第1章 化学热处理概论 1
1.1 有关化学热处理的基本概念 1
1.1.1 化学热处理的定义、分类及特点 1
1.1.2 化学热处理的用途及实施先进化学热处理的意义 3
1.1.3 化学热处理发展的总目标与趋势 5
1.2 化学热处理的基本过程与质量、效果 5
1.2.1 化学热处理的基本过程 5
1.2.2 化学热处理后的质量及效果 7
1.3 提高化学热处理过程速率和质量的途径 8
1.3.1 采用新工艺，不断优化化学热处理技术 8
1.3.2 稀土元素在化学热处理中的作用 9
1.3.3 化学催渗在化学热处理中的作用 9
1.3.4 物理催渗在化学热处理中的作用 9
1.3.5 可控气氛化学热处理 14
1.3.6 高能束表面强化与高能束化学热处理的应用 17
1.3.7 表面喷丸强化对化学热处理的影响 18
1.3.8 多元共渗表面强化化学热处理 18
1.3.9 积极探索复合化学热处理（包括复合渗）技术 19
1.3.10 金属材料表面自纳米化对化学热处理过程的影响 19
1.3.11 化学热处理过程的计算机模拟与智能化 20
1.3.12 积极研制与开发加速化学热处理过程的新型材料 21
1.4 化学热处理渗层的组织特征 21
1.4.1 纯金属渗入单一元素时的渗层组织 21
1.4.2 金属合金化学热处理的渗层组织 23
1.4.3 影响渗层组织的因素 25
第2章 渗碳表面强化及其应用 26
2.1 概述 26
2.1.1 渗碳特性及对渗碳层的技术要求 26
2.1.2 渗碳层的测定 29
2.1.3 渗碳用钢及其预备热处理 30
2.1.4 渗碳介质与碳势控制 31
2.1.5 渗碳后的热处理与渗碳层的组织、性能 35
2.2 气体渗碳工艺与设备 39
2.2.1 井式炉气体渗碳 39
2.2.2 密封箱式炉气体渗碳 47
2.2.3 连续炉气体渗碳 53
2.2.4 气体渗碳应用实例及分析 53
［实例2.1］ 20CrMnTiH钢制汽车变速器齿轮的渗碳表面强化 53
［实例2.2］ 20CrMnTiH钢制汽车齿轮连续炉稀土快速渗碳表面强化的研究 55
［实例2.3］20CrMo曲柄件的多用炉浅层渗碳表面强化研究 57
2.3 真空渗碳工艺与设备 61
2.3.1 真空热处理基础 61
2.3.2 真空渗碳及其特点 61
2.3.3 真空渗碳工艺及操作 61
2.3.4 真空渗碳的应用及实例分析 63
［实例2.4］ MIX主减速从动齿轮的低压真空渗碳热处理工艺的研究 63
2.4 离子渗碳工艺与设备 66
2.4.1 离子渗碳原理 66
2.4.2 离子渗碳工艺与操作 66
2.4.3 离子渗碳的优势 69
2.4.4 离子渗碳应用实例分析 70
［实例2.5］ 20Cr2Ni4A钢大型轴承滚柱的等离子渗碳工艺研究 70
2.5 其他渗碳工艺 72
2.5.1 深层渗碳及应用实例 72
［实例2.6］ 18Cr2Ni4W钢制大型重载齿轮轴的深层渗碳表面强化工艺的研究 76
2.5.2 液体渗碳及应用实例 78
［实例2.7］ 自行车前后轴碗的液体渗碳表面强化 82
2.5.3 固体渗碳及应用实例 83
［实例2.8］棘轮的固体渗碳表面强化 88
2.5.4 膏剂渗碳及应用实例 90
［实例2.9］ 17CrNiMo6钢齿轮轴的膏剂渗碳工艺研究 90
2.5.5 感应加热渗碳及应用实例 93
2.5.6 流态床渗碳及应用实例 94
2.5.7 高浓度渗碳及应用实例 94
［实例2.10］ Q235钢稀土高浓度渗碳工艺提高耐火砖模具的使用寿命 95
2.5.8 局部渗碳及应用实例 98
［实例2.11］工程机械变速箱齿轮的渗碳化学热处理表面强化 98
2.6 渗碳热处理缺陷及其质量控制 99
