热处理工程师指南

前言第1章 钢铁热处理基本知识1 1.1 晶体结构1 1.1.1 金属常见的晶格类型1 1.1.2 实际金属的晶体结构4 1.1.3 合金的相结构8 1.1.4 纯金属的结晶10 1.2 二元相图与杠杆原理11 1.2.1 二元相图类型与分析11 1.2.2 杠杆原理13 1.2.3 二元相图的运用14 1.3 铁碳相图14 1.3.1 铁碳相图分析15 1.3.2 钢的结晶转变及室温平衡组织18 1.3.3 铸铁的结晶转变及室温平衡组织19 1.3.4 铁碳相图的实际运用价值22 1.4 多元合金相图23 1.4.1 多元合金相图简介23 1.4.2 典型多元合金相图25 1.5 钢的组织转变类型28 1.6 钢在加热时的组织转变29 1.6.1 钢的实际相变点29 1.6.2 钢加热奥氏体组织转变29 1.6.3 珠光体类平衡组织向奥氏体等温转变29 1.6.4 珠光体类平衡组织向奥氏体连续转变33 1.6.5 马氏体向奥氏体转变33 1.7 钢在冷却时的组织转变35 1.7.1 珠光体转变35 1.7.2 先共析转变和伪共析转变36 1.7.3 马氏体转变38 1.7.4 贝氏体转变40 1.8 钢在冷却时的过冷奥氏体转变图42 1.8.1 过冷奥氏体等温转变图基本类型43 1.8.2 过冷奥氏体连续转变图基本类型43 1.9 改性过冷奥氏体连续转变图44 1.10 淬透性试验与淬透性曲线45 1.11 过冷奥氏体转变图评估淬透性的运用47 1.12 合金元素在钢中的作用及分布48 1.12.1 合金元素在钢中的作用48 1.12.2 合金元素在钢中的分布49第2章 热处理工艺与设计51 2.1 金属加热与控制51 2.1.1 加热规范的一般原则51 2.1.2 加热介质59 2.2 钢的退火与正火61 2.2.1 退火61 2.2.2 钢的正火64 2.2.3 退火、正火工艺的选择与应用66 2.2.4 退火、正火工艺的质量控制67 2.3 钢的整体淬火与回火70 2.3.1 淬火工件的分类71 2.3.2 淬火冷却介质71 2.3.3 钢的淬透性与淬硬性的运用73 2.3.4 淬火工艺规范及分类83 2.3.5 回火类型及工艺规范要点87 2.3.6 冷处理89 2.4 化学热处理91 2.4.1 化学热处理常用渗剂及辅助材料91 2.4.2 化学热处理的基本过程92 2.4.3 渗碳93 2.4.4 渗氮111 2.4.5 碳氮共渗124 2.4.6 氮碳共渗 126 2.4.7 渗硼128 2.4.8 渗金属130 2.4.9 少无氧化热处理135 2.5 感应热处理136 2.5.1 感应加热基本知识136 2.5.2 感应加热工艺参数确定步骤139 2.5.3 感应淬火电参数调整147 2.5.4 感应器设计与制造147 2.6 火焰热处理153 2.6.1 火焰淬火简介153 2.6.2 常用火焰喷射工具154 2.6.3 火焰淬火工艺156 2.7 真空热处理158 2.7.1 真空热处理的加热特点158 2.7.2 真空热处理工艺方法160 2.8 流态床热处理165第3章 热处理常见缺陷及预防措施169 3.1 原材料缺陷169 3.1.1 钢材的外观缺陷169 3.1.2 钢材的显微组织缺陷169 3.2 热处理应力169 3.2.1 热处理应力的类型170 3.2.2 热应力和组织应力的特点177 3.2.3 影响钢件淬火应力的主要因素177 3.2.4 淬火应力的作用与预防178 3.3 热处理加热缺陷180 3.4 热处理冷却缺陷183 3.4.1 硬度及淬硬层深度达不到要求183 3.4.2 热处理变形184 3.4.3 热处理裂纹188 3.5 表面热处理缺陷190 3.5.1 渗碳常见缺陷190 3.5.2 渗氮常见缺陷193 3.5.3 感应淬火常见缺陷195 3.6 热处理件力学性能缺陷197 3.6.1 抗拉强度缺陷197 3.6.2 疲劳强度不合格197第4章 热处理常规设备及工装200 4.1 电阻炉常用炉衬材料200 4.1.1 耐火材料200 4.1.2 保温材料202 4.1.3 高温节能涂料203 4.1.4 炉衬材料的设计203 4.2 耐热钢及其选用206 4.3 常规热处理炉的使用及维护208 4.3.1 电阻炉208 4.3.2 真空炉217 4.3.3 可控气氛密封多用炉221 4.3.4 连续炉224 4.4 冷却及辅助设备226 4.5 热处理工装及设计229 