1 钢中马氏体相变与淬火 1
1.1 马氏体相变的特征及定义 2
1.1.1 马氏体相变的基本特征 2
1.1.2 马氏体相变的判据 6
1.1.3 马氏体相变及马氏体的定义 6
1.2 马氏体相变的分类 6
1.2.1 按相变驱动力分类 6
1.2.2 按马氏体相变动力学特征分类 7
1.3 马氏体相变热力学及马氏体点 12
1.3.1 Fe-C合金马氏体相变热力学条件 13
1.3.2 相变驱动力和相变阻力的热力学运算 14
1.3.3 纯铁的马氏体点 15
1.3.4 钢的马氏体点 16
1.3.5 马氏体点在生产实际中的应用 18
1.4 马氏体的物理本质及组织形态 18
1.4.1 钢中马氏体的物理本质 19
1.4.2 体心立方马氏体（小于0.2％C） 19
1.4.3 体心正方马氏体（0.2％～1.9％C） 21
1.4.4 马氏体的晶体结构与质量体积的关系 25
1.4.5 Fe-M系合金马氏体 26
1.4.6 有色合金马氏体 28
1.5 马氏体相变的形核 31
1.5.1 引言 31
1.5.2 位错圈相界面模型 32
1.5.3 应变核胚模型 32
1.5.4 层错形核及长大模型 32
1.6 马氏体相变晶体学的经典模型 33
1.6.1 马氏体相变的K-S切变模型 34
1.6.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变 36
1.6.3 马氏体相变的B-B双重切变模型 38
1.7 马氏体相变晶体学的唯象学说 39
1.7.1 不变平面应变的概念 40
1.7.2 贝茵应变不是不变平面应变 41
1.7.3 不畸变平面的产生 42
1.7.4 简单切变 43
1.7.5 刚性转动 43
1.7.6 矩阵式描述 44
1.8 奥氏体的稳定化及残留奥氏体 45
1.8.1 奥氏体的热稳定化 45
1.8.2 奥氏体的机械稳定化 47
1.8.3 残留奥氏体 48
1.9 马氏体的力学性能 49
1.9.1 马氏体的强度和硬度 49
1.9.2 马氏体的韧性和脆性 51
1.9.3 马氏体相变超塑性 55
1.10 钢件的淬火 56
1.10.1 淬火的定义 56
1.10.2 淬火加热温度 56
1.10.3 淬火冷却介质 57
1.10.4 钢的淬透性& 5 8
1.10.5 常用淬火方法 59
参考文献 61
2 钢的淬火显微开裂 62
2.1 马氏体显微裂纹的形态 62
2.2 马氏体显微裂纹的形成 66
2.3 影响淬火显微开裂的因素 68
2.3.1 淬火介质温度的影响 68
2.3.2 马氏体转变分数的影响 68
2.3.3 马氏体中固溶碳量的影响 69
2.3.4 马氏体片长度是控制因素 70
2.4 显微裂纹对钢力学性能的影响 71
2.4.1 显微裂纹对韧性的影响 71
2.4.2 显微裂纹对强度的影响 72
参考文献 73
3 热处理应力 75
3.1 基础应力及残余应力 75
3.1.1 急冷热应力及残余应力 75
3.1.2 急冷相变应力及残余应力 77
3.1.3 急热热应力引起的残余应力 78
3.1.4 组织不同而引起的内应力 78
3.2 淬火热处理应力 78
3.2.1 心部已淬透时的应力分布 78
3.2.2 心部未淬透时的应力分布 83
3.3 表面淬火应力 86
3.3.1 高频淬火产生的热处理应力 87
3.3.2 火焰淬火的热处理应力 90
3.4 化学热处理残余应力 91
3.4.1 渗碳淬火产生的残余应力 91
3.4.2 气体氮化的热处理应力 94
3.5 热处理应力对力学性能及淬火开裂的影响 94
3.5.1 残余应力对硬度的影响 94
3.5.2 残余应力对疲劳强度的影响 94
3.5.3 残余应力对脆性及淬火开裂的影响 95
3.6 残余应力的去除 95
