中冷却介质的处理和过滤的介绍用了较多篇幅，对通用设备的设计和维护的介绍也更加详细。另外，某些专题（例如“热传导方程”）可能超出了常规热处理工作内容的范围，尽管热处理同行能够成功地依靠实际经验确定加热和冷却规范，但是日常还需要一定的理论能够为突发事件的分析提供坚实基础。

最后，我们对所有作者和审稿人表示感谢，他们为本书的撰写、编辑和出版付出了时间，没有他们的辛劳，本书是不可能问世的。

Jon L.Dossett

George E.Totten