钢铁材料的热处理 美国金属学会热处理手册 D卷2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1章 概论1

1.1 钢的选材和热处理设计问题1

1.1.1 简介1

1.1.2 热处理零件的钢种选择4

1.1.3 残余应力6

1.1.4 变形9

1.1.5 尺寸变形计算12

1.1.6 变形控制技术15

1.1.7 脱碳17

1.1.8 加热中的问题19

1.1.9 热处理裂纹20

1.1.10 与材料相关的问题22

1.1.11 与设计相关的问题23

1.1.12 热处理设计实例24

参考文献29

1.2 淬火钢的选择30

1.2.1 合金化31

1.2.2 合金的选择35

1.2.3 淬火硬化层深度39

1.2.4 拉伸力学性能43

1.2.5 硬度和淬透性与耐磨性45

1.3 钢的淬火开裂倾向模拟48

1.3.1 淬火开裂的早期研究48

1.3.2 淬火开裂的分析和模拟54

1.3.3 淬火开裂模拟实例57

1.3.4 使用模拟预防淬火开裂61

参考文献62

1.4 表面硬化钢的选择64

1.4.1 渗碳钢65

1.4.2 碳氮共渗钢71

1.4.3 渗氮钢72

1.4.4 感应或火焰淬火钢73

参考文献74

1.5 渗碳钢的选择75

1.5.1 渗碳钢的淬透性75

1.5.2 淬火冷却介质76

1.5.3 渗碳应力分析76

1.5.4 渗碳层深度和类型77

1.5.5 热处理工艺79

1.5.6 渗碳齿轮钢81

参考文献85

1.6 渗碳钢的微观组织和性能85

1.6.1 渗碳浓度和硬度梯度86

1.6.2 马氏体和残留奥氏体86

1.6.3 合金元素的影响88

1.6.4 奥氏体晶间断裂89

1.6.5 渗碳钢中的微裂纹91

1.6.6 过多的残留奥氏体和碳化物91

1.6.7 残余应力93

1.6.8 表面和内氧化94

1.6.9 疲劳机制95

参考文献96

1.7 渗氮层组织和性能99

1.7.1 渗氮层99

1.7.2 渗氮钢类型99

1.7.3 渗氮工艺及其对组织和性能的影响101

1.7.4 展望106

参考文献106

第2章 碳钢和低合金钢的热处理108

2.1 碳钢的热处理108

2.1.1 统一编号系统（UNS）110

2.1.2 热处理工艺112

2.1.3 碳钢的热处理分类115

2.1.4 组织转变图116

2.1.5 碳钢的淬透性122

2.1.6 回火127

2.1.7 热处理指导128

2.1.8 易切削钢132

2.1.9 铸造碳钢133

参考文献135

选择阅读135

2.2 低合金钢的热处理136

2.2.1 低合金钢的分类136

2.2.2 合金元素的作用145

2.2.3 锰系低合金钢156

2.2.4 钼系低合金钢161

2.2.5 铬－钼系低合金钢168

2.2.6 镍－铬－钼系低合金钢175

2.2.7 镍－钼系低合金钢187

2.2.8 铬系低合金钢192

2.2.9 铬－钒系低合金钢199

2.2.10 硅－锰系低合金钢200

参考文献202

2.3 空冷淬火高强度结构钢的热处理202

2.3.1 空冷淬火钢的热处理原理203

2.3.2 空冷淬火高强度结构钢的热处理实践204

2.3.3 空冷淬火马氏体不锈钢的热处理实践211

参考文献215

2.4 硼钢的热处理215

2.4.1 硼钢的淬透性215

2.4.2 硼钢的热处理工艺217

2.4.3 硼钢热处理模拟223

2.4.4 硼钢的应用224

参考文献226

2.5 铜析出强化钢的热处理226

2.5.1 概述227

2.5.2 应用227

2.5.3 美国材料和试验协会标准227

2.5.4 铜析出强化钢的相组织229

2.5.5 铜析出强化钢的成分和合金元素作用230

2.5.6 形变热处理231

2.5.7 热处理工艺231

2.5.8 热处理工艺、微观组织和力学性能之间的关系239

致谢241

参考文献241

2.6 钢制齿轮的热处理245

2.6.1 齿轮热处理的概述246

2.6.2 大型齿轮的热处理257

2.6.3 工艺过程建模与设计优化258

2.6.4 综合计算材料工程和设计优化261

参考文献262

2.7 轴承的热处理264

2.7.1 轴承类型264

2.7.2 轴承的设计参数、性能特点和材料要求265

2.7.3 金相组织要求和热处理工艺选择265

2.7.4 整体淬火266

2.7.5 马氏体热处理266

2.7.6 热处理变形控制266

2.7.7 整体淬火轴承钢尺寸的稳定性267

2.7.8 整体淬火轴承钢晶粒尺寸268

2.7.9 影响整体淬火轴承钢的淬火问题268

