本書共4卷。本卷是第1卷,共17章,內(nèi)容包括金屬熱處理術(shù)語,合金相圖,金屬熱處理的加熱,金屬熱處理的冷卻,金屬熱處理的模擬,鋼鐵件的整體熱處理,表面熱處理,化學(xué)熱處理,形變熱處理,不銹鋼、耐熱鋼與高溫合金的熱處理,有色金屬的熱處理,鐵基粉末冶金件及硬質(zhì)合金的熱處理,功能合金的熱處理,先進高強鋼及其熱處理,氣相沉積技術(shù),噴丸強化,以及其他熱處理技術(shù)。
適讀人群 :熱處理工程技術(shù)人員、質(zhì)量檢驗和生產(chǎn)管理人員,科研人員、設(shè)計人員、相關(guān)專業(yè)的在校師生。
1)本手冊是一部熱處理專業(yè)的綜合工具書,由中國機械工程學(xué)會熱處理分會組織編寫。手冊采用了現(xiàn)行的熱處理相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)資料,內(nèi)容系統(tǒng)全面,圖表實例豐富,實用性和操作性強。
2)本手冊內(nèi)容包括金屬熱處理術(shù)語,合金相圖,金屬熱處理的加熱,金屬熱處理的冷卻,金屬熱處理的模擬,鋼鐵件的整體熱處理,表面熱處理,化學(xué)熱處理,形變熱處理,不銹鋼、耐熱鋼與高溫合金的熱處理,有色金屬的熱處理,鐵基粉末冶金件及硬質(zhì)合金的熱處理,功能合金的熱處理,先進高強鋼及其熱處理,氣相沉積技術(shù),噴丸強化,以及其他熱處理技術(shù)。
3)本套手冊在實用性方面,突出一個“用”字,做到應(yīng)用為重,學(xué)用結(jié)合,體現(xiàn)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基本方法、典型案例、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有機結(jié)合;在系統(tǒng)性方面,突出一個“全”字,包括材料、組織、工藝、性能、應(yīng)用,材料熱處理、零件熱處理,質(zhì)量控制與質(zhì)量檢驗、質(zhì)量問題與分析,設(shè)備設(shè)計、選用、操作、維護,能源、安全、環(huán)保,標(biāo)準(zhǔn)化等,確保體系清晰,有用好用;在先進性方面,突出一個“新”字,著重介紹新材料、新工藝、新設(shè)備、新理念、新標(biāo)準(zhǔn)、新零件、前沿理論與技術(shù)。
《中國熱處理與表層改性技術(shù)路線圖》指出,熱處理與表層改性賦予先進材料極限性能,賦予關(guān)鍵構(gòu)件極限服役性能。熱處理與表層改性是先進材料和機械制造的核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù),屬于國家核心競爭力。踐行該路線圖應(yīng)該結(jié)合我國經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境變化和制造轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展要求,以關(guān)鍵構(gòu)件的可靠性、服役壽命和結(jié)構(gòu)重量三大問題為導(dǎo)向,以“綠色化、精密化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化”為著力點,通過關(guān)鍵構(gòu)件熱處理技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新,助推我國從機械制造大國邁向機械制造強國。
熱處理作為機械制造工業(yè)中的關(guān)鍵工藝之一,對發(fā)揮材料潛力、延長關(guān)鍵零部件服役壽命和推動整體制造業(yè)的節(jié)能減碳和高質(zhì)量發(fā)展起著關(guān)鍵作用。為了促進行業(yè)技術(shù)進步,交流和推廣先進經(jīng)驗,指導(dǎo)工藝操作,1972年,第一機械工業(yè)部機械科學(xué)研究院組織國內(nèi)從事熱處理的大專院校、研究院所和重點企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員,啟動了《熱處理手冊》的編寫工作,手冊出版后深受廣大讀者歡迎。時至今日,《熱處理手冊》已修訂四次。
在第4版《熱處理手冊》出版的十幾年間,國內(nèi)外熱處理技術(shù)飛速發(fā)展,涌現(xiàn)出許多先進技術(shù)、裝備,以及全過程質(zhì)量管理方法和要求,因此亟須對《熱處理手冊》進行再次修訂,刪除陳舊過時的內(nèi)容,補充先進典型技術(shù),滿足企業(yè)生產(chǎn)和行業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要,切實發(fā)揮工具書的作用。鑒于此,中國機械工程學(xué)會熱處理分會組織國內(nèi)專家和學(xué)者自2020年5月起,按照實用性、系統(tǒng)性、先進性和高標(biāo)準(zhǔn)的原則開展修訂工作,以求達到能正確指導(dǎo)生產(chǎn)、促進技術(shù)進步的目的。
