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目录 1

1．钢材生产和钢种的选择方法 1

1.1钢材的制造方法 1

（1）特殊钢厂用电炉炼钢，有高炉的钢厂用转炉炼钢 1

（2）热处理用钢材由镇静钢加工而来 1

（3）铸锭正在向节能的连铸发展 2

（4）利用真空脱气法提高钢的质量 3

（5）欲进一步提高钢的质量可采用特种熔炼法 4

（1）铸造孔洞 6

1.2钢材的主要瑕疵和缺陷 6

（6）成形法——大部分钢材是用轧制方法成形的 6

（2）非金属夹杂物 7

（3）发纹 7

（4）宏观偏析（带状组织） 8

（5）裂纹 8

（6）表面缺陷 8

（7）过烧 10

（8）晶粒粗化 10

（1）铁素体——渗碳体型钢 11

（9）氧化和脱碳 11

1.3机器结构用钢是特殊钢的基础 11

（2）奥氏体型钢 12

（3）利用夹杂物的钢种 13

1.4机器结构用钢及其选择方法 13

（1）根据化学成分来看钢的分类 13

（2）按淬透性选择钢材的方法 16

（3）表面硬化处理用钢的选择方法 21

（4）根据切削加工性选择钢材的方法 25

（2）按用途选择工具钢的方法 26

1.5工具钢及其选择方法 26

（1）工具钢可按化学成分大致分为三类 26

（3）从表面硬化处理来看工具钢的选择方法 28

1.6弹簧钢及其选择方法 29

（1）弹簧钢的种类和淬透性 29

（2）弹簧钢的强度和韧性 30

1.7轴承钢及其选择方法 31

（2）马氏体型不锈钢 33

1.8不锈钢及其选择方法 33

（1）铁素体型不锈钢 33

（3）奥氏体型不锈钢 34

（4）奥氏体——铁素体型不锈钢 34

（5）析出硬化型不锈钢 35

1.9耐热钢及其选择方法 35

2．钢材的各种性能和热处理 37

2.1物理性能 37

（1）热膨胀系数 37

（2）导热系数 37

（3）磁性 39

（4）电阻 39

2.2强度和韧性 39

（1）强度和韧性的矛盾性 39

（2）回火性能曲线 40

（3）质量效应和各向异性 42

（4）用转变温度曲线表示低温韧性 44

（1）S-N曲线（应力－交变次数曲线） 45

2.3疲劳强度 45

（2）影响疲劳强度的因素 46

（3）提高疲劳强度的措施 48

2.4耐磨性 49

（1）磨粒磨损 50

（2）粘着磨损 51

（3）疲劳磨损 51

（1）钝化 52

2.5耐蚀性 52

（4）腐蚀磨损 52

（2）腐蚀的形态 53

（3）应力腐蚀开裂 54

2.6耐热性 55

（1）高温强度 55

（2）抗氧化性 57

2.7切削加工性 59

（1）用刀具寿命衡量切削加工性 59

2.8冷加工性 60

（1）变形抗力和变形能力 60

（2）加工表面和切屑处理 60

（2）冷加工后的材质变化 62

2.9热加工性 62

（1）变形抗力和变形能力 62

（2）热加工引起的材质变化 64

2.10焊接性 65

（1）焊接裂纹敏感性 65

（2）淬透性 65

3．从原子尺度研究热处理 68

3.1金属的结构 68

（1）金属具有晶体结构 68

（2）原子间引力和振动能的相互作用 69

（3）原子的排列方式由X射线测定 70

（4）晶粒越细，金属的强度越高 73

（5）用热膨胀试验测定同素异构转变点 75

3.2合金和固溶体 76

（2）固溶体有各种类型 77

（1）合金的成分通常用重量百分数表示 77

（3）原子半径越相近越容易形成固溶体 78

（4）超过固溶度时发生析出现象 80

3.3扩散和平衡 81

（1）扩散就是原子的跳动 81

（2）间隙型原子碳或氮比置换型原子易于扩散 82

（3）溶剂原子也发生自扩散 82

（4）在平衡状态下也有扩散发生 82

（1）在两相区内两相的相对体积遵从“杠杆定律” 83

3.4二元合金平衡状态图及其读法 83

（2）试读典型的二元合金平衡状态图 84