4.5.1 工装设计程序229 4.5.2 工夹具强度计算230 4.6 热处理参数控制仪表233 4.6.1 热电偶233 4.6.2 氧探头235 4.6.3 氢探头235第5章 常用钢热处理工艺与实践237 5.1 结构钢的热处理237 5.1.1 调质钢及其热处理237 5.1.2 渗碳钢及其热处理241 5.1.3 弹簧钢及其热处理243 5.1.4 轴承钢及其热处理247 5.2 工具钢的热处理257 5.2.1 量具钢及其热处理257 5.2.2 模具钢及其热处理257 5.2.3 高速工具钢及其热处理262 5.3 不锈钢及耐热钢的热处理264 5.3.1 不锈钢及其热处理264 5.3.2 耐热钢及其热处理273第6章 铸件热处理工艺及实践275 6.1 铸铁热处理275 6.1.1 铸铁的石墨化与组织转变276 6.1.2 灰铸铁热处理279 6.1.3 可锻铸铁热处理284 6.1.4 球墨铸铁热处理287 6.1.5 抗磨白口铸铁热处理292 6.2 铸钢热处理294 6.2.1 常用铸钢热处理工艺及特点295 6.2.2 耐磨钢热处理工艺及特点297第7章 非铁金属材料热处理工艺及实践299 7.1 非铁金属材料热处理工艺类型299 7.1.1 退火299 7.1.2 固溶处理(淬火)300 7.1.3 时效301 7.2 铝合金的热处理301 7.2.1 铝合金的热处理状态标记301 7.2.2 铸造铝合金的热处理303 7.2.3 变形铝合金的热处理306 7.2.4 铝合金热处理缺陷310 7.3 铜及铜合金的热处理310 7.3.1 加工铜及铜合金的热处理310 7.3.2 铸造铜合金的热处理312 7.3.3 铜及铜合金热处理保护气氛314 7.4 钛及钛合金的热处理315 7.4.1 常用钛及钛合金的热处理类型315 7.4.2 钛及钛合金的热处理工艺规范316 7.5 镁合金的热处理319 7.5.1 常用镁合金的热处理类型319 7.5.2 镁合金的热处理工艺规范319第8章 热处理与其他加工工艺之间的关系323 8.1 热处理与铸造323 8.1.1 铸锭组织形成323 8.1.2 铸造缺陷对热处理的影响324 8.1.3 铸件热处理324 8.2 热处理与锻造324 8.2.1 锻造324 8.2.2 金属塑性变形与组织325 8.2.3 锻造缺陷对热处理的影响325 8.2.4 锻造余热退火与正火328 8.2.5 锻造余热淬火329 8.2.6 锻造余热等温淬火330 8.2.7 其他热处理方法331 8.3 热处理与焊接331 8.3.1 焊接后热处理的目的331 8.3.2 常用钢材焊后热处理工艺规范332 8.4 热处理与机械加工333 8.4.1 显微组织与可加工性333 8.4.2 电火花线切割与热处理334 8.4.3 加工余量的确定335 8.4.4 磨削裂纹337 8.5 热处理工序在工艺路线中的安排337 8.6 热处理辅助工序338第9章 热处理质量检验340 9.1 热处理质量的检验项目及要求340 9.1.1 一般机械零件的热处理质量检验规程340 9.1.2 退火件及正火件的质量检验项目及要求341 9.1.3 淬火与回火件的质量检验项目及要求342 9.1.4 感应淬火件的质量检验项目及要求344 9.1.5 火焰淬火件的质量检验项目及要求345 9.1.6 渗碳和碳氮共渗件的质量检验项目及要求346 9.1.7 渗氮件的质量检验项目及要求347 9.1.8 渗硼件的质量检验项目及要求350 9.1.9 渗金属工件的质量检验项目及要求350 9.2 硬度检验351 9.2.1 布氏硬度351 9.2.2 洛氏硬度355 9.2.3 维氏硬度356 9.2.4 努氏硬度358 9.2.5 肖氏硬度358 9.2.6 里氏硬度360 9.2.7 硬度的锉刀检验方法360 9.3 金相检验362 9.4 无损检测366 9.4.1 磁粉检测366 9.4.2 渗透检测370 9.4.3 超声波检测371 9.5 钢的火花鉴别371附录377 附录A 热处理相关标准目录377 附录B 优质碳素结构钢和合金结构钢的热处理工艺参数380 附录C 弹簧钢的热处理工艺参数390 附录D 轴承用钢的热处理工艺参数393 附录E 工具钢的热处理工艺参数393 附录F 不锈钢和耐热钢的热处理工艺参数402 附录G 各种钢的硬度与强度换算关系408参考文献412