本次修訂,重點體現(xiàn)以下幾方面:
在實用性方面,突出一個“用”字,做到應(yīng)用為重,學(xué)用結(jié)合。體現(xiàn)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基本方法、典型案例、先進標(biāo)準(zhǔn)的有機結(jié)合。
在系統(tǒng)性方面,突出一個“全”字,包括材料、組織、工藝、性能、應(yīng)用,材料熱處理、零件熱處理,質(zhì)量控制與質(zhì)量檢驗、質(zhì)量問題與分析,設(shè)備設(shè)計、選用、操作、維護,能源、安全、環(huán)保,標(biāo)準(zhǔn)化等,確保體系清晰,有用好用。
在先進性方面,突出一個“新”字,著重介紹新材料、新工藝、新設(shè)備、新理念、新標(biāo)準(zhǔn)、新零件、前沿理論與技術(shù)。
在高標(biāo)準(zhǔn)方面,突出一個“高”字,要求修訂工作者以高度的責(zé)任感、使命感總結(jié)編寫高質(zhì)量、高水平、高參考價值的技術(shù)資料。
此次修訂的體例與前4版保持了一定的繼承性,但在章節(jié)內(nèi)容上根據(jù)近年來國內(nèi)新興行業(yè)的發(fā)展和各行業(yè)熱處理技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,結(jié)合我國熱處理企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀做了符合實際的增刪,增加了許多新內(nèi)容,其中的技術(shù)信息主要來自企業(yè)和科研單位的實用數(shù)據(jù),可靠真實。修訂后的手冊將成為一套更加適用的熱處理工具書,對機械工業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量,研發(fā)新產(chǎn)品起到積極的作用。
本卷為《熱處理手冊》的第1卷,與第4版相比,主要做了以下變動:
由第4版的11章修訂為17章。新增加了“第1章金屬熱處理術(shù)語”“第5章金屬熱處理的模擬”“第10章不銹鋼、耐熱鋼與高溫合金的熱處理”“第14章先進高強鋼及其熱處理”和“第16章噴丸強化”五章,并將“氣相沉積”的內(nèi)容從第4版“化學(xué)熱處理”一章中移出,修訂為“第15章氣相沉積技術(shù)”。將“第2章合金相圖”作為單獨一章,取代了第4版的“基礎(chǔ)資料”一章。在“第3章金屬熱處理的加熱”一章中,重新編寫了“固態(tài)相變過程中原子的擴散”和“鋼的加熱轉(zhuǎn)變”,刪除了“加熱節(jié)能措施”,增加了“快速加熱”內(nèi)容。在“第4章金屬熱處理的冷卻”一章中刪除了“淬火冷卻介質(zhì)”和“淬火冷卻過程的計算機模擬”內(nèi)容,對“鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變”部分做了適當(dāng)?shù)脑鰷p,增加了“鋼的硬度和淬透性”“冷卻機制及冷卻曲線”“冷卻能力評價”“質(zhì)量效應(yīng)與等效冷速試樣”“性能預(yù)測與工藝設(shè)計”“鋼的淬火應(yīng)力、裂紋與畸變”“幾種淬火冷卻工藝”“鋼的冷處理”等內(nèi)容。在“第6章鋼鐵件的整體熱處理”一章中刪除了“鋼的感應(yīng)穿透加熱調(diào)質(zhì)”。在“第7章表面熱處理”一章中刪除了“其他表面熱處理方式”,對“感應(yīng)熱處理”進行了刪減,增加了淬火零件的應(yīng)力和畸變等內(nèi)容。“第8章化學(xué)熱處理”一章中,增加了對高溫滲碳的介紹;擴充了對滲碳、碳氮共滲常用鋼種的介紹;增補了“部分結(jié)構(gòu)鋼滲碳、淬火、回火熱處理規(guī)范及性能”數(shù)據(jù);刪除了“流態(tài)床碳氮共滲”內(nèi)容;將原“離子化學(xué)熱處理”改為“真空及離子化學(xué)熱處理”,補充了真空滲碳技術(shù)內(nèi)容;在離子化學(xué)熱處理部分,增補了對活性屏離子滲氮技術(shù)的介紹!暗17章其他熱處理技術(shù)”中增加了“增材制造的熱處理”等內(nèi)容。對其他章節(jié)的一些內(nèi)容進行了修訂,如對“第13章功能合金的熱處理”進行了大幅度刪減,突出了功能合金的熱處理技術(shù)內(nèi)容。
本手冊由徐躍明擔(dān)任總主編,本卷由陳乃錄、戎詠華擔(dān)任主編,編寫的人員有:李俏、左訓(xùn)偉、閆滿剛、姚建華、張群莉、潘鄰、吳勇、王鈾、肖福仁、劉平、宋旼、張驥華、高玉魁。
第5版手冊的修訂工作得到了各有關(guān)高等院校、研究院所、企業(yè)及機械工業(yè)出版社的大力支持,在此一并致謝。同時,編委會對為歷次手冊修訂做出貢獻的同志表示衷心的感謝!