（3）相律的推导方法 86

（4）二元合金平衡状态图的建立方法 87

3.5热处理与平衡状态图 88

（1）在高温时发生扩散型转变，在低温时发生切变型转变 89

（2）在热处理转变图中有时间轴 90

3.6Fe-C系中出现的固溶体和化合物相 91

（1）铁素体的结构 92

（2）奥氏体的结构 92

3.7铁－碳平衡状态图 93

（3）渗碳体的结构 93

（1）主要的单相区和两相区 94

（2）主要相界 94

（3）A3转变线及其测定方法 95

（4）共析转变和珠光体组织 96

3.8加热和冷却时的转变及组织 99

（1）加热转变时的晶粒粗化 99

（3）冷却时形成的组织 100

（2）固溶处理需要一定时间和温度 100

1）珠光体组织 101

2）马氏体组织 101

3）贝氏体组织 102

3.9淬火回火和组织 103

（1）回火马氏体组织是过共析钢常用的组织 104

（2）屈氏体组织用于弹簧钢 104

（3）索氏体组织最适用于机器结构用钢 104

3.10钢的热处理工艺性和合金元素的影响 106

（1）合金元素对Fe-C平衡状态图的影响 106

（2）合金元素对冷却转变的影响 107

（3）退火、正火和合金元素 109

（4）淬透性及其表示方法 109

4．热处理装置和温度调节 112

4.1加热装置 112

（1）热源的种类 112

（2）热源和加热方式 113

（3）热处理炉的分类 115

（4）加热方式和热处理炉 116

（5）连续热处理炉 121

（6）热处理炉的节能 125

（7）加热装置的JIS和有效加热区 126

4.2冷却装置 128

（1）冷却介质的种类 128

（2）冷却装置的种类 129

（3）冷却装置的JIS 131

4.3可控气氛及其发生装置 132

（1）可控气氛的种类 132

（2）放热式气氛使钢脱碳 132

（3）制备氮气氛发生装置 135

（4）吸热式气氛和平衡含碳量的测定 136

（5）氨分解气氛的发生装置 140

（6）其他可控气氛的制法 142

4.4温度测量和温度调节方法 142

（1）温度测量有两种方式 142

（2）热电式高温计 143

（3）测温时的电气误差 145

（4）测温时的热误差 146

（5）温度调节方法 148

（1）正火的目的在于改善组织 153

（2）正火就是空冷，它使硬度略有提高 153

5．普通热处理工艺 153

5.1正火（HNR） 153

（3）正火的适用范围 156

5.2退火（HA） 156

（1）退火的目的在于软化和改善组织 156

（2）完全退火就是炉冷 157

（3）消除应力退火或低温退火 158

（4）软化退火（水冷遇火）是迅速降低钢的硬度的简便方法 159

（5）球化退火是高碳钢淬火前的预处理 160

（6）等温退火的优点是处理时间短 161

（7）钢锭和铸钢件需要进行扩散退火 162

（8）其他退火 162

5.3淬火（HQ） 162

（1）冷却速度决定钢的硬度 162

（2）限时淬火，水冷时每3mm在水中停留1s 165

（4）等温淬火或贝氏体淬火 166

（3）分级淬火 166

（5）其他淬火法 167

（6）淬火介质的冷却强度和工件的冷却方法 167

（7）最高淬火硬度决定于含碳量 169

5.4回火（HT） 171

（1）淬火态的废品 171

（2）回火的三个阶段 172

（3）回火有高温回火和低温回火两种方法 173

（1）残余奥氏体转变引起尺寸变化 174

（2）冷处理方法 174

5.5冷处理（HSZ） 174

5.6固溶处理 175

（1）奥氏体型不锈钢 175

（2）高锰钢的水韧处理 177

5.7主要机械零件用钢的热处理 177

（1）机器结构用碳素钢的热处理 177

（2）机器结构用合金钢的热处理 182

（3）弹簧钢的热处理与强韧钢相同 186

（4）轴承钢的热处理与工具钢相同 187

6．表面热处理工艺 190

