钢铁材料的热处理 美国金属学会热处理手册 D卷PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 钢的选材和热处理设计问题 1

1.1.1 简介 1

1.1.2 热处理零件的钢种选择 4

1.1.3 残余应力 6

1.1.4 变形 9

1.1.5 尺寸变形计算 12

1.1.6 变形控制技术 15

1.1.7 脱碳 17

1.1.8 加热中的问题 19

1.1.9 热处理裂纹 20

1.1.10 与材料相关的问题 22

1.1.11 与设计相关的问题 23

1.1.12 热处理设计实例 24

参考文献 29

1.2 淬火钢的选择 30

1.2.1 合金化 31

1.2.2 合金的选择 35

1.2.3 淬火硬化层深度 39

1.2.4 拉伸力学性能 43

1.2.5 硬度和淬透性与耐磨性 45

1.3 钢的淬火开裂倾向模拟 48

1.3.1 淬火开裂的早期研究 48

1.3.2 淬火开裂的分析和模拟 54

1.3.3 淬火开裂模拟实例 57

1.3.4 使用模拟预防淬火开裂 61

参考文献 62

1.4 表面硬化钢的选择 64

1.4.1 渗碳钢 65

1.4.2 碳氮共渗钢 71

1.4.3 渗氮钢 72

1.4.4 感应或火焰淬火钢 73

参考文献 74

1.5 渗碳钢的选择 75

1.5.1 渗碳钢的淬透性 75

1.5.2 淬火冷却介质 76

1.5.3 渗碳应力分析 76

1.5.4 渗碳层深度和类型 77

1.5.5 热处理工艺 79

1.5.6 渗碳齿轮钢 81

参考文献 85

1.6 渗碳钢的微观组织和性能 85

1.6.1 渗碳浓度和硬度梯度 86

1.6.2 马氏体和残留奥氏体 86

1.6.3 合金元素的影响 88

1.6.4 奥氏体晶间断裂 89

1.6.5 渗碳钢中的微裂纹 91

1.6.6 过多的残留奥氏体和碳化物 91

1.6.7 残余应力 93

1.6.8 表面和内氧化 94

1.6.9 疲劳机制 95

参考文献 96

1.7 渗氮层组织和性能 99

1.7.1 渗氮层 99

1.7.2 渗氮钢类型 99

1.7.3 渗氮工艺及其对组织和性能的影响 101

1.7.4 展望 106

参考文献 106

第2章 碳钢和低合金钢的热处理 108

2.1 碳钢的热处理 108

2.1.1 统一编号系统（UNS） 110

2.1.2 热处理工艺 112

2.1.3 碳钢的热处理分类 115

2.1.4 组织转变图 116

2.1.5 碳钢的淬透性 122

2.1.6 回火 127

2.1.7 热处理指导 128

2.1.8 易切削钢 132

2.1.9 铸造碳钢 133

参考文献 135

选择阅读 135

2.2 低合金钢的热处理 136

2.2.1 低合金钢的分类 136

2.2.2 合金元素的作用 145

2.2.3 锰系低合金钢 156

2.2.4 钼系低合金钢 161

2.2.5 铬－钼系低合金钢 168

2.2.6 镍－铬－钼系低合金钢 175

2.2.7 镍－钼系低合金钢 187

2.2.8 铬系低合金钢 192

2.2.9 铬－钒系低合金钢 199

2.2.10 硅－锰系低合金钢 200

参考文献 202

2.3 空冷淬火高强度结构钢的热处理 202

2.3.1 空冷淬火钢的热处理原理 203

2.3.2 空冷淬火高强度结构钢的热处理实践 204

2.3.3 空冷淬火马氏体不锈钢的热处理实践 211

参考文献 215

2.4 硼钢的热处理 215

2.4.1 硼钢的淬透性 215

2.4.2 硼钢的热处理工艺 217

2.4.3 硼钢热处理模拟 223

2.4.4 硼钢的应用 224

参考文献 226