中國機械工程學(xué)會熱處理分會
前言
第1章金屬熱處理術(shù)語1
1.1基礎(chǔ)術(shù)語1
1.1.1總稱類1
1.1.2加熱類1
1.1.3冷卻類2
1.2熱處理工藝術(shù)語3
1.2.1退火類3
1.2.2正火類3
1.2.3淬火類3
1.2.4回火類5
1.2.5固溶與時效類5
1.2.6滲碳類6
1.2.7滲氮類7
1.2.8滲金屬及滲其他非金屬類7
1.2.9多元共滲類7
1.2.10表面處理類8
1.3組織與性能術(shù)語8
1.3.1組織類8
1.3.2性能類11
1.3.3熱處理缺陷類12
1.4熱處理裝備術(shù)語12
1.4.1熱處理設(shè)備類12
1.4.2輔助設(shè)備及裝置類13
1.4.3傳感器與儀表類13
參考文獻13
第2章合金相圖14
2.1單元系相圖14
2.1.1相平衡和相律14
2.1.2單元系相圖和相律應(yīng)用示例14
2.2二元系相圖15
2.2.1成分表示方法15
2.2.2相圖測定方法15
2.2.3相圖基本分析方法和杠桿定律16
2.2.4凝固過程中三種典型的轉(zhuǎn)變相圖17
2.2.5固態(tài)相變中幾種典型的轉(zhuǎn)變相圖20
2.2.6綜合分析實例一:Fe-Fe3C相圖21
2.2.7綜合分析實例二:富Al的Cu-Al相圖及其合金時效析出對性能的影響27
2.2.8常用的Fe基二元相圖31
2.2.9常用的Al基二元相圖35
2.3三元系相圖39
2.3.1三元相圖基礎(chǔ)39
2.3.2三元相圖成分表示方法39
2.3.3等邊成分三角形中的特殊線40
2.3.4成分的其他表示方法40
2.3.5三元相圖概述41
2.3.6三元相圖舉例43
參考文獻49
第3章金屬熱處理的加熱50
3.1固態(tài)相變過程中原子的擴散50
3.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變51
3.2.1珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變51
3.2.2貝氏體和馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變53
3.2.3奧氏體化的動力學(xué)54
3.2.4鋼加熱時的奧氏體晶粒長大54
3.2.5過熱和過燒56
3.3加熱計算公式和常用圖表56
3.3.1影響加熱速度的因素56
3.3.2鋼件加熱時間的經(jīng)驗計算法57
3.3.3從節(jié)能角度考慮的加熱時間計算法58
3.4快速加熱61
3.4.1快速加熱鋼的組織轉(zhuǎn)變和性能改善61
3.4.2快速加熱中有色合金的組織轉(zhuǎn)變和性能改善63
參考文獻68
第4章金屬熱處理的冷卻69
4.1鋼的淬火69
4.2鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變70
4.2.1珠光體轉(zhuǎn)變70
4.2.2馬氏體轉(zhuǎn)變72
4.2.3貝氏體轉(zhuǎn)變74
4.2.4各組織的沖擊韌性比較76
4.2.5過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線77
4.3鋼的硬度和淬透性80
4.3.1鋼的硬度80
4.3.2淬透性的定義80
4.3.3淬透性曲線的測量81
4.3.4淬透性曲線圖81
4.3.5淬透性的計算81
4.4冷卻機制及冷卻曲線85
4.4.1液體淬火冷卻機制85
4.4.2冷卻曲線85
4.5冷卻能力評價87
4.5.1表面換熱系數(shù)87