3.6.1 热法去应力原理 95
3.6.2 回火时热处理应力的变化 95
参考文献 97
4 钢件的淬火裂纹形态及断口 98
4.1 淬火裂纹的形态 98
4.1.1 纵向裂纹 98
4.1.2 横向裂纹和弧形裂纹 100
4.1.3 网状裂纹（龟裂） 101
4.1.4 剥离裂纹 103
4.1.5 应力集中裂纹 103
4.2 钢的淬火断口形态 104
4.3 钢的淬火沿晶开裂机理 107
4.3.1 淬火钢沿晶断裂成因 107
4.3.2 不均匀膨胀应变机制 108
4.4 裂纹成核及扩展 111
4.4.1 格里菲思（Gr iffith ）缺口强度理论 111
4.4.2 裂纹的形核 112
4.4.3 裂纹的扩展 113
参考文献 114
5 影响淬火开裂的因素 115
5.1 钢材冶金质量的影响 115
5.1.1 粗视偏析的影响 115
5.1.2 固溶体偏析的影响 115
5.1.3 固溶氢的影响 116
5.1.4 夹杂物的影响 116
5.2 含碳量及合金元素的影响 117
5.2.1 含碳量的影响 117
5.2.2 合金元素的影响 118
5.3 原始组织的影响 119
5.3.1 珠光体形态的影响 119
5.3.2 非平衡组织的影响 120
5.3.3 碳化物不均匀性的影响 121
5.4 零件尺寸和形状的影响 122
5.4.1 尺寸的影响 122
5.4.2 形状的影响 123
5.5 加热不当的影响 125
5.5.1 加热温度的影响 125
5.5.2 加热炉的影响 126
5.5.3 氧化的影响 126
5.6 淬火冷却的影响 126
5.6.1 临界区和危险区 127
5.6.2 淬裂的危险时刻 127
5.6.3 调整淬火应力的冷却 128
5.6.4 调整残留奥氏体量 128
5.6.5 调整淬火马氏体中的含碳量 128
5.7 淬后加工处理对裂纹的影响 129
5.7.1 淬后热处理的影响 129
5.7.2 淬后机械加工的影响 130
5.7.3 淬后化学热处理的影响 130
参考文献 130
6 防止钢件淬火开裂的方法 132
6.1 钢材的选择 132
6.1.1 从淬透性上考虑选择钢材 132
6.1.2 从淬硬性上考虑选择钢材 133
6.1.3 选择过热和脱碳敏感性小的钢材 133
6.2 淬火零部件的设计 134
6.2.1 断面均匀 135
6.2.2 圆角过渡 135
6.3 合理制定热处理技术条件 136
6.3.1 整体淬火改为局部（或表面）硬化 137
6.3.2 调整淬火件局部硬度 138
6.3.3 注意质量效应 138
6.4 淬火前各工序应注意的问题 141
6.4.1 正确锻造 141
6.4.2 预先热处理的作用 141
6.5 合理确定加热参数 142
6.5.1 正确地选择加热介质（或炉型） 142
6.5.2 淬火加热速度的选择 142
6.5.3 合理确定加热温度 143
6.5.4 缩短保温时间 144
6.6 合理选择淬火介质 145
6.6.1 淬火介质的冷却能力 145
6.6.2 常用淬火介质 147
6.6.3 新型淬火剂 149
6.7 选定合适的淬火冷却方法 151
6.7.1 预冷淬火法 152
6.7.2 双液淬火法 153
6.7.3 分级淬火法 154
6.7.4 等温淬火法 154
6.7.5 薄壳淬火 155
6.7.6 断续淬火法 156
6.7.7 局部淬火法 156
6.7.8 控制水温 156
6.8 正确回火 157
6.8.1 淬火件的搬运 157
6.8.2 及时回火 157
6.8.3 注意回火加热速度 157
6.8.4 注意回火后的冷却 158
6.9 表面强化热处理裂纹及防止方法 158
6.9.1 感应加热淬火裂纹 158
