金属热处理原理与工艺PDF电子书下载

第1章 金属热处理概述 1

1.1金属的主要性能 1

1.1.1金属的物理性能 1

1.1.2金属的化学性能 3

1.1.3金属的力学性能 3

1.1.4金属的工艺性能 4

1.1.5金属的经济性 5

1.2金属的强化与韧化机制简介 5

1.2.1固溶强化 5

1.2.2细晶强化 6

1.2.3位错强化 6

1.2.4第二相强化 7

1.3金属热处理分类 8

1.3.1热处理概念 8

1.3.2热处理分类 9

1.4典型钢种及用途 10

1.4.1钢的分类 10

1.4.2合金元素在钢中的作用 10

1.4.3低碳钢 12

1.4.4中碳钢 13

1.4.5高碳钢 15

1.5固态相变概述 17

1.5.1固态相变的一般特征 17

1.5.2固态相变的形核 19

1.5.3晶核的长大 21

1.5.4固态相变动力学 23

本章小结 23

思考题 24

第2章 金属的加热 25

2.1加热方法及设备 25

2.1.1箱式电阻加热炉 25

2.1.2井式加热炉 27

2.1.3浴炉 27

2.2工件表面的热交换 28

2.2.1对流传热 28

2.2.2辐射传热 29

2.2.3传导传热 30

2.3加热温度和时间 30

2.3.1加热时间概念 31

2.3.2加热温度 31

2.4相变和组织应力 32

2.4.1过饱和固溶体的脱溶与第二相溶解 32

2.4.2成分均匀化 33

2.4.3多形性转变 33

2.4.4回复、再结晶和应力变化 33

2.4.5组织应力 33

2.5加热时发生的化学反应 33

2.5.1金属加热时的氧化与脱碳 33

2.5.2钢在渗碳气氛中的渗碳反应 35

2.5.3钢在氨气氛中的氮化反应 36

2.5.4金属与其他气氛间的相互作用 36

2.5.5氧化脱碳的控制 36

本章小结 37

思考题 38

第3章 合金的时效 39

3.1脱溶沉淀过程的热力学 39

3.2脱溶沉淀过程 40

3.2.1 G.P.区的形成 40

3.2.2 θ″的形成 41

3.2.3 θ′的形成 41

3.2.4 θ的形成 42

3.3脱溶沉淀后的显微组织及性能 43

3.3.1固溶态Cu-Ag-Cr合金显微组织及性能 43

3.3.2形变对固溶态Cu-Ag-Cr合金性能的影响 44

3.3.3时效对Cu-Ag-Cr合金导电率和硬度的影响 44

3.3.4形变时效对Cu-Ag-Cr合金导电率和硬度的影响 45

3.4时效工艺的应用 46

3.4.1时效工艺在铜合金中的应用 46

3.4.2时效工艺在铝合金中的应用 48

3.4.3时效工艺在镁合金中的应用 50

3.4.4时效工艺在钛合金中的应用 52

3.4.5时效工艺在不锈钢中的应用 54

3.4.6时效工艺在高碳钢中的应用 54

本章小结 54

思考题 54

第4章 钢中奥氏体的形成 55

4.1奥氏体的结构、组织与性能 55

4.1.1奥氏体的结构 55

4.1.2奥氏体的组织 56

4.1.3奥氏体的性能 56

4.2奥氏体的形成 56

4.2.1钢的临界温度 56

4.2.2奥氏体核的形成 58

4.2.3奥氏体核的长大 59

4.2.4渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化 60

4.3奥氏体形成动力学 60

4.3.1奥氏体等温形成动力学 61

4.3.2奥氏体连续加热形成动力学图 65

4.4奥氏体晶粒长大及其控制 66

4.4.1晶粒度概念及奥氏体晶粒长大现象 66

4.4.2奥氏体晶粒长大现象 67

4.4.3控制奥氏体晶粒尺寸的工艺措施 68

4.5过热过烧及其校正 70

4.5.1过热及其校正 71

4.5.2过烧及其校正 71

本章小结 72

思考题 72

第5章 过冷奥氏体转变动力学 73

5.1四种冷却类型 73

5.1.1平衡冷却 73

5.1.2等温冷却 73

5.1.3恒速冷却 73

5.1.4变速冷却 74

5.2过冷奥氏体等温转变动力学图 74

5.2.1等温转变动力学图的测定方法 74

5.2.2过冷奥氏体等温转变动力学图基本形式 74

5.2.3影响过冷奥氏体等温转变动力学图的因素 77

5.2.4过冷奥氏体等温转变动力学图的应用 79

5.3过冷奥氏体连续转变动力学图 79

5.3.1常见过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式 79

5.3.2过冷奥氏体连续转变动力学图的测定 80

5.3.3过冷奥氏体连续转变动力学图的应用 81

5.4相变动力学形式理论 82

5.4.1.约翰逊-迈尔方程 82

5.4.2形核率和长大速率 83

