美国金属学会热处理手册 A卷 钢的热处理基础和工艺流程

美国金属学会热处理手册 A卷 钢的热处理基础和工艺流程
作者:[美]乔恩 L.多塞特 乔治E.陶敦
出版时间:2019
本书主要介绍了钢的热处理基础知识和工艺流程，详细讲解了钢的热处理原理和淬火、渗碳、渗氮等热处理工艺。本书将热处理工艺作为整个产品生产过程中的一个环节加以综合考虑，为产品设计者和热处理工程师进行产品设计和工艺制订，提供了大量实用翔实的参考资料。本书由世界上钢铁材料热处理各研究领域的专家撰写而成，反映了当代热处理工艺的技术水平，具有先进性、全面性和实用性。
序
前言
使用计量单位说明
第1章钢的热处理基础1
1.1钢的热处理概论1
1.1.1引言1
1.1.2铁的晶体结构2
1.1.3钢的热处理组织6
1.1.4转变图17
1.1.5热应力和残余应力23
参考文献25
1.2钢的硬度和淬透性28
1.2.1引言28
1.2.2乔米尼末端淬火试验30
1.2.3淬冷烈度33
1.2.4理想临界直径35
1.2.5淬透性相关曲线37
1.2.6其他淬透性试验方法42
1.2.7乔米尼末端淬火试验等效图表45
1.2.8淬透性要求的确定47
1.2.9影响淬透性的因素51
1.2.10乔米尼末端淬火数据集的可变性51
1.2.11钢的淬透性计算53
1.2.12根据淬透性选择钢种55
1.2.13淬透性极限和H钢57
1.2.14根据末端淬火试验位置对H钢进行分类65
参考文献69
1.3碳钢和低中碳低合金钢淬透性的计算70
1.3.1引言70
1.3.2淬透性计算原则70
1.3.3钢淬透性的建模方法71
1.3.4卡特彼勒淬透性计算器（1E0024）75
1.3.5非硼钢DI的计算77
1.3.6硼钢DI的计算80
1.3.7根据成分估计末端淬火曲线81
1.3.8非硼钢（8645钢）计算实例82
1.3.9硼钢（86B45钢）计算实例82
1.3.10欧洲地区的淬透性回归分析（报告）91
参考文献93
1.4高碳钢淬透性的计算95
1.4.1背景98
1.4.2淬透性系数推导100
1.4.3淬透性系数101
1.4.4淬透性系数的使用103
1.4.5淬透性系数的局限性104
致谢104
参考文献104
引用文献104
第2章钢的淬火原理与工艺105
2.1钢的淬火105
2.1.1淬火机理105
2.1.2淬火过程变量108
2.1.3冶金学特性109
2.1.4淬冷烈度115
2.1.5淬火冷却介质的检测和评估119
2.1.6冷却曲线试验121
2.1.7传热系数计算128
2.1.8普通淬火工艺参数132
2.1.9淬火系统141
2.1.10空气和水淬火冷却介质143
2.1.11盐水（浓盐水）溶液144
2.1.12熔融金属淬火冷却介质147
2.1.13熔融盐和热油淬火冷却介质149
2.1.14淬火油153
2.1.15淬火槽的维护保养165
2.1.16油淬火系统的监测169
2.1.17矿物油淬火冷却介质的安全使用171
2.1.18聚合物淬火冷却介质172
2.1.19夹具178
参考文献179
2.2淬火过程中的传热特性188
2.2.1传热基础189
2.2.2显微组织转变生成热191
2.2.3液体淬火传热193
2.2.4活跃的传热边界条件198
参考文献203
2.3描述工业淬火过程的大型探头207
2.3.1评估液态淬火冷却介质冷却强度的实验室测试207
2.3.2实验室测试与工业淬火过程表征的区别210
2.3.3液态淬火冷却介质的临界热流密度211
2.3.4用温度梯度法评估车间条件下的冷却强度212
2.3.5Licˇic′/Petrofer探头212
2.3.6任意形状的轴对称工件淬火硬度分布预测215
2.3.7热传导反问题的数值解法217
2.3.8测量温度的平滑化220
2.3.9工业实例222
参考文献223
2.4淬火过程传感器*224
2.4.1淬火中的流体流动224
2.4.2流体流动的测量225
参考文献229
2.5钢件的强烈淬火230
2.5.1力学性能与淬火冷却速率231
2.5.2强烈淬火与其他淬火方法231
2.5.3淬火过程中的传热233
2.5.4批量强烈淬火(IQ-2)234
2.5.5单个零件的强烈淬火(IQ-3)236
2.5.6钢的显微组织、力学性能及应力状态的改善237
2.5.7IQ处理与零件变形240
2.5.8强烈淬火生产系统设计241