2.5 铜析出强化钢的热处理 226

2.5.1 概述 227

2.5.2 应用 227

2.5.3 美国材料和试验协会标准 227

2.5.4 铜析出强化钢的相组织 229

2.5.5 铜析出强化钢的成分和合金元素作用 230

2.5.6 形变热处理 231

2.5.7 热处理工艺 231

2.5.8 热处理工艺、微观组织和力学性能之间的关系 239

致谢 241

参考文献 241

2.6 钢制齿轮的热处理 245

2.6.1 齿轮热处理的概述 246

2.6.2 大型齿轮的热处理 257

2.6.3 工艺过程建模与设计优化 258

2.6.4 综合计算材料工程和设计优化 261

参考文献 262

2.7 轴承的热处理 264

2.7.1 轴承类型 264

2.7.2 轴承的设计参数、性能特点和材料要求 265

2.7.3 金相组织要求和热处理工艺选择 265

2.7.4 整体淬火 266

2.7.5 马氏体热处理 266

2.7.6 热处理变形控制 266

2.7.7 整体淬火轴承钢尺寸的稳定性 267

2.7.8 整体淬火轴承钢晶粒尺寸 268

2.7.9 影响整体淬火轴承钢的淬火问题 268

2.7.10 52100轴承钢系列中的高淬透性钢 270

2.7.11 贝氏体热处理（贝氏体等温淬火） 270

2.7.12 特殊用途整体淬火轴承钢 272

2.7.13 复合强化 277

2.7.14 渗碳 277

2.7.15 专用渗碳钢 279

2.7.16 专用钢的渗碳和渗氮 281

2.7.17 碳氮共渗 283

2.7.18 感应淬火 285

参考文献 286

2.8 锻造直接热处理工艺与技术 288

2.8.1 锻热淬火和直接热处理的定义和用途 288

2.8.2 直接热处理的微合金钢 291

2.8.3 控制轧制技术生产细晶组织棒材和线材 294

2.8.4 碳含量对微合金直接热处理（DHT）钢韧性的影响 294

2.8.5 微合金钢生产典型汽车零部件的应用 297

2.8.6 连杆 298

2.8.7 锻热直接热处理设备 299

参考文献 300

2.9 粉末冶金钢的热处理 301

2.9.1 粉末冶金工艺概述 302

2.9.2 粉末冶金钢的牌号命名 305

2.9.3 粉末冶金钢热处理简介 307

2.9.4 孔隙率对粉末冶金钢热处理的影响 307

2.9.5 合金元素含量对粉末冶金钢淬透性的影响 310

2.9.6 原料粉对均质性的影响 312

2.9.7 淬火和回火 313

2.9.8 烧结硬化 316

2.9.9 温压成形 317

2.9.10 粉末锻造 317

2.9.11 表面硬化 318

2.9.12 渗氮 319

2.9.13 蒸汽处理 320

2.9.14 发黑处理 320

2.9.15 感应淬火 321

致谢 322

参考文献 322

第3章 工具钢的热处理 324

3.1 工具钢热处理简介 324

3.1.1 工具钢的分类 324

3.1.2 工具钢的生产 330

3.1.3 工具钢的热处理 330

参考文献 337

3.2 工具钢热处理过程与设备 337

3.2.1 工具钢奥氏体化、淬火和回火的设备 337

3.2.2 工具钢渗氮和气体氮碳共渗设备 347

参考文献 350

扩展阅读 350

3.3 工具钢的变形 351

3.3.1 变形的性质和原因 351

3.3.2 工艺对变形的影响 354

3.3.3 材料对变形的影响 355

3.3.4 变形和残余应力预测的数值模拟 358

致谢 363

参考文献 363

扩展阅读 363

3.4 工具钢变形的控制 364

3.4.1 设计 364

3.4.2 化学成分 365

3.4.3 原材料状态 366

