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第1篇 金属固态相变基本原理 1

第1章 相图、相变、合金相 1

1.1 铁碳合金中的组元及基本相 1

1.1.1 纯铁 1

1.1.2 铁与碳的化合物 2

1.2 铁碳相图 5

1.3 合金元素对铁碳相图及相变的影响 7

1.3.1 合金元素对铁碳相图的影响 7

1.3.2 多元相图的垂直截面图 9

1.4 合金相 14

1.4.1 固溶体 15

1.4.2 金属化合物 20

参考文献 22

第2章 过冷奥氏体转变图及其应用 23

2.1 过冷奥氏体等温转变图 23

2.1.1 过冷奥氏体等温转变图的测定 23

2.1.2 过冷奥氏体转变贯序 24

2.1.3 过冷奥氏体等温转变图的类型 26

2.1.4 退火用过冷奥氏体等温转变图 32

2.1.5 影响过冷奥氏体等温转变图的因素 33

2.2 奥氏体连续冷却转变图 34

参考文献 36

第3章 奥氏体及其形成 38

3.1 奥氏体 38

3.1.1 奥氏体的组织形貌 38

3.1.2 奥氏体的晶体结构 39

3.2 奥氏体形成机理 40

3.2.1 奥氏体形成的驱动力 40

3.2.2 奥氏体形核 40

3.2.3 奥氏体晶核的长大 42

3.2.4 渗碳体的溶解和奥氏体成分的相对均匀化 44

3.2.5 亚共析钢的奥氏体化 45

3.2.6 过共析钢奥氏体的形成 45

3.3 奥氏体等温形成动力学 46

3.3.1 共析钢奥氏体等温形成动力学 47

3.3.2 连续加热时奥氏体形成的TTA曲线 48

3.3.3 影响奥氏体形成速度的因素 48

3.4 连续加热时奥氏体的形成特征 50

参考文献 52

第4章 珠光体与共析分解 53

4.1 珠光体的组织形貌和表面浮 53

4.1.1 珠光体的定义 53

4.1.2 珠光体的组织形貌 53

4.1.3 珠光体的片间距 55

4.1.4 珠光体的表面浮凸 55

4.2 珠光体转变机理 58

4.2.1 共析分解热力学 58

4.2.2 珠光体转变 59

4.2.3 相间沉淀的本质 65

4.2.4 魏氏组织的形成 67

4.2.5 珠光体组织中的位向关系 69

4.3 珠光体转变动力学 69

4.3.1 形核率 69

4.3.2 相变动力学方程 71

4.3.3 动力学曲线和等温转变图 71

4.4 影响过冷奥氏体共析分解的因素 74

4.4.1 奥氏体状态 74

4.4.2 奥氏体固溶碳量的影响 75

4.4.3 合金元素的影响 75

4.4.4 合金元素的整合作用 79

4.4.5 影响珠光体转变的外部因素 81

参考文献 82

第5章 马氏体相变与马氏体 83

5.1 马氏体相变的分类、特征及定义 83

5.1.1 马氏体相变的分类 83

5.1.2 马氏体相变的特征 87

5.1.3 马氏体的定义 89

5.2 工业用钢的马氏体组织形貌 90

5.2.1 超低碳钢的淬火马氏体 90

5.2.2 低碳钢的淬火马氏体 91

5.2.3 中碳钢的淬火马氏体 92

5.2.4 高碳钢的淬火马氏体 93

5.2.5 铸铁的淬火马氏体 95

5.3 铁基马氏体的物理本质 96

5.3.1 钢中马氏体的物理本质 96

5.3.2 体心立方马氏体 97

5.3.3 体心正方马氏体 98

5.3.4 Fe-M系合金马氏体 103

5.4 马氏体相变晶体学模型及其误区 105

5.4.1 关于马氏体相变的晶体学模型 105

5.4.2 切变机制的误区 106

5.5 马氏体相变的形核 112

5.5.1 马氏体形核的试验观察 112

5.5.2 关于马氏体相变的形核机制 114

5.6 马氏体的长大 115

5.6.1 钢中马氏体长大分析 115