2.6.1 渗碳热处理常见缺陷及其控制 99
2.6.2 渗碳过程的质量控制 103
2.6.3 渗碳操作的质量控制 105
2.6.4 渗碳检验的质量控制 106
［实例2.1 2］加强碳势控制以提高零件渗碳质量 108
［实例2.1 3］ 23CrNi3Mo钢制采矿钻车快换钎杆的凿岩试验与失效分析 111
第3章 碳氮共渗表面强化及其应用 116
3.1 概述 116
3.1.1 碳氮共渗的特点 116
3.1.2 碳氮共渗的分类 117
3.1.3 碳氮共渗用材及其热处理 117
3.1.4 碳氮共渗渗层深度与碳氮浓度的选择 119
3.1.5 碳氮共渗层的组织与性能 119
3.2 气体碳氮共渗表面强化 123
3.2.1 气体碳氮共渗介质 123
3.2.2 气体碳氮共渗对设备的要求 125
3.2.3 气体碳氮共渗工艺的特点 125
3.2.4 气体碳氮共渗应用实例分析 127
［实例3.1］Q235钢惰板的碳氮共渗热处理工艺分析 127
［实例3.2］20Cr钢汽车变速器二轴表面碳氮共渗工艺的改进 130
［实例3.3］ 拖拉机变速箱二轴20CrMnTi钢制齿轮的热处理工艺改进 132
3.3 真空、离子碳氮共渗及其他碳氮共渗表面强化 134
3.3.1 真空碳氮共渗及其应用 134
［实例3.4］ 45和P20塑料模具钢的真空碳氮共渗热处理工艺试验研究 136
3.3.2 离子碳氮共渗及其应用 137
［实例3.5］ 20Cr2Ni4A采煤机双联齿轮的真空离子碳氮共渗表面强化 137
3.3.3 高浓度碳氮共渗及其应用 140
［实例3.6］ 20Cr2Ni4A钢坦克齿轮高浓度碳氮共渗工艺的优化 141
3.3.4 液体碳氮共渗简介 145
3.3.5 稀土碳氮共渗及其应用 146
［实例3.7］ 20钢制纺织钢领无毒液体C-N-RE共渗的试验研究 147
3.3.6 固体碳氮共渗与膏剂碳氮共渗表面强化 150
［实例3.8］T10A钢冷压整形模的固体碳氮共渗工艺研究 150
3.3.7 流态床高温碳氮共渗工艺 152
3.3.8 液相等离子电解碳氮共渗工艺及其应用 152
［实例3.9］ 高速钢铣刀的液相等离子电解碳氮共渗工艺研究 154
3.4 碳氮共渗化学热处理缺陷及其质量控制 155
3.4.1 碳氮共渗化学热处理常见组织缺陷及其控制 155
3.4.2 气体碳氮共渗过程的质量控制 159
3.4.3 气体碳氮共渗操作的质量控制 162
3.4.4 碳氮共渗检验的质量控制 162
3.4.5 碳氮共渗质量控制实例分析 163
［实例3.10］ 20CrMnTi汽车变速齿轮碳氮共渗黑色组织的分析及预防 163
［实例3.11］ 20CrMnTi内燃机车柴油机齿轮的碳氮共渗化学热处理表面强化 165
［实例3.12］20CrMn Ti汽车后桥被动齿轮碳氮共渗热处理变形的预防措施 167
［实例3.13］ 20CrMnTi重载汽车内齿圈碳氮共渗和淬火变形的控制 169
第4章 渗氮表面强化及其应用 172
4.1 概述 172
4.1.1 渗氮及其特点 172
4.1.2 渗氮原理与渗氮层的组织形态 173
4.1.3 渗氮用钢 174
4.1.4 渗氮钢的预备热处理及力学性能 176
4.2 气体渗氮表面强化 178
4.2.1 气体渗氮设备 178
4.2.2 气体渗氮工艺过程与参数 178
4.2.3 气体渗氮工艺规范与操作过程 183
4.2.4 气体渗氮层的组织与性能 194
4.2.5 渗氮件的质量检测 196
4.2.6 气体渗氮常见缺陷与质量控制 197
4.2.7 气体渗氮氮势控制及应用 200
［实例4.1］模具及凸轮的渗氮表面强化 200
［实例4.2］气门导管的渗氮表面强化 201