6.1表面热处理的种类 190

6.2渗碳 190

（1）渗碳的种类 190

（2）固体渗碳 191

（3）液体渗碳 192

（4）渗碳气氛及其调节方法 193

（5）吸热式可控气氛气体渗碳 197

（6）其他气体渗碳方法 199

（7）真空渗碳和离子渗碳 201

（8）渗碳后的热处理和硬化层 202

6.3碳氮共渗 207

6.4高频淬火和火焰淬火 210

（1）高频淬火 210

（2）火焰淬火 213

6.5渗氮 214

（1）气体渗氮和加氧渗氮 214

（2）盐浴渗氮 217

（3）离子渗氮 218

（4）气体软氮化 219

（5）硫氮共渗 220

6.6其他表面热处理 220

（1）碳化物被覆处理 221

（2）渗硼及其他扩散处理 223

（3）蒸汽处理和渗硫 224

7．热处理缺陷和预防措施 226

7.1加热缺陷 226

（1）氧化 226

（3）高温加热和过烧 227

（2）脱碳 227

（4）淬火回火对高温加热钢材机械性能的影响 229

7.2淬火回火缺陷 232

（1）淬火裂纹 232

（2）变形 234

（3）软点 235

（4）硬度不足 235

（6）回火脆性 236

（5）回火裂纹和回火硬度不均 236

（7）充分淬火钢的机械性能最好 238

7.3高频淬火缺陷 240

（1）淬火裂纹 240

（2）变形 240

（3）软点和硬化层厚度不足 241

（4）烧伤 241

（5）磨削裂纹 241

7.4渗碳硬化缺陷 242

（1）过渗碳 242

（2）反常组织 243

（3）晶界氧化 246

（4）变形 247

（5）软点和硬度不足 248

（6）淬火裂纹 250

（7）磨削裂纹 251

（8）腐蚀 252

（9）渗碳后二次淬火和一次淬火的淬火温度 253

7.5热处理缺陷引起的零件失效的实例 256

（1）淬火回火零件 257

（2）高频淬火零件 259

（3）渗碳硬化零件 261

8．工具钢的热处理 265

8.1工具钢的热处理是高水平的热处理 265

（1）正火的目的在于改善热加工钢的粗大网状碳化物 266

（2）淬火要在球化退火之后进行 267

（3）消除应力退火可以防止淬裂和变形 268

（4）工具性能取决于淬火回火的好坏 269

（5）根据半冷曲线判断工具钢的淬透性 270

8.2碳素工具钢的淬火和回火 272

（1）尽量降低淬火温度 273

（2）水冷淬火的诀窍 274

（3）在150～200℃回火 276

8.3冷加工用合金工具钢的淬火和回火 276

（1）淬火温度的高低视不同情况而定 278

（2）淬火时可以油冷、热浴冷或空冷 280

（3）SKD11钢也进行高温回火 281

（1）确定淬火温度要重视高温性能 285

8.4热加工用合金工具钢的淬火和回火 285

（2）即使空冷也能完全淬火 286

（3）SKD钢利用回火二次硬化 286

8.5刃具用高速钢的淬火和回火 288

（1）高速钢的性能取决于淬火温度 289

（2）淬火时可用油冷也可以用热浴冷 291

（3）回火温度为540～570℃ 291

8.6冷锻模用高速钢的淬火和回火 292

8.7工具钢的热处理缺陷 293

（1）淬裂 293

（2）硬度不良 297

（3）尺寸变化和变形 299

（4）脱碳 302

（5）电火花线切割加工引起的裂纹 305

（6）热处理条件和韧性 306

（7）热处理条件的考虑方法 307

9．钢材的机械试验 308

9.1硬度试验 308

（1）硬度试验是实用的质量管理方法 308

（2）布氏硬度试验适用于毛坯 309

（3）洛氏硬度试验有30种标尺 314

（4）肖氏硬度试验适用于大型零件 319

（5）维氏硬度试验适于测定硬化层 322

9.2机械试验 327

（1）拉伸试验 327

（2）冲击试验 331

（3）弯曲试验 333

（4）扭转试验 334

（5）其他试验 334