3.4.4 机加工过程 366

3.4.5 主要热处理工序 367

3.4.6 稳定化处理 369

3.4.7 工业实践 372

参考文献 372

3.5 冷加工工具钢的热处理——水淬和油淬碳素、低合金工具钢 373

3.5.1 水淬工具钢 373

3.5.2 耐冲击工具钢 376

3.5.3 油淬冷加工工具钢 378

3.5.4 低合金特殊用途工具钢 381

3.5.5 碳－钨系特殊用途工具钢 382

致谢 383

参考文献 383

3.6 冷加工工具钢的热处理——中合金空气淬硬钢、高碳高铬钢和高钒粉末冶金钢 383

致谢 391

参考文献 391

3.7 热加工工具钢的热处理 392

3.7.1 低合金和H系列热加工工具钢热处理 396

3.7.2 热加工工具的热处理实例 404

3.7.3 NADCA模具钢和热处理推荐规范 405

致谢 406

参考文献 406

3.8 高速工具钢的热处理 407

3.8.1 推荐的热处理工艺 412

3.8.2 专用机械工具淬火 419

致谢 420

参考文献 420

3.9 塑料模具钢和耐腐蚀工具钢的热处理 420

3.9.1 塑料模具钢 420

3.9.2 推荐的热处理工艺 421

3.9.3 耐腐蚀工具钢 421

3.9.4 推荐的热处理工艺 423

致谢 425

参考文献 425

第4章 不锈钢和其他特殊钢的热处理 427

4.1 铁素体不锈钢的热处理 427

4.1.1 铁素体不锈钢的冶金 427

4.1.2 合金类型 431

4.1.3 退火 431

4.1.4 稳定化处理 432

4.1.5 铸造合金 433

4.1.6 性能 433

致谢 434

参考文献 434

4.2 奥氏体不锈钢和双相不锈钢的热处理 434

4.2.1 不锈钢的合金化和金相组织 434

4.2.2 敏化问题 438

4.2.3 中间相（σ、χ和Laves相） 439

4.2.4 均匀化处理 439

4.2.5 退火 439

4.2.6 光亮退火 445

4.2.7 消除应力 445

4.2.8 双相不锈钢 448

致谢 451

参考文献 451

4.3 马氏体不锈钢的热处理 451

4.3.1 钢的合金化 452

4.3.2 热加工的组织 453

4.3.3 热处理前准备 454

4.3.4 退火 456

4.3.5 淬火 456

4.3.6 消除应力 459

4.3.7 回火 459

4.3.8 铸造合金 465

致谢 469

参考文献 469

4.4 析出硬化型不锈钢和铁基超合金的热处理 469

4.4.1 析出硬化过程 471

4.4.2 热处理设备 471

4.4.3 保护气氛 471

4.4.4 有关表面的问题 472

4.4.5 常规热处理过程 473

4.4.6 马氏体析出硬化不锈钢 477

4.4.7 半奥氏体型析出硬化不锈钢 482

4.4.8 奥氏体析出硬化不锈钢（A-286） 487

4.4.9 铸造析出硬化不锈钢 487

4.4.10 Fe-Ni析出硬化超合金 489

致谢 497

参考文献 498

4.5 不锈钢渗氮 498

4.5.1 不锈钢 498

4.5.2 S相 500

4.5.3 渗氮处理的热化学 510

4.5.4 未来发展方向 521

参考文献 521

4.6 不锈钢低温表面强化 522

4.6.1 不锈钢低温表面强化历史回顾 522

4.6.2 膨胀奥氏体的物理冶金 523

4.6.3 奥氏体不锈钢气体低温表面强化 526

4.6.4 其他不锈钢的低温渗氮和氮碳共渗 529

4.6.5 工业应用 531

参考文献 533

4.7 奥氏体不锈钢的低温渗碳 535

4.7.1 概述 535

4.7.2 奥氏体不锈钢表面强化历史与现状（背景和各竞争工艺） 536

