第一章 金属材料基础知识 1
第一节 钢铁材料概述 1
一、钢铁加工方法 1
二、钢铁分类 3
三、钢中元素对钢的性能影响 4
第二节 金属材料的性能 28
一、金属材料的物理性能 28
二、金属材料的化学性能 31
三、金属材料的力学性能 32
四、金属材料的工艺性能 36
第三节 金属学基础知识 39
一、非晶体物质 39
二、晶体 39
三、晶格与晶胞 39
第四节 常见金属的晶体结构 40
一、体心立方晶格 41
二、面心立方晶格 41
三、密排六方晶格 42
第五节 金属结晶 42
一、结晶基础 42
二、纯金属结晶过程 43
三、金属结晶过程的一般规律 43
四、影响形核和核长大的因素 44
五、金属铸锭缺陷 45
六、合金的相结构 46
第六节 固态合金中的相结构 46
一、固溶体 47
二、金属化合物 48
三、机械混合物 49
第二章 铁碳合金 50
第一节 金属在固态下的转变 50
一、同素异构转变 50
二、磁性转变 51
第二节 铁碳合金基本组织结构 51
第三节 铁碳合金的基本组织及性能 52
一、铁素体 52
二、渗碳体 52
三、珠光体 53
四、莱氏体 53
五、奥氏体 54
第四节 铁碳合金状态图 54
一、对铁碳合金状态图及其分析 54
二、共晶转变 56
三、共析转变 56
四、平衡组织 57
五、白口铸铁 57
六、工业纯铁 57
第三章 钢的热处理基础 59
第一节 概述 59
第二节 临界点 60
第三节 钢的热处理原理 60
一、马氏体 61
二、索氏体 61
三、屈氏体 63
四、贝氏体 63
第四节 钢在加热时的组织转变 64
一、奥氏体形成过程 64
二、奥氏体晶核形成 64
三、奥氏体晶核长大 65
四、奥氏体成分均匀化 65
五、奥氏体晶粒度 65
六、钢的加热工艺 68
七、加热温度的选择 68
八、加热时间的估算 70
第五节 钢在冷却时的组织转变 70
一、过冷度 70
二、临界冷却速度 71
三、奥氏体冷却方式 71
四、C曲线 71
五、过冷奥氏体等温转变 72
第六节 钢在连续冷却时的组织转变 74
一、钢的马氏体转变 77
二、残余奥氏体的影响 77
第七节 钢在回火时的转变 77
第四章 热处理工艺准备 80
第一节 工件装炉的方法 80
一、退火、正火件装炉前的准备 80
二、淬火件装炉前的准备 80
三、回火件装炉前的准备 81
四、工件装炉的方法 81
第二节 热处理生产中必备的工装 83
一、热处理工装种类 83
二、热处理工装的作用 84
第三节 常用的热处理工艺术语 84
第五章 钢的整体热处理工艺 86
第一节 钢的退火与正火 86
一、退火 86
二、退火的目的 86
三、退火类别 87
四、影响退火的因素 93
五、正火 94
六、退火与正火常见缺陷及补救方法 95
第二节 钢的淬火 95
一、完全淬火 96
二、不完全淬火 96
三、淬火的目的 96
四、淬火加热温度的确定 96
五、淬火加热时间的确定 96
六、热处理工件加热时间的计算 97
七、淬火介质 98
实例1：淬火用硝酸盐冷却介质的应用 100
八、几种介质的淬火冷却曲线 103
九、淬火方法 105
实例2：钢锹制造与热处理（等温淬火及制造工艺） 110
实例3：摩托车、电动自行车、自行车链条的等温淬火 112
实例4：丝锥的等温淬火 112
实例5：尖铲、扁铲的制造与热处理方法 116
十、淬火冷却操作方式 116
第三节 钢的冷处理与时效处理 119
一、冷处理 119
二、时效处理 122
第四节 钢的回火 123
一、回火的主要目的 123
二、钢的回火工艺及应用 123
三、制定回火工艺时的注意事项 126
第六章 钢的表面热处理工艺 127
第一节 表面淬火 127
一、表面淬火的应用 127