4.5.2淬冷烈度87
4.6質(zhì)量效應(yīng)與等效冷速試樣89
4.6.1質(zhì)量效應(yīng)89
4.6.2等效端淬距離89
4.6.3理想臨界直徑92
4.6.4等效冷速試樣92
4.7性能預(yù)測與工藝設(shè)計93
4.7.1淬火硬度與對應(yīng)馬氏體組織含量的確定93
4.7.2淬火不完全度94
4.7.3回火溫度與力學(xué)性能預(yù)測94
4.7.4淬火冷卻工藝設(shè)計95
4.8鋼的淬火應(yīng)力、裂紋與畸變96
4.8.1淬火應(yīng)力96
4.8.2淬火裂紋98
4.8.3淬火畸變100
4.9幾種淬火冷卻工藝101
4.9.1強烈淬火101
4.9.2水-空交替控時淬火104
4.9.3逆淬火107
4.9.4噴射淬火108
4.9.5氣冷淬火111
4.10鋼的冷處理114
4.10.1影響殘留奧氏體量的因素114
4.10.2冷處理的工藝115
4.10.3冷處理的實現(xiàn)116
4.10.4冷處理的性能117
4.10.5冷處理的異議117
參考文獻117
第5章金屬熱處理的模擬119
5.1熱處理過程的模擬119
5.2熱處理過程模擬的基礎(chǔ)119
5.2.1基本物性參數(shù)119
5.2.2熱傳遞計算120
5.2.3相變計算122
5.2.4應(yīng)力和畸變計算122
5.3加熱和冷卻模擬實例123
5.3.1加熱模擬123
5.3.2回火/正火的有限元模擬125
5.3.3淬火的有限元模擬125
參考文獻129
第6章鋼鐵件的整體熱處理130
6.1鋼的熱處理130
6.1.1鋼的退火與正火130
6.1.2鋼的淬火137
6.1.3鋼的回火153
6.2鑄鐵的熱處理160
6.2.1鑄鐵的分類和應(yīng)用160
6.2.2鑄鐵熱處理基礎(chǔ)161
6.2.3白口鑄鐵的熱處理168
6.2.4灰鑄鐵的熱處理169
6.2.5球墨鑄鐵的熱處理173
6.2.6可鍛鑄鐵的熱處理183
參考文獻185
第7章表面熱處理187
7.1感應(yīng)熱處理187
7.1.1感應(yīng)加熱原理187
7.1.2感應(yīng)熱處理基礎(chǔ)192
7.1.3感應(yīng)淬火工藝198
7.1.4感應(yīng)淬火工藝參數(shù)208
7.1.5感應(yīng)淬火件的回火221
7.1.6感應(yīng)淬火零件的應(yīng)力和畸變222
7.2火焰淬火228
7.2.1火焰加熱方法228
7.2.2火焰噴嘴和燃料氣229
7.2.3火焰淬火機床232
7.2.4火焰淬火工藝規(guī)范233
7.3高能束熱處理236
7.3.1高能束熱處理概述236
7.3.2激光淬火237
7.3.3激光退火243
7.3.4激光熔凝248
7.3.5激光合金化252
7.3.6激光熔覆255
7.3.7電子束熱處理259
參考文獻266
第8章化學(xué)熱處理267
8.1鋼的滲碳268
8.1.1滲碳原理268
8.1.2氣體滲碳270
8.1.3其他滲碳方法277
8.1.4滲碳用鋼及滲碳后的熱處理280
8.1.5滲碳層的組織和性能283
8.1.6滲碳件質(zhì)量檢查、常見缺陷及防止措施284
8.2鋼的碳氮共滲286
8.2.1碳氮共滲原理286
8.2.2氣體碳氮共滲287
8.2.3其他碳氮共滲方法289
8.2.4碳氮共滲用鋼及共滲后的熱處理290
8.2.5碳氮共滲層的組織和性能292
8.2.6碳氮共滲工件質(zhì)量檢查與常見缺陷及防止措施293
8.3滲氮及其多元共滲294
8.3.1滲氮及其多元共滲原理294
8.3.2常用滲氮用鋼及其預(yù)處理296
8.3.3