［实例4.3］ 3Cr2W8V压铸模的气体三段渗氮化学热处理强化 202
［实例4.4］ LC280A车床薄片齿轮的渗氮化学热处理强化 203
［实例4.5］ T6112镗床主轴的气体渗氮表面强化 204
4.3 离子渗氮表面强化 205
4.3.1 离子渗氮设备 205
4.3.2 离子渗氮的基本原理 206
4.3.3 离子渗氮工艺参数与操作过程 208
4.3.4 离子渗氮层的组织与性能 212
4.3.5 离子渗氮常见缺陷与质量控制 214
4.3.6 离子渗氮的应用 215
［实例4.6］纺机精梳机罗拉的离子渗氮工艺研究 216
［实例4.7］压缩机阀片的离子渗氮化学热处理工艺研究 219
［实例4.8］ M1432磨床主轴的离子渗氮表面强化 220
［实例4.9］ 齿轮轴的离子渗氮化学热处理强化 220
4.4 真空脉冲渗氮及其他渗氮工艺 221
4.4.1 真空脉冲渗氮的特点 221
4.4.2 真空脉冲渗氮设备 222
4.4.3 真空脉冲渗氮工艺参数 223
4.4.4 真空脉冲渗氮的应用实例分析 224
［实例4.10］ 铝型材热挤压模的真空脉冲渗氮表面强化 224
4.4.5 其他渗氮工艺简介 225
第5章 氮碳共渗表面强化及其应用 237
5.1 氮碳共渗的原理及特点 237
5.1.1 概述 237
5.1.2 氮碳共渗用状态图 237
5.1.3 氮碳共渗的原理 239
5.1.4 氮碳共渗的特点 243
5.2 氮碳共渗的工艺方法 244
5.2.1 气体氮碳共渗工艺 244
5.2.2 液体（盐浴）氮碳共渗工艺 249
5.2.3 离子氮碳共渗工艺 256
5.2.4 真空脉冲氮碳共渗工艺 257
5.3 氮碳共渗后的性能与组织 258
5.3.1 氮碳共渗后的组织 258
5.3.2 氮碳共渗后的性能 260
5.4 氮碳共渗的质量检验与控制 261
5.4.1 氮碳共渗件的质量检验 261
5.4.2 氮碳共渗件常见缺陷及质量控制 261
5.5 氮碳共渗应用实例 263
［实例5.1］ W9Mo3Cr4V钢制十字槽冲头的真空脉冲氮碳共渗表面强化 263
［实例5.2］40Cr摩托车主驱动齿轮的低真空变压氮碳共渗表面强化 265
［实例5.3］粉碎机筛片的氮碳共渗化学热处理强化 267
［实例5.4］ 内燃机气门的液体氮碳共渗表面强化 268
［实例5.5］ 40Cr高速柴油机凸轮轴双联齿轮的盐浴氮碳共渗表面强化 271
［实例5.6］ 凸轮轴的气体氮碳共渗化学热处理强化 273
［实例5.7］ W6Mo5Cr4V2钢制活塞销冷挤凸模的氮碳共渗表面强化 274
［实例5.8］ H13钢制压铸模的稀土离子氮碳共渗表面强化 276
第6章 渗硼、渗金属高温化学热处理及其应用 279
6.1 渗硼及其应用 279
6.1.1 渗硼方法及其特点 279
6.1.2 渗硼工艺及其控制 283
6.1.3 渗硼层的组织和性能 283
6.1.4 渗硼的质量检测与控制 286
6.1.5 渗硼用材及钢中合金元素对渗硼层的影响 288
6.1.6 渗硼前处理及渗硼后处理 288
6.1.7 渗硼的应用及实例分析 288
［实例6.1］筛类产品的固体渗硼化学热处理工艺及其应用 289
［实例6.2］ 3Cr2W8V钢制气门锻模的渗硼工艺试验研究 290
［实例6.3］六方螺母凹模冷挤压模具的盐浴渗硼工艺及应用 292
［实例6.4］5Cr2NiMoVSi钢大型热锻模的复合强化工艺及应用 294
6.2 渗金属表面强化及应用 298
6.2.1 渗金属的概念及其分类方法 298
6.2.2 常见渗金属渗剂的成分 298
6.2.3 渗形成碳化物的金属元素工艺 299
6.2.4 钢件渗金属后的热处理 300