2.5.9强烈淬火工艺的实际应用244
参考文献246
2.6逆淬火247
2.6.1散热动力学247
2.6.2冶金方面249
2.6.3可控预冷淬火的淬火冷却介质251
2.6.4性能252
2.6.5总结253
参考文献253
2.7气冷淬火254
2.7.1概述254
2.7.2物理学原理254
2.7.3气冷淬火设备255
2.7.4气体类型256
2.7.5冷却曲线257
2.7.6心部硬度预测259
2.7.7气流转向260
2.7.8气冷淬火动力学261
2.7.9气冷淬火夹具262
2.7.10高压气淬（HPGQ）变形控制263
参考文献263
2.8盐浴淬火264
2.8.1盐浴淬火设备265
2.8.2时间和温度的选择265
2.8.3盐浴淬火系统的操作要点266
2.8.4盐浴淬火中环境和安全注意事项268
参考文献269
引用文献269
2.9流态床淬火270
2.9.1淬火流态床设计270
2.9.2淬火能力271
2.9.3流态床淬火的应用274
参考文献276
2.10喷射淬火276
2.10.1概述276
2.10.2水淬过程中的传热278
参考文献281
2.11加压淬火283
2.11.1设备284
2.11.2变形控制因素287
参考文献288
2.12线材索氏体化淬火288
2.12.1线材索氏体化处理工艺288
2.12.2试验材料冷却行为和程序288
2.12.3冷却曲线和冷却速率曲线结果与分析289
2.12.4浓度-雾流量效应292
2.12.5加入CMC添加剂的可控雾冷索氏体化处理293
2.12.6结论293
参考文献294
第3章钢的热处理工艺296
3.1热处理工序中钢的清理296
3.1.1热处理零件表面污染物297
3.1.2清理方法298
3.1.3清洁度检测303
3.1.4如何清理干净304
3.1.5案例分析304
3.1.6污染控制和资源回收305
3.1.7安全性305
3.1.8总结307
参考文献307
引用文献308
3.2钢的去应力热处理308
3.2.1残余应力的来源308
3.2.2热处理去应力的方法309
3.2.3弹簧的去应力处理312
参考文献313
3.3钢的正火313
3.3.1简介313
3.3.2加热和冷却314
3.3.3不同钢种的正火工艺运用314
3.3.4锻件322
3.3.5棒材和管材产品323
3.3.6铸件323
3.3.7板材和带材324
致谢325
参考文献325
3.4钢的退火325
3.4.1冶金学原理325
3.4.2退火工艺325
3.4.3退火指南327
3.4.4退火温度328
3.4.5球化退火330
3.4.6工序间退火332
3.4.7适合机加工的退火组织332
3.4.8工业生产中的退火333
3.4.9板材和带材的退火335
3.4.10钢锻件的退火339
3.4.11线材和棒材的退火341
3.4.12板材和管材的退火342
3.4.13快速循环退火342
参考文献343
3.5亚温退火和正火344
3.5.1亚温退火的温度345
3.5.2温度和时间的关系346
3.5.3正火346
3.5.4螺纹的软化感应退火347
致谢347
参考文献347
3.6钢的奥氏体化347
3.6.1简介347
3.6.2奥氏体化的目的及概述347
3.6.3奥氏体形成的热力学及动力学348
3.6.4奥氏体晶粒的长大354
3.6.5奥氏体中溶质浓度的控制355
致谢356
参考文献356
3.7钢的淬火-碳分配热处理357
3.7.1化学成分与退火工艺357
3.7.2显微组织与力学性能358
3.7.3残留奥氏体的力学性能和稳定性360
3.7.4焊接性能362
致谢366
参考文献366
3.8钢的回火367
3.8.1简介367
3.8.2主要变量368
3.8.3回火温度和回火阶段369
3.8.4回火时间和回火温度374
3.8.5化学成分对回火的影响378
3.8.6回火过程中的尺寸变化382
3.8.7拉伸性能和硬度382
3.8.8韧性和脆性385
3.8.9回火设备387
3.8.10特殊回火工序389
3.8.11感应加热回火392
致谢394
参考文献394
引用文献395
3.9钢的等温淬火396
3.9.1等温淬火的钢种397
3.9.2截面厚度的限制399
3.9.3应用399
3.9.4尺寸控制402
3.9.5改良型等温淬火405
3.9.6等温淬火存在的问题和解决
方案406