前言第1章 钢铁热处理基本知识1 1.1 晶体结构1 1.1.1 金属常见的晶格类型1 1.1.2 实际金属的晶体结构4 1.1.3 合金的相结构8 1.1.4 纯金属的结晶10 1.2 二元相图与杠杆原理11 1.2.1 二元相图类型与分析11 1.2.2 杠杆原理13 1.2.3 二元相图的运用14 1.3 铁碳相图14 1.3.1 铁碳相图分析15 1.3.2 钢的结晶转变及室温平衡组织18 1.3.3 铸铁的结晶转变及室温平衡组织19 1.3.4 铁碳相图的实际运用价值22 1.4 多元合金相图23 1.4.1 多元合金相图简介23 1.4.2 典型多元合金相图25 1.5 钢的组织转变类型28 1.6 钢在加热时的组织转变29 1.6.1 钢的实际相变点29 1.6.2 钢加热奥氏体组织转变29 1.6.3 珠光体类平衡组织向奥氏体等温转变29 1.6.4 珠光体类平衡组织向奥氏体连续转变33 1.6.5 马氏体向奥氏体转变33 1.7 钢在冷却时的组织转变35 1.7.1 珠光体转变35 1.7.2 先共析转变和伪共析转变36 1.7.3 马氏体转变38 1.7.4 贝氏体转变40 1.8 钢在冷却时的过冷奥氏体转变图42 1.8.1 过冷奥氏体等温转变图基本类型43 1.8.2 过冷奥氏体连续转变图基本类型43 1.9 改性过冷奥氏体连续转变图44 1.10 淬透性试验与淬透性曲线45 1.11 过冷奥氏体转变图评估淬透性的运用47 1.12 合金元素在钢中的作用及分布48 1.12.1 合金元素在钢中的作用48 1.12.2 合金元素在钢中的分布49第2章 热处理工艺与设计51 2.1 金属加热与控制51 2.1.1 加热规范的一般原则51 2.1.2 加热介质59 2.2 钢的退火与正火61 2.2.1 退火61 2.2.2 钢的正火64 2.2.3 退火、正火工艺的选择与应用66 2.2.4 退火、正火工艺的质量控制67 2.3 钢的整体淬火与回火70 2.3.1 淬火工件的分类71 2.3.2 淬火冷却介质71 2.3.3 钢的淬透性与淬硬性的运用73 2.3.4 淬火工艺规范及分类83 2.3.5 回火类型及工艺规范要点87 2.3.6 冷处理89 2.4 化学热处理91 2.4.1 化学热处理常用渗剂及辅助材料91 2.4.2 化学热处理的基本过程92 2.4.3 渗碳93 2.4.4 渗氮111 2.4.5 碳氮共渗124 2.4.6 氮碳共渗 126 2.4.7 渗硼128 2.4.8 渗金属130 2.4.9 少无氧化热处理135 2.5 感应热处理136 2.5.1 感应加热基本知识136 2.5.2 感应加热工艺参数确定步骤139 2.5.3 感应淬火电参数调整147 2.5.4 感应器设计与制造147 2.6 火焰热处理153 2.6.1 火焰淬火简介153 2.6.2 常用火焰喷射工具154 2.6.3 火焰淬火工艺156 2.7 真空热处理158 2.7.1 真空热处理的加热特点158 2.7.2 真空热处理工艺方法160 2.8 流态床热处理165第3章 热处理常见缺陷及预防措施169 3.1 原材料缺陷169 3.1.1 钢材的外观缺陷169 3.1.2 钢材的显微组织缺陷169 3.2 热处理应力169 3.2.1 热处理应力的类型170 3.2.2 热应力和组织应力的特点177 3.2.3 影响钢件淬火应力的主要因素177 3.2.4 淬火应力的作用与预防178 3.3 热处理加热缺陷180 3.4 热处理冷却缺陷183 3.4.1 硬度及淬硬层深度达不到要求183 3.4.2 热处理变形184 3.4.3 热处理裂纹188 3.5 表面热处理缺陷190 3.5.1 渗碳常见缺陷190 3.5.2 渗氮常见缺陷193 3.5.3 感应淬火常见缺陷195 3.6 热处理件力学性能缺陷197 3.6.1 抗拉强度缺陷197 3.6.2 疲劳强度不合格197第4章 热处理常规设备及工装200 4.1 电阻炉常用炉衬材料200 4.1.1 耐火材料200 4.1.2 保温材料202 4.1.3 高温节能涂料203 4.1.4 炉衬材料的设计203 4.2 耐热钢及其选用206 4.3 常规热处理炉的使用及维护208 4.3.1 电阻炉208 4.3.2 真空炉217 4.3.3 可控气氛密封多用炉221 4.3.4 连续炉224 4.4 冷却及辅助设备226 4.5 热处理工装及设计229 4.5.1 工装设计程序229 4.5.2 工夹具强度计算230 