2.7.10 52100轴承钢系列中的高淬透性钢270

2.7.11 贝氏体热处理（贝氏体等温淬火）270

2.7.12 特殊用途整体淬火轴承钢272

2.7.13 复合强化277

2.7.14 渗碳277

2.7.15 专用渗碳钢279

2.7.16 专用钢的渗碳和渗氮281

2.7.17 碳氮共渗283

2.7.18 感应淬火285

参考文献286

2.8 锻造直接热处理工艺与技术288

2.8.1 锻热淬火和直接热处理的定义和用途288

2.8.2 直接热处理的微合金钢291

2.8.3 控制轧制技术生产细晶组织棒材和线材294

2.8.4 碳含量对微合金直接热处理（DHT）钢韧性的影响294

2.8.5 微合金钢生产典型汽车零部件的应用297

2.8.6 连杆298

2.8.7 锻热直接热处理设备299

参考文献300

2.9 粉末冶金钢的热处理301

2.9.1 粉末冶金工艺概述302

2.9.2 粉末冶金钢的牌号命名305

2.9.3 粉末冶金钢热处理简介307

2.9.4 孔隙率对粉末冶金钢热处理的影响307

2.9.5 合金元素含量对粉末冶金钢淬透性的影响310

2.9.6 原料粉对均质性的影响312

2.9.7 淬火和回火313

2.9.8 烧结硬化316

2.9.9 温压成形317

2.9.10 粉末锻造317

2.9.11 表面硬化318

2.9.12 渗氮319

2.9.13 蒸汽处理320

2.9.14 发黑处理320

2.9.15 感应淬火321

致谢322

参考文献322

第3章 工具钢的热处理324

3.1 工具钢热处理简介324

3.1.1 工具钢的分类324

3.1.2 工具钢的生产330

3.1.3 工具钢的热处理330

参考文献337

3.2 工具钢热处理过程与设备337

3.2.1 工具钢奥氏体化、淬火和回火的设备337

3.2.2 工具钢渗氮和气体氮碳共渗设备347

参考文献350

扩展阅读350

3.3 工具钢的变形351

3.3.1 变形的性质和原因351

3.3.2 工艺对变形的影响354

3.3.3 材料对变形的影响355

3.3.4 变形和残余应力预测的数值模拟358

致谢363

参考文献363

扩展阅读363

3.4 工具钢变形的控制364

3.4.1 设计364

3.4.2 化学成分365

3.4.3 原材料状态366

3.4.4 机加工过程366

3.4.5 主要热处理工序367

3.4.6 稳定化处理369

3.4.7 工业实践372

参考文献372

3.5 冷加工工具钢的热处理——水淬和油淬碳素、低合金工具钢373

3.5.1 水淬工具钢373

3.5.2 耐冲击工具钢376

3.5.3 油淬冷加工工具钢378

3.5.4 低合金特殊用途工具钢381

3.5.5 碳－钨系特殊用途工具钢382

致谢383

参考文献383

3.6 冷加工工具钢的热处理——中合金空气淬硬钢、高碳高铬钢和高钒粉末冶金钢383

致谢391

参考文献391

3.7 热加工工具钢的热处理392

3.7.1 低合金和H系列热加工工具钢热处理396

3.7.2 热加工工具的热处理实例404

3.7.3 NADCA模具钢和热处理推荐规范405

致谢406

参考文献406

3.8 高速工具钢的热处理407

3.8.1 推荐的热处理工艺412

3.8.2 专用机械工具淬火419

致谢420

参考文献420

3.9 塑料模具钢和耐腐蚀工具钢的热处理420

3.9.1 塑料模具钢420

3.9.2 推荐的热处理工艺421

3.9.3 耐腐蚀工具钢421

3.9.4 推荐的热处理工艺423

致谢425

参考文献425

第4章 不锈钢和其他特殊钢的热处理427

4.1 铁素体不锈钢的热处理427

4.1.1 铁素体不锈钢的冶金427

4.1.2 合金类型431

4.1.3 退火431

4.1.4 稳定化处理432

4.1.5 铸造合金433

4.1.6 性能433

致谢434

参考文献434

4.2 奥氏体不锈钢和双相不锈钢的热处理434

4.2.1 不锈钢的合金化和金相组织434

4.2.2 敏化问题438

4.2.3 中间相（σ、χ和Laves相）439

4.2.4 均匀化处理439

4.2.5 退火439

4.2.6 光亮退火445

4.2.7 消除应力445

4.2.8 双相不锈钢448

致谢451

参考文献451

4.3 马氏体不锈钢的热处理451

4.3.1 钢的合金化452

4.3.2 热加工的组织453

4.3.3 热处理前准备454

4.3.4 退火456

4.3.5 淬火456

4.3.6 消除应力459

4.3.7 回火459

4.3.8 铸造合金465