参考文献407
引用文献407
3.10钢的分级淬火407
3.10.1简介407
3.10.2优势409
3.10.3分级淬火介质410
3.10.4安全措施412
3.10.5分级淬火的钢种415
3.10.6工艺参数的控制417
3.10.7尺寸控制419
3.10.8应用423
3.10.9奥氏体化设备的选择425
3.10.10分级淬火设备的选择426
3.10.11分级淬火盐浴的维护429
3.10.12装料架及其处理430
3.10.13清洗作业430
参考文献431
3.11钢的冷处理及深冷处理431
3.11.1钢的冷处理431
3.11.2钢的深冷处理433
致谢435
参考文献435
引用文献436
第4章钢的表面淬火437
4.1钢的表面淬火简介437
4.1.1表面淬火的扩散方法437
4.1.2渗碳和碳氮共渗439
4.1.3渗氮和氮碳共渗442
4.1.4外加能量方法444
4.1.5其他方法445
4.1.6工艺选择446
参考文献446
4.2热处理防渗技术447
4.2.1机械屏蔽447
4.2.2镀铜448
4.2.3防渗涂料448
致谢453
4.3钢的硬化层深度测量方法453
4.3.1简介453
4.3.2测量规范453
4.3.3化学法454
4.3.4机械法456
4.3.5视觉检测法461
4.3.6无损检测法462
致谢463
参考文献463
引用文献464
第5章钢的外加能量表面淬火465
5.1钢的火焰淬火465
5.1.1火焰淬火方法466
5.1.2燃气467
5.1.3燃烧器及相关设备470
5.1.4操作过程与控制473
5.1.5预热477
5.1.6硬化层深度及硬度分布477
5.1.7设备维护478
5.1.8预防性维护480
5.1.9安全注意事项480
5.1.10淬火方法和设备481
5.1.11淬火介质481
5.1.12火焰淬火存在的问题及原因分析482
5.1.13火焰淬火零件的回火482
5.1.14表面状态483
5.1.15尺寸控制483
5.1.16工艺选择483
5.1.17材料选择485
5.1.18火焰退火488
参考文献488
引用文献488
5.2钢的表面感应淬火488
5.2.1感应加热原理489
5.2.2高温电、磁和热性能490
5.2.3涡流分布493
5.2.4感应淬火和回火496
5.2.5通用设备和工艺因素503
5.2.6表面感应淬火参数508
5.2.7应用技巧和故障排除511
致谢513
参考文献514
5.3电子束表面淬火514
5.3.1电子束的产生及其材料的交互作用515
5.3.2工艺技术517
5.3.3电子束表面淬火技术519
5.3.4电子束设备和电子束集成制造系统523
5.3.5实际应用525
致谢528
参考文献528
引用文献529
5.4激光表面淬火530
5.4.1常规表面淬火技术534
5.4.2激光表面淬火535
5.4.3吸收率536
5.4.4激光扫描技术537
5.4.5激光退火537
5.4.6激光熔覆537
5.4.7激光冲击强化541
5.4.8激光热处理541
5.4.9热动力学相变544
5.4.10获得特定硬度的挑战547
5.4.11冷却速度的影响547
5.4.12工艺参数对温、显微组织和硬化层硬度的影响548
5.4.13非铁基合金激光表面淬火551
参考文献556
引用文献565
第6章钢的渗碳和碳氮共渗567
6.1渗碳和碳氮共渗简介567
6.1.1简介567
6.1.2历史567
6.1.3一般渗碳过程的描述568
6.1.4如何渗碳571
6.1.5渗碳基本反应571
6.1.6渗碳的优点和局限性575
6.1.7渗碳钢576
6.1.8质量保证577
6.1.9可能出现的复杂情况579
6.1.10渗碳和碳氮共渗方法580
致谢583
参考文献583
引用文献584
6.2渗碳零件碳浓度控制评估584
6.2.1硬度测试584
6.2.2显微镜检查584
6.2.3连续剥层分析585
6.2.4定碳片分析587
6.2.5定碳轧丝分析589
6.2.6光谱分析589
6.2.7电磁测试589
6.3气体渗碳590
6.3.1热力学和动力学590
6.3.2碳源和气氛类型596
6.3.3碳传递机制599
6.3.4渗碳建模和渗碳层深度预测600
6.3.5渗碳设备602
6.3.6炉温和气氛控制604
6.3.7渗碳周期进展60