5.6.2 非切变长大 116

5.6.3 原子集体协同位移长大 117

5.6.4 马氏体组织的形成过程 119

5.7 马氏体组织的形成规律 121

5.7.1 含碳量对马氏体组织的影响 121

5.7.2 应变能对马氏体组织演化的影响 121

5.7.3 隐晶马氏体的形成 123

参考文献 126

第6章 贝氏体相变与贝氏体 129

6.1 贝氏体的组织形貌及亚结构 129

6.1.1 超低碳贝氏体的组织形貌 129

6.1.2 上贝氏体的组织形貌 130

6.1.3 下贝氏体的组织形貌 132

6.1.4 贝氏体铁素体的亚结构 134

6.1.5 贝氏体的表面浮凸 137

6.2 贝氏体相变的过渡性 138

6.2.1 贝氏体相变的特性 138

6.2.2 上贝氏体转变和共析分解的联系与区别 138

6.2.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别 140

6.2.4 贝氏体组织结构的过渡性 141

6.3 贝氏体相变理论的研究进展及学术论争 142

6.4 贝氏体相变动力学 146

6.4.1 贝氏体的长大速率 146

6.4.2 贝氏体相变动力学图的特征 146

6.5 贝氏体相变机制 153

6.5.1 贫碳区的形成 153

6.5.2 超低碳贝氏体的形成 154

6.5.3 贝氏体铁素体的形核长大 154

6.5.4 贝氏体碳化物的形成 156

6.5.5 上、下贝氏体组织的形成 157

参考文献 158

第7章 马氏体的回火转变 160

7.1 Fe-C马氏体的脱溶 160

7.1.1 未脱溶马氏体在低温回火时性能的变化 160

7.1.2 碳原子的偏聚 162

7.1.3 Fe-C马氏体脱溶时的过渡相 163

7.1.4 平衡相θ-Fe3C 166

7.2 回火时α相和残留奥氏体的变化 167

7.2.1 摒弃马氏体两相式分解的学说 167

7.2.2 o相物理状态的变化 168

7.2.3 残留奥氏体的转变 172

7.2.4 回火组织的概念 173

7.3 合金钢马氏体的回火 175

7.3.1 Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相 175

7.3.2 Fe-M-C马氏体脱溶时的（温度、时间）贯序 176

7.4 合金钢马氏体的回火二次硬化 180

7.4.1 回火二次硬化现象 180

7.4.2 二次硬化机理 181

参考文献 184

第8章 脱溶与时效 185

8.1 有色合金中的脱溶 186

8.1.1 Al-Cu合金的脱溶 186

8.1.2 晶体缺陷对时效的影响 191

8.1.3 合金时效后的性能 193

8.2 含铜钢中铜的脱溶 194

8.2.1 含铜钢的时效 194

8.2.2 Fe-Cu合金的沉淀产物 196

参考文献 199

第2篇 热处理技术理论 201

第9章 金属的加热与冷却 201

9.1 加热速度的确定 201

9.1.1 加热设备的类型及功率的影响 201

9.1.2 工件尺寸的影响 201

9.1.3 实际生产中对加热速度的控制 203

9.2 加热温度的选择 204

9.3 加热与冷却的物理过程 205

9.3.1 工件加热的物理过程 205

9.3.2 工件冷却的物理过程 209

9.4 热处理工艺计算机辅助设计预备知识 211

9.5 锻轧材热处理工艺的有限差分法计算机辅助设计 213

9.5.1 合金钢棒材热处理工艺的有限差分法计算机辅助设计 213

9.5.2 合金钢钢坯退火工艺的有限差分法计算机辅助设计 223

参考文献 233

第10章 金属的氧化腐蚀 234

10.1 金属氧化腐蚀的形式 234

10.2 钢件与炉气间的化学作用 235

10.2.1 钢件与氧的相互作用 236