二、表面淬火的分类 128
三、火焰加热表面淬火法 128
实例6：齿轮用火焰表面淬火 133
四、感应加热表面淬火 133
实例7：采用高频感应加热炼钢对各种机械设备小型零件、精密铸造及其热处理工艺 139
实例8：单根大直径弹簧电阻加热进行热处理 141
实例9：采用电阻加热炭精棒炉对小型工件局部热处理 144
第二节 钢的化学热处理 145
一、概述 145
二、钢的化学热处理目的 145
三、钢的化学热处理种类 146
四、钢的化学热处理特点 146
五、钢的化学热处理原理 146
六、钢的渗碳 147
实例10：固体渗碳 148
七、气体渗碳 150
八、液体渗碳 151
九、渗碳件常见的缺陷及其补救方法 153
十、钢的氮化 154
十一、渗金属 154
第三节 氧化处理 155
一、简介 155
二、氧化处理的应用 155
三、氧化处理的目的 155
四、氧化处理的操作技术 156
实例11：发蓝处理 156
五、发蓝工件缺陷产生的原因及其解决办法 165
六、氧化处理用设备及要求 166
七、氧化槽液和酸洗槽液的配制方法和注意事项 167
八、氧化处理时的注意事项 168
九、氧化处理安全技术 169
十、氧化处理液配方 169
实例12：活塞环中温液体渗硫（硫化）处理 170
实例13：汽车活塞销热处理（渗碳件热处理） 171
实例14：汽车变速箱变速齿轮热处理（渗碳） 174
实例15：凿岩机活塞的热处理 176
实例16：高速工具钢刀具的蒸汽处理 178
实例17：木工工具手推拉刨刃的制造与热处理 188
实例18：锯条的制造与热处理 197
实例19：凸轮轴热处理 200
实例20：柴油机活塞销渗碳及热处理 201
实例21：机床附件——万能分度头蜗杆制造与热处理 204
第七章 合金钢的热处理 208
第一节 合金元素在钢中的作用 208
一、合金元素与铁的作用 208
二、合金元素与碳的作用 209
第二节 结构钢的热处理与实例 209
一、渗碳钢 210
二、调质钢 210
实例22：内燃机车东方红型拉臂销制造工艺及调质处理 213
实例23：6120柴油机连杆螺栓热处理 214
实例24：拖拉机连杆螺栓热处理 215
实例25：汽车后桥半轴热处理 216
实例26：柴油机摆臂轴热处理 219
实例27：135柴油机的连杆螺钉热处理 220
实例28：6250柴油机连杆螺母热处理 222
实例29：曲轴热处理 223
实例30：铁路配件——螺旋道钉热处理 225
实例31：机床附件——分度头主轴热处理 226
三、弹簧钢的热处理 228
实例32：冷成形弹簧及其热处理 231
实例33：内燃机车牵引电机弹性垫片的制造及热处理工艺 234
实例34：铁路配件——弹条扣件的制造工艺及热处理 235
实例35：汽车钢板弹簧的制造与热处理 240
实例36：气门用弹簧的制造与热处理 243
实例37：弹簧夹头的制造与热处理 245
实例38：紧固件的制造与热处理 247
实例39：捣固机上，采用极薄弹簧片组装在一起的成组弹簧片的热处理 250
实例40：钢琴上使用的弹簧热处理 252
实例41：机车速度传感器轴钢丝弹簧和万向轴卡簧的热处理 253
实例42：铁路机车、车辆螺旋弹簧的制造与热处理 254
实例43：木工工具——圆锯片热处理 260
实例44：摩擦片的制造与热处理 264
实例45：收割机刀片的热处理 266
实例46：金刚石圆锯片基体的制造与热处理 267
实例47：犁铧的制造与热处理 269
实例48：碟形刀片热处理 271
实例49：薄弹簧片热处理 273
实例50：钢爪形接地弹簧垫圈热处理 277
四、轴承钢的热处理 279
实例51：高精度块规的热处理 282
实例52：油泵偶件喷油嘴的热处理 283
第三节 工具钢的热处理 285