5.4.3各向异性生长 85

5.4.4非恒速长大 86

5.4.5形核率不为常数的情况分析 88

5.4.6 JMA方程 88

5.4.7单位体积内晶粒数 88

5.4.8等温转变动力学曲线和动力学图的数学关系 89

5.4.9可叠加性和连续转变动力学图 89

5.4.10相变的独立性假设 91

5.4.11 k与温度的经验关系 91

本章小结 92

思考题 93

第6章 珠光体转变和钢的退火与正火 94

6.1铁素体和珠光体的组织与性能 94

6.1.1铁素体的组织与性能 94

6.1.2片状珠光体的组织与性能 94

6.1.3粒状珠光体的组织与性能 96

6.1.4铁素体和片状珠光体混合组织与性能 97

6.1.5魏氏组织与性能 98

6.2珠光体形成机制 99

6.2.1珠光体形成的热力学特点 99

6.2.2片状珠光体形成机制 99

6.2.3粒状珠光体形成机制 101

6.3亚（过）共析钢的珠光体转变 103

6.3.1伪共析转变 103

6.3.2先共析相的析出 104

6.4珠光体转变动力学 106

6.4.1珠光体等温转变的形核率及长大速率 106

6.4.2珠光体等温转变动力学曲线 107

6.4.3影响珠光体转变动力学的因素 108

6.5退火概念及其分类 110

6.5.1退火概念 110

6.5.2退火工艺的分类 110

6.6退火工艺 110

6.6.1去氢退火 110

6.6.2再结晶退火 111

6.6.3去应力退火 113

6.6.4均匀化退火 114

6.6.5亚共析钢的等温退火 114

6.6.6球化退火 115

6.7正火 118

6.8退火、正火的缺陷 119

本章小结 120

思考题 120

第7章 马氏体转变 122

7.1马氏体组织与性能 122

7.1.1马氏体的形态 123

7.1.2影响马氏体形态的因素 125

7.1.3马氏体的强度和硬度 126

7.1.4马氏体的韧性 127

7.1.5马氏体转变超塑性 128

7.1.6马氏体的物理性能 128

7.1.7高碳马氏体的显微裂纹 128

7.2马氏体转变主要特征 129

7.2.1马氏体转变的非恒温性 129

7.2.2马氏体转变的表面浮凸现象和共格性 130

7.2.3马氏体转变的无扩散性 130

7.2.4马氏体转变的位向关系及惯习面 131

7.2.5马氏体转变的可逆性 131

7.3马氏体转变的晶体学和转变机制 132

7.3.1马氏体的晶体结构 132

7.3.2马氏体的异常正方度 133

7.3.3惯习面与位向关系 133

7.3.4马氏体转变的形核理论 134

7.3.5马氏体转变的切变模型 135

7.4马氏体转变的热力学和动力学 137

7.4.1马氏体转变的热力学条件 137

7.4.2马氏体转变的驱动力 139

7.4.3影响Ms点的因素 139

7.4.4马氏体转变动力学 140

7.5热弹性马氏体与形状记忆效应 143

7.5.1形状记忆效应 143

7.5.2热弹性马氏体 144

7.5.3伪弹性 145

7.5.4形状记忆效应的本质 145

7.5.5形状记忆合金的应用 145

本章小结 146

思考题 146

第8章 贝氏体转变 147

8.1贝氏体组织和性能 147

8.1.1无碳化物贝氏体 147

8.1.2上贝氏体 147

8.1.3下贝氏体 148

8.1.4粒状贝氏体 149

8.1.5其他类型贝氏体 149

8.1.6贝氏体的力学性能 149

8.2贝氏体转变基本特征 151

8.2.1贝氏体转变温度 151

8.2.2贝氏体转变产物 152

8.2.3贝氏体转变 152

8.2.4贝氏体转变不完全性 153

8.2.5贝氏体转变的扩散性 153

8.2.6贝氏体转变晶体学特征 153

8.3贝氏体转变动力学 154

8.3.1贝氏体等温转变动力学 154

8.3.2贝氏体转变时碳的扩散 155

8.3.3影响贝氏体转变动力学的因素 156

8.4贝氏体转变机制 157

8.4.1贝氏体相变的形核 157

8.4.2贝氏体转变切变机制 157

8.4.3贝氏体转变的台阶机制 158

8.5贝氏体钢 159

8.5.1贝氏体钢的分类 160

8.5.2空冷贝氏体钢的应用 161

8.6等温淬火及其应用 162

8.6.1等温淬火 162

8.6.2等温淬火后工件的力学性能及应用 163

本章小结 164

思考题 164

第9章 钢的淬火和回火 165

9.1淬火和回火概述 165

9.1.1淬火概念 165

9.1.2淬火工艺方法分类 166

9.1.3淬火方法（冷却方式） 166

9.1.4回火 167

9.2淬火介质 167