致谢469

参考文献469

4.4 析出硬化型不锈钢和铁基超合金的热处理469

4.4.1 析出硬化过程471

4.4.2 热处理设备471

4.4.3 保护气氛471

4.4.4 有关表面的问题472

4.4.5 常规热处理过程473

4.4.6 马氏体析出硬化不锈钢477

4.4.7 半奥氏体型析出硬化不锈钢482

4.4.8 奥氏体析出硬化不锈钢（A-286）487

4.4.9 铸造析出硬化不锈钢487

4.4.10 Fe-Ni析出硬化超合金489

致谢497

参考文献498

4.5 不锈钢渗氮498

4.5.1 不锈钢498

4.5.2 S相500

4.5.3 渗氮处理的热化学510

4.5.4 未来发展方向521

参考文献521

4.6 不锈钢低温表面强化522

4.6.1 不锈钢低温表面强化历史回顾522

4.6.2 膨胀奥氏体的物理冶金523

4.6.3 奥氏体不锈钢气体低温表面强化526

4.6.4 其他不锈钢的低温渗氮和氮碳共渗529

4.6.5 工业应用531

参考文献533

4.7 奥氏体不锈钢的低温渗碳535

4.7.1 概述535

4.7.2 奥氏体不锈钢表面强化历史与现状（背景和各竞争工艺）536

4.7.3 工艺过程536

4.7.4 低温渗碳层的组织538

4.7.5 低温渗碳层的性能540

致谢544

参考文献544

扩展阅读545

4.8 高镍-钴合金钢的热处理546

4.8.1 9Ni-4Co（HP 9-4）合金547

4.8.2 AF1410合金548

4.8.3 AerMet合金551

参考文献554

4.9 马氏体时效钢的热处理554

4.9.1 简介554

4.9.2 合金的发展555

4.9.3 马氏体形成556

4.9.4 马氏体的时效560

4.9.5 固溶退火563

4.9.6 循环热处理细化晶粒565

4.9.7 时效强化565

4.9.8 相变诱导塑性马氏体时效方法568

4.9.9 其他处理569

参考文献569

第5章 铸铁的热处理571

5.1 铸铁热处理简介571

5.1.1 铸铁类型572

5.1.2 临界温度范围573

5.1.3 通常考虑573

5.1.4 热处理工艺574

5.1.5 温度控制574

5.1.6 气氛控制575

5.1.7 消除应力575

5.1.8 退火579

5.1.9 正火579

5.1.10 整体淬火579

5.1.11 表面强化580

5.1.12 硬度检测582

致谢582

参考文献582

5.2 灰铸铁热处理582

5.2.1 概述582

5.2.2 灰铸铁的分类583

5.2.3 消除应力583

5.2.4 消除应力实例586

5.2.5 退火586

5.2.6 正火588

5.2.7 相变强化589

5.2.8 淬火加回火594

5.2.9 贝氏体等温淬火596

5.2.10 马氏体分级淬火596

5.2.11 火焰淬火598

5.2.12 感应淬火600

5.2.13 其他表面强化方法601

致谢601

参考文献601

5.3 球墨铸铁热处理与性能601

5.3.1 球墨铸铁热处理标准601

5.3.2 基本特点602

5.3.3 球墨铸铁的奥氏体化604

5.3.4 球墨铸铁的退火606

5.3.5 球墨铸铁的淬透性607

5.3.6 球墨铸铁的正火608

5.3.7 球墨铸铁的淬火和回火609

5.3.8 球墨铸铁的马氏体分级淬火610

5.3.9 球墨铸铁的贝氏体等温淬火610

5.3.10 球墨铸铁的表面强化613

5.3.11 球墨铸铁的消除应力处理614

5.3.12 热处理对疲劳强度的影响614

致谢615

参考文献615

5.4 可锻铸铁和蠕墨铸铁热处理616

5.4.1 蠕墨铸铁617

5.4.2 可锻铸铁617

参考文献621

5.5 高合金白口铸铁热处理621

5.5.1 合金类型和性能622

5.5.2 镍－铬白口铸铁622

5.5.3 高铬白口铸铁625

参考文献633

扩展阅读633

5.6 高合金石墨铸铁的热处理633

5.6.1 镍合金奥氏体石墨铸铁633

5.6.2 奥氏体球墨铸铁的热处理636

5.6.3 高硅耐高温铸铁636

5.6.4 耐蚀高硅铸铁637

致谢638

参考文献638

第6章 参考资料639

6.1 铁碳相图639

6.2 钢的奥氏体化和典型热处理温度641

参考文献647

6.3 钢的回火色647

参考文献648

6.4 合金钢的淬透性带648

参考文献659

6.5 SAE与其他国家的钢牌号对照表659

6.6 其他国家与AISI的钢牌号对照表673

6.7 钢的硬度转换678

6.8 碳钢和低合金钢的物理性能686