一、切削工具钢的基本要求 285
二、刃具钢（低合金刃具钢）及其热处理 285
实例53：圆板牙的热处理 287
实例54：9Mn2V钢模套热处理 291
实例55：搓丝板的制造与热处理 292
实例56：CrWMn钢制成的高精度量具的热处理 295
三、碳素工具钢及其热处理 297
实例57：碳素工具钢制造小孔径组合模具的热处理 300
实例58：锉刀的制造与热处理 302
四、高速钢及其热处理 304
实例59：锯片铣刀的制造与热处理 313
实例60：样板刀具的热处理 315
实例61：高速钢锯片减少淬火变形的热处理 323
实例62：高速钢车刀热处理 325
实例63：切割金属用的薄形刀片的制造与热处理 326
实例64：高速钢焊接刀具的制造与热处理 329
实例65：滚丝轮的制造与热处理 330
实例66：圆锥铰刀的热处理 334
实例67：齿轮滚刀的制造与热处理 339
实例68：较大直径铸造钻头的二次淬火 342
实例69：W18Cr4V冲孔冷冲模的制造与热处理 345
实例70：焊接高速钢机械加工用刀具的药品配方 346
五、模具钢及其热处理 347
六、制造冲模的工艺 358
实例71：东风型内燃机车使用的“钢背铝瓦”冷压成形的大型模具的制造与热处理 361
实例72：制造弹条扣件平垫圈的模具热处理 365
实例73：Cr12Mo钢冷冲压模的不变形热处理方法 373
实例74：硅钢片凹模热处理 375
实例75：Cr12MoV钢制造的剪切硅钢片用的复合下料模具的热处理 377
实例76：滚丝模热处理 378
实例77：挤压挺杆用凹模的制造与热处理 381
实例78：硅钢片冷冲压模具的制造与热处理 383
实例79：大型冷冲模具热处理 386
实例80：活扳手热锻模的制造与热处理 388
实例81：气门嘴热挤压模的制造与热处理 389
实例82：尖嘴钳锻模的制造与热处理 392
实例83：汽车连杆锻模的制造与热处理 394
实例84：3Cr2W8V钢热挤压凸模的制造与热处理 397
实例85：气门热锻模的制造与热处理 399
实例86：3Cr2W8V钢压铸模热处理 405
实例87：铝合金压铸模的热处理 406
实例88：热加工鱼尾螺栓（锻造半成品）的模具热处理 407
实例89：黄铜接线板落料模的制造与热处理 411
实例90：CrWMn钢制阴阳模热处理 416
实例91：9CrSi钢制落料模的制造与热处理 417
实例92：钢的分级淬火、等温淬火及回火使用硝酸盐配方 421
实例93：碳素钢与合金钢淬火加热、高速钢和高合金钢预热使用中性盐浴炉配方 421
实例94：工件在热处理加热过程中防止氧化和脱碳方法 421
实例95：热处理过程中节约能源、节电实际经验 422
实例96：肉眼目测观察炉温实际经验 426
实例97：各型号电阻炉的电热元件（电阻丝）维修利用方法 429
第四节 特殊性能钢及其热处理 430
一、不锈钢的热处理 430
二、耐热钢热处理 435
三、耐磨钢热处理 438
第八章 铸铁热处理 440
第一节 铸铁分类 440
一、白口铸铁 440
二、灰口铸铁 440
三、可锻铸铁 440
四、球墨铸铁 441
五、普通铸铁成分 441
六、铸铁的石墨化过程 441
七、铸铁组织 443
八、铸铁的性能 444
九、石墨的影响 444
第二节 铸铁热处理基础 445
一、铸铁热处理的必要性 445
二、铸铁热处理的特点 445
三、铸铁热处理时应采取的措施 446
第三节 灰口铸铁热处理 447
一、灰口铸铁的化学成分 447
二、灰口铸铁的退火和正火 447
三、灰口铸铁的淬火与回火 449
第四节 可锻铸铁热处理 450
一、可锻铸铁化学成分 450
二、可锻铸铁的牌号、力学性能和应用举例 450
三、可锻铸铁的热处理 451