6.9.2 火焰淬火裂纹 159
6.9.3 渗碳件的裂纹 160
6.9.4 氮化件的裂纹 160
参考文献 161
7 钢件开裂实例分析 162
7.1 15MnCrNiMoV大锻件锻造开裂分析 162
7.1.1 样品制备 162
7.1.2 金相检测结果 162
7.1.3 电镜检验 163
7.1.4 防止开裂的措施 163
7.2 大工件淬火开裂分析 163
7.2.1 淬裂事例分析 164
7.2.2 淬裂原因分析 164
7.2.3 预防措施 164
7.3 5CrMnMo钢热锻模淬裂分析 165
7.3.1 现场调查 165
7.3.2 检验和分析 165
7.3.3 改进措施及效果 166
7.4 大型塑料模具钢锻坯的淬火 166
7.4.1 锻坯的分类 166
7.4.2 奥氏体化加热 166
7.4.3 淬火介质和淬火方法 167
7.5 模具套筒淬火开裂分析 168
7.5.1 45号钢模具套筒淬火开裂的原因分析 168
7.5.2 45号钢模具套筒淬火开裂的防止措施 169
7.6 45号钢卡爪淬裂分析 170
7.6.1 检验与分析 170
7.6.2 开裂原因及防止措施 171
7.6.3 预防措施 172
7.7 38CrMoAl钢料筒淬火开裂分析 172
7.7.1 38CrMoAl料筒开裂 172
7.7.2 淬火裂纹分析 172
7.8 H13热作模淬火开裂分析 173
7.8.1 检测结果与分析 173
7.8.2 裂纹产生原因分析 174
7.8.3 预防措施 174
7.9 高碳高合金冷作模具淬裂分析 175
7.9.1 检验 175
7.9.2 淬火裂纹分析 175
7.9.3 改进措施 176
7.10 高碳钢球的淬火开裂 176
7.10.1 失效分析 176
7.10.2 工艺分析及改进 176
7.11 猎枪零件淬裂分析 177
7.11.1 开裂原因分析 177
7.11.2 防止淬火开裂的方法 178
7.12 解决薄台类零件高频淬火开裂的有效方法 178
7.13 拉深凸模断裂原因分析 179
7.13.1 金相检验 179
7.13.2 断裂原因 179
7.13.3 结语 180
7.14 钢锭开裂和防止方法 180
7.14.1 钢锭的开裂 180
7.14.2 钢锭退火工艺的制定 180
7.14.3 防止钢锭开裂的退火新工艺实例 181
8 热处理变形及防止方法 183
8.1 热处理变形的一般规律 183
8.1.1 热歪扭和相变歪扭 183
8.1.2 歪扭（翘曲）变形的基本规律 184
8.1.3 钢件体积变形的一般规律 186
8.1.4 钢件时效变形的一般规律 188
8.2 浸水激冷引起的变形 189
8.2.1 浸泡冷却时，圆柱和环产生的歪扭 189
8.2.2 圆柱由一侧激冷而造成的歪扭 192
8.3 时效变形 194
8.4 钢件变形的原因 197
8.5 控制和防止变形的方法 198
8.5.1 材料的选择 198
8.5.2 冷却方式的选择 198
8.5.3 加热 201
8.5.4 消除应力 201
8.5.5 零件设计时应考虑有利于控制变形 202
8.6 矫正变形 202
8.6.1 冷压矫直法 202
8.6.2 烧红矫直法 203
8.6.3 热点矫直法 203
8.6.4 反击矫直法 203
8.6.5 淬火矫直法 204
8.6.6 回火矫直法 204
8.6.7 喷砂矫直法 204
8.6.8 收缩处理法 204
8.7 典型零件变形分析 204
8.7.1 杆状零件的变形 204
8.7.2 带孔零件的变形分析 207
8.7.3 板状零件的变形分析 209
8.7.4 局部硬化零件的变形分析 210
参考文献 211
附表 212
附表1 钢的相变临界点 212
附表2 相关计算常数 220