4.7.3 工艺过程 536

4.7.4 低温渗碳层的组织 538

4.7.5 低温渗碳层的性能 540

致谢 544

参考文献 544

扩展阅读 545

4.8 高镍-钴合金钢的热处理 546

4.8.1 9Ni-4Co（HP 9-4）合金 547

4.8.2 AF1410合金 548

4.8.3 AerMet合金 551

参考文献 554

4.9 马氏体时效钢的热处理 554

4.9.1 简介 554

4.9.2 合金的发展 555

4.9.3 马氏体形成 556

4.9.4 马氏体的时效 560

4.9.5 固溶退火 563

4.9.6 循环热处理细化晶粒 565

4.9.7 时效强化 565

4.9.8 相变诱导塑性马氏体时效方法 568

4.9.9 其他处理 569

参考文献 569

第5章 铸铁的热处理 571

5.1 铸铁热处理简介 571

5.1.1 铸铁类型 572

5.1.2 临界温度范围 573

5.1.3 通常考虑 573

5.1.4 热处理工艺 574

5.1.5 温度控制 574

5.1.6 气氛控制 575

5.1.7 消除应力 575

5.1.8 退火 579

5.1.9 正火 579

5.1.10 整体淬火 579

5.1.11 表面强化 580

5.1.12 硬度检测 582

致谢 582

参考文献 582

5.2 灰铸铁热处理 582

5.2.1 概述 582

5.2.2 灰铸铁的分类 583

5.2.3 消除应力 583

5.2.4 消除应力实例 586

5.2.5 退火 586

5.2.6 正火 588

5.2.7 相变强化 589

5.2.8 淬火加回火 594

5.2.9 贝氏体等温淬火 596

5.2.10 马氏体分级淬火 596

5.2.11 火焰淬火 598

5.2.12 感应淬火 600

5.2.13 其他表面强化方法 601

致谢 601

参考文献 601

5.3 球墨铸铁热处理与性能 601

5.3.1 球墨铸铁热处理标准 601

5.3.2 基本特点 602

5.3.3 球墨铸铁的奥氏体化 604

5.3.4 球墨铸铁的退火 606

5.3.5 球墨铸铁的淬透性 607

5.3.6 球墨铸铁的正火 608

5.3.7 球墨铸铁的淬火和回火 609

5.3.8 球墨铸铁的马氏体分级淬火 610

5.3.9 球墨铸铁的贝氏体等温淬火 610

5.3.10 球墨铸铁的表面强化 613

5.3.11 球墨铸铁的消除应力处理 614

5.3.12 热处理对疲劳强度的影响 614

致谢 615

参考文献 615

5.4 可锻铸铁和蠕墨铸铁热处理 616

5.4.1 蠕墨铸铁 617

5.4.2 可锻铸铁 617

参考文献 621

5.5 高合金白口铸铁热处理 621

5.5.1 合金类型和性能 622

5.5.2 镍－铬白口铸铁 622

5.5.3 高铬白口铸铁 625

参考文献 633

扩展阅读 633

5.6 高合金石墨铸铁的热处理 633

5.6.1 镍合金奥氏体石墨铸铁 633

5.6.2 奥氏体球墨铸铁的热处理 636

5.6.3 高硅耐高温铸铁 636

5.6.4 耐蚀高硅铸铁 637

致谢 638

参考文献 638

第6章 参考资料 639

6.1 铁碳相图 639

6.2 钢的奥氏体化和典型热处理温度 641

参考文献 647

6.3 钢的回火色 647

参考文献 648

6.4 合金钢的淬透性带 648

参考文献 659

6.5 SAE与其他国家的钢牌号对照表 659

6.6 其他国家与AISI的钢牌号对照表 673

6.7 钢的硬度转换 678

6.8 碳钢和低合金钢的物理性能 686