9.2.1对淬火介质的要求 167

9.2.2淬火介质冷却能力的测定与评价 168

9.2.3水基淬火介质 170

9.2.4淬火油 170

9.2.5熔盐（碱） 171

9.3钢的淬透性和淬硬性 172

9.3.1淬透性和淬硬性概念 172

9.3.2淬透性测试方法 172

9.3.3影响淬透性的因素 174

9.3.4淬透性的计算 175

9.3.5淬透性曲线的应用 175

9.4淬火应力及其控制 176

9.4.1热应力 176

9.4.2组织应力 178

9.4.3热处理变形及其控制 178

9.4.4淬火裂纹及其预防 180

9.5回火时的转变及性能变化 181

9.5.1回火转变概述 181

9.5.2马氏体中碳原子的偏聚 181

9.5.3马氏体的分解 181

9.5.4碳化物的析出、转变及聚集长大 183

9.5.5 α相状态的变化 184

9.5.6残余奥氏体的转变 184

9.5.7回火后力学性能的变化 185

9.5.8二次硬化现象 187

9.5.9回火脆性 187

9.6制定淬火和回火工艺的基本原则 189

9.6.1淬火加热规范的确定 189

9.6.2淬火冷却方法的选择 191

9.6.3回火工艺的确定 194

9.7淬火回火新工艺 195

9.7.1形变热处理 195

9.7.2奥氏体晶粒超细化 196

9.7.3控制马氏体组织形态的热处理 197

9.7.4改善钢中第二相形态的热处理 198

9.8淬火过程数值模拟简介 199

9.8.1热处理数值模拟的基本特点 200

9.8.2数学模型 200

9.8.3一维问题计算模型 201

9.8.4计算方法 202

本章小结 204

思考题 205

第10章 表面淬火 206

10.1表面淬火工艺分类 207

10.1.1实现表面淬火的基本条件 207

10.1.2表面淬火方法分类 207

10.2快速加热时的相变特点 208

10.2.1提高相变临界温度 208

10.2.2奥氏体起始晶粒得到细化 208

10.2.3奥氏体成分均匀性降低 209

10.2.4降低过冷奥氏体的稳定性 210

10.2.5自回火现象 211

10.3表面淬火后的组织及性能 212

10.3.1表面淬火后的组织 212

10.3.2表面淬火后的有效硬化层深度 213

10.3.3表面残余应力 213

10.3.4表面淬火后的性能 214

10.4感应加热表面淬火 216

10.4.1感应加热的基本原理 217

10.4.2感应加热用感应器 221

10.4.3感应加热淬火工艺控制 223

10.4.4感应加热的应用与发展 228

10.5其他高能密度加热淬火 232

10.5.1火焰加热表面淬火 232

10.5.2高频脉冲淬火 236

10.5.3激光加热表面淬火 237

10.5.4电子束加热表面淬火 239

本章小结 240

思考题 240

第11章 化学热处理 241

11.1化学热处理概述 241

11.2化学热处理原理 242

11.2.1化学热处理基本过程 242

11.2.2渗剂的化学反应机理与热力学 242

11.2.3渗剂中的扩散（外扩散） 244

11.2.4相界面反应 245

11.2.5工件表层的扩散过程 245

11.2.6多元共渗时的某些规律 250

11.2.7加速化学热处理过程的途径 252

11.3钢的渗碳 253

11.3.1渗碳概念 253

11.3.2渗碳件的主要技术要求和渗碳用钢 253

11.3.3渗碳方法及工艺 255

11.3.4渗碳工艺控制 263

11.3.5渗碳后的热处理 267

11.3.6渗碳后的质量检验 269

11.3.7渗碳件的常见热处理缺陷及预防 269

11.3.8渗碳后组织与性能的关系 271

11.3.9渗碳工艺的发展 272

11.4钢的渗氮 273

11.4.1渗氮基本原理 273

11.4.2渗氮用钢 276

11.4.3渗氮工艺 276

11.4.4渗氮层的性能 278

11.4.5渗氮层的质量检验 279

11.4.6氮化件常见缺陷及预防 280

11.5钢的碳氮共渗与氮碳共渗 282

11.5.1碳氮同时渗入时的特点 282

11.5.2碳氮共渗 283

11.5.3氮碳共渗（软氮化） 287

11.5.4碳氮共渗工艺的发展 289

11.6钢的渗硼 290

11.6.1渗方法 290

11.6.2渗硼工艺 291

11.7渗金属 293

11.7.1直接扩散渗金属法的原理 293

11.7.2渗金属层的组织和性能 294

11.8多元共渗 295

11.8.1铬铝共渗工艺 295

11.8.2硼铝共渗工艺 296

本章小结 297

思考题 298

参考文献 299