6.2.5 常见渗金属层的组织和性能 300
6.2.6 渗金属层的质量检验、常见缺陷及防止措施 302
6.2.7 碳化物渗层的工业应用及实例分析 302
［实例6.5］延长模具寿命的有效途径——硼砂熔盐碳化物渗层技术 304
［实例6.6］盐浴渗铬工艺在模具上的应用研究 306
6.3 渗铝及其应用 308
6.3.1 渗铝工艺 308
6.3.2 渗铝层的组织与性能 312
6.3.3 渗铝工艺的应用 314
6.3.4 渗铝的质量要求与检测 314
6.3.5 渗铝常见的缺陷及其防止措施 316
6.3.6 渗铝工艺实例分析 316
［实例6.7］ 新型废热锅炉换热管的渗铝工艺研究 316
［实例6.8］ 镶嵌活塞铁铝黏结层组织特征与渗铝工艺研究 319
［实例6.9］ 机械能助渗铝的试验研究 321
6.4 渗铬及其应用 325
6.4.1 渗铬工艺与方法 325
6.4.2 渗铬层的组织与性能 327
6.4.3 渗铬的工业应用与实例分析 328
［实例6.10］65Mn钢农机旋耕刀的表面渗铬工艺及其耐磨性研究 328
［实例6.11］ AISIH13钢表面自纳米化＋渗铬复合处理及其性能的试验研究 332
6.5 以渗硼、渗金属为主的多元共渗与复合渗 336
6.5.1 多元共渗与复合渗的概念 336
6.5.2 以渗硼为主的多元共渗与复合渗 336
6.5.3 以渗铝为主的多元共渗与复合渗 338
6.5.4 以渗铬为主的多元共渗与复合渗 340
6.5.5 多元共渗与复合渗应用实例分析 341
［实例6.12］45钢制砖机模板硼氮共渗表面强化工艺的研究与应用 341
［实例6.13］ CrWMn钢制滚丝模的碳氮共渗＋渗硼复合化学热处理强化 343
［实例6.14］45钢外加直流电场粉末法铝硅共渗的工艺及性能研究 346
［实例6.15］ 4Cr5MoSiV1钢制压铸模的复合强化工艺研究 348
第7章 渗硫、渗锌、低温多元共渗及其应用 352
7.1 渗硫及其应用 352
7.1.1 渗硫工艺 352
7.1.2 渗硫层的组织与性能 355
7.1.3 钢铁渗硫件的质量检测 356
7.1.4 渗硫工艺的应用与实例分析 356
［实例7.1］ GCr15钢制NUP311NRV/C3满装滚子轴承的低温离子渗硫化学热处理 356
7.2 渗锌及其应用 358
7.2.1 渗锌的工艺方法 358
7.2.2 钢铁渗锌层的组织与性能 361
7.2.3 渗锌件的质量检测 364
7.2.4 渗锌的应用及实例分析 364
［实例7.2］42CrMo钢多节拉杆的热处理及热浸镀锌工艺改进 365
［实例7.3］ 纳米复合粉末渗锌技术在铁路道岔转换设备上的应用 367
［实例7.4］波形梁钢护栏热浸镀锌和热浸镀铝应用分析 369
7.3 低温多元共渗及其应用 372
7.3.1 低温多元共渗——节能降耗、显著减少畸变 372
7.3.2 含氮的多元共渗 372
7.3.3 含硫的多元共渗 375
7.3.4 低温多元共渗的应用与实例分析 380
［实例7.5］ 25CrNiMo钢制防喷器材料的氧氮碳低温气体三元共渗试验研究 380
［实例7.6］ 3Cr2W8V汽车半轴锻造模具的热处理工艺分析与改进 383
［实例7.7］ 3Cr2W8V钢制缝纫机主轴弯头热锻模的气体硫氮二元共渗 385
［实例7.8］ 3Cr2W8V钢制铝合金热挤压模的离子硫氮碳三元共渗 385
［实例7.9］ 压铸模用4Cr5MoSiV1钢热处理强化工艺研究 387
7.4 低温化学热处理渗层组织、性能及工艺方法的选择 390
7.4.1 钢件低温化学热处理的渗层组织和性能 390
7.4.2 低温化学热处理工艺方法的选择 393
参考文献 397