四、白心可锻铸铁的热处理 452
五、黑心可锻铸铁的热处理 453
六、可锻铸铁热处理过程中的缺陷及其防止与补救方法 455
七、获得不同基体可锻铸铁的方法 456
第五节 石墨化钢与激冷铸铁热处理 458
一、工厂中常用石墨化退火方法 458
二、激冷铸铁及其热处理 459
第六节 球墨铸铁热处理 460
一、球墨铸铁分类及化学成分 460
二、球墨铸铁热处理 462
三、球墨铸铁的化学热处理 465
第七节 特殊性能铸铁 466
一、耐磨铸铁 466
二、耐热铸铁 467
三、耐蚀铸铁 468
实例98：活塞环热处理 468
第九章 金属热处理缺陷分析及其防止措施 470
第一节 概论 470
第二节 热处理裂纹 470
一、加热不当形成的裂纹 471
二、淬火裂纹 471
三、零件尺寸和结构的影响 477
四、工艺因素的影响 477
第三节 预防淬火裂纹的方法 478
一、正确进行产品设计 479
二、合理安排工艺路线 485
三、恰当确定加热参数 486
第四节 热处理变形 488
一、热处理变形原因 488
二、热处理变形规律 490
三、热处理变形的校正 494
四、防止淬火工件变形及常用的补救方法 495
第五节 过热与过烧 496
一、过热 496
二、过烧 496
第六节 氧化与脱碳 497
一、氧化 497
二、脱碳 497
三、防止和减轻氧化、脱碳的措施 498
第七节 残余内应力 498
一、热处理内应力 498
二、表面淬火工件的残余应力 498
第八节 力学性能不合格 499
一、软点 500
二、硬度不足 500
三、高频淬火工件的软点和硬度不足 501
四、感应加热淬火时硬化层过浅或过深 501
五、感应加热淬火硬化层不均匀 502
六、化学热处理渗碳硬化层深度不合格 502
第九节 热处理缺陷预防与全面质量控制 504
一、热处理全面质量控制的概念 504
二、基础条件控制 504
第十节 热处理前各工序质量控制 508
一、铸造质量控制 508
二、锻件质量控制 509
三、焊接质量控制 511
四、机械加工质量控制 512
第十一节 热处理中质量控制 513
一、待处理的核查 513
二、预备热处理质量控制 514
三、最终热处理质量控制 514
四、安排热处理位置 515
五、对淬火介质的一般要求 515
六、热处理生产操作控制 516
第十二节 热处理工件质量要求与检验 516
一、淬火、回火件的金相检查 516
二、淬火、回火件的变形要求 516
三、校形后应达到的要求 517
四、表面热处理与化学热处理的质量控制 517
第十三节 热处理生产技术安全 518
一、热处理生产中常见危险因素 518
二、热处理生产的技术安全防护措施 520
第十章 热处理常用加热设备 521
第一节 加热炉概述 521
第二节 燃料炉 522
一、燃料炉的种类 522
二、燃料炉的操作 522
第三节 电阻炉 523
一、热处理用电阻炉的分类 523
二、热处理用电阻炉的结构 528
三、电极盐浴炉的使用、维护及安全操作 553
附录 554
附录一 常用化学元素国际符号（一般常用符号） 554
附录二 常用钢的化学成分 555
附录三 常用钢的临界点 562
附录四 常用淬火介质（氯化钠水溶液和硝盐） 563
附录五 常用钢锻件热处理规范 566
附录六 热处理工艺代号、技术要求表示方法 567
附录七 化学药品元素符号 568
附录八 金属结构组织符号 570
附录九 常用硬度符号 571
附录十 常用临界点符号 571
附录十一 常用单位符号名称对照表 572
附录十二 一般常用钢材涂色标志 574
附录十三 矿物油 574
附录十四 热处理火色与温度之间的关系 575
附录十五 常用盐浴（碱浴）成分 576
附录十六 常用除油溶液 577
参考文献 578