4.6 热处理参数控制仪表233 4.6.1 热电偶233 4.6.2 氧探头235 4.6.3 氢探头235第5章 常用钢热处理工艺与实践237 5.1 结构钢的热处理237 5.1.1 调质钢及其热处理237 5.1.2 渗碳钢及其热处理241 5.1.3 弹簧钢及其热处理243 5.1.4 轴承钢及其热处理247 5.2 工具钢的热处理257 5.2.1 量具钢及其热处理257 5.2.2 模具钢及其热处理257 5.2.3 高速工具钢及其热处理262 5.3 不锈钢及耐热钢的热处理264 5.3.1 不锈钢及其热处理264 5.3.2 耐热钢及其热处理273第6章 铸件热处理工艺及实践275 6.1 铸铁热处理275 6.1.1 铸铁的石墨化与组织转变276 6.1.2 灰铸铁热处理279 6.1.3 可锻铸铁热处理284 6.1.4 球墨铸铁热处理287 6.1.5 抗磨白口铸铁热处理292 6.2 铸钢热处理294 6.2.1 常用铸钢热处理工艺及特点295 6.2.2 耐磨钢热处理工艺及特点297第7章 非铁金属材料热处理工艺及实践299 7.1 非铁金属材料热处理工艺类型299 7.1.1 退火299 7.1.2 固溶处理(淬火)300 7.1.3 时效301 7.2 铝合金的热处理301 7.2.1 铝合金的热处理状态标记301 7.2.2 铸造铝合金的热处理303 7.2.3 变形铝合金的热处理306 7.2.4 铝合金热处理缺陷310 7.3 铜及铜合金的热处理310 7.3.1 加工铜及铜合金的热处理310 7.3.2 铸造铜合金的热处理312 7.3.3 铜及铜合金热处理保护气氛314 7.4 钛及钛合金的热处理315 7.4.1 常用钛及钛合金的热处理类型315 7.4.2 钛及钛合金的热处理工艺规范316 7.5 镁合金的热处理319 7.5.1 常用镁合金的热处理类型319 7.5.2 镁合金的热处理工艺规范319第8章 热处理与其他加工工艺之间的关系323 8.1 热处理与铸造323 8.1.1 铸锭组织形成323 8.1.2 铸造缺陷对热处理的影响324 8.1.3 铸件热处理324 8.2 热处理与锻造324 8.2.1 锻造324 8.2.2 金属塑性变形与组织325 8.2.3 锻造缺陷对热处理的影响325 8.2.4 锻造余热退火与正火328 8.2.5 锻造余热淬火329 8.2.6 锻造余热等温淬火330 8.2.7 其他热处理方法331 8.3 热处理与焊接331 8.3.1 焊接后热处理的目的331 8.3.2 常用钢材焊后热处理工艺规范332 8.4 热处理与机械加工333 8.4.1 显微组织与可加工性333 8.4.2 电火花线切割与热处理334 8.4.3 加工余量的确定335 8.4.4 磨削裂纹337 8.5 热处理工序在工艺路线中的安排337 8.6 热处理辅助工序338第9章 热处理质量检验340 9.1 热处理质量的检验项目及要求340 9.1.1 一般机械零件的热处理质量检验规程340 9.1.2 退火件及正火件的质量检验项目及要求341 9.1.3 淬火与回火件的质量检验项目及要求342 9.1.4 感应淬火件的质量检验项目及要求344 9.1.5 火焰淬火件的质量检验项目及要求345 9.1.6 渗碳和碳氮共渗件的质量检验项目及要求346 9.1.7 渗氮件的质量检验项目及要求347 9.1.8 渗硼件的质量检验项目及要求350 9.1.9 渗金属工件的质量检验项目及要求350 9.2 硬度检验351 9.2.1 布氏硬度351 9.2.2 洛氏硬度355 9.2.3 维氏硬度356 9.2.4 努氏硬度358 9.2.5 肖氏硬度358 9.2.6 里氏硬度360 9.2.7 硬度的锉刀检验方法360 9.3 金相检验362 9.4 无损检测366 9.4.1 磁粉检测366 9.4.2 渗透检测370 9.4.3 超声波检测371 9.5 钢的火花鉴别371附录377 附录A 热处理相关标准目录377 附录B 优质碳素结构钢和合金结构钢的热处理工艺参数380 附录C 弹簧钢的热处理工艺参数390 附录D 轴承用钢的热处理工艺参数393 附录E 工具钢的热处理工艺参数393 附录F 不锈钢和耐热钢的热处理工艺参数402 附录G 各种钢的硬度与强度换算关系408参考文献412
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