10.2.2 钢件表面在炉气中的氧化还原反应 237

10.2.3 钢件在炉气中的脱碳增碳反应 242

10.2.4 金属与其他气氛间的相互作用 245

10.3 钢的氧化与脱碳 245

10.3.1 氧化层的组织结构 245

10.3.2 脱碳层的组织结构 250

参考文献 251

第11章 奥氏体晶粒度控制及组织细化 252

11.1 细化奥氏体晶粒 252

11.1.1 奥氏体晶粒的长大现象 252

11.1.2 奥氏体晶粒的长大机理 255

11.1.3 硬相微粒对奥氏体晶界的钉扎作用 256

11.1.4 影响奥氏体晶粒大小的因素 258

11.2 控制析出相颗粒的尺寸和组织细化 258

11.2.1 弥散析出相的聚集长大 259

11.2.2 条片状组织的粗化 259

11.2.3 片状珠光体的球化 260

11.3 钢材的粗晶组织及消除措施 261

11.3.1 混晶和组织遗传 261

11.3.2 防止混晶和组织遗传的措施 262

11.4 魏氏组织及消除措施 262

参考文献 263

第12章 去应力、均质化和软化原理 264

12.1 去应力退火 264

12.1.1 钢锭退火的目的 264

12.1.2 钢锭退火工艺设计 264

12.1.3 退火典型工艺举例 266

12.2 消除液析碳化物和预防白点的退火 267

12.2.1 消除液析碳化物的退火 268

12.2.2 预防白点的退火原理 269

12.2.3 预防白点的退火工艺设计 272

12.3 钢中的带状组织 276

12.3.1 带状组织的形貌 276

12.3.2 带状组织的成因 277

12.3.3 消除带状组织的均匀化退火 277

12.4 软化退火 278

12.4.1 特定条件下过冷奥氏体的分解 278

12.4.2 片状珠光体的低温退火 278

12.4.3 退火软化机理 279

12.4.4 典型钢种锻轧材的软化退火 282

参考文献 283

第13章 热处理变形规律 284

13.1 热处理变形的一般规律 284

13.1.1 热歪扭和相变歪扭 284

13.1.2 歪扭（翘曲）变形的基本规律 285

13.1.3 钢件体积变化的一般规律 287

13.2 激冷引起的变形 288

13.2.1 激冷时圆柱和环产生的歪扭 288

13.2.2 圆柱由一侧激冷而造成的歪扭 291

13.3 热处理变形机制 293

13.3.1 热处理变形的原因 293

13.3.2 热处理变形的控制 294

参考文献 295

第14章 钢件的热处理开裂 296

14.1 马氏体显微开裂 296

14.1.1 马氏体显微裂纹的形态 296

14.1.2 马氏体显微裂纹的形成机理 298

14.1.3 影响淬火显微开裂的因素 300

14.1.4 显微裂纹对钢力学性能的影响 302

14.2 马氏体沿晶裂纹及形成机理 304

14.2.1 马氏体沿晶裂纹和断口的观察 304

14.2.2 杂质元素的分布 306

14.2.3 淬火马氏体沿晶断裂机制 306

14.3 钢件淬火开裂机理 309

14.3.1 淬火开裂的主要原因 309

14.3.2 钢件淬裂的应力条件 310

14.3.3 裂纹形状与应力的关系 311

14.3.4 正常加热温度下的钢件淬裂分析 311

14.4 影响淬火裂纹的因素 312

14.4.1 碳及合金元素含量的影响 312

14.4.2 原始组织的影响 314

14.4.3 零件尺寸和形状的影响 316

14.4.4 加热不当的影响 317

14.4.5 淬火冷却的影响 318

参考文献 319

第15章 化学热处理原理 320

15.1 化学热处理的基本过程 320

15.2 化学热处理的质量控制 324

15.3 化学热处理渗层的组织特征 326

参考文献 330