美國金屬學會熱處理手冊 A卷：鋼的熱處理基礎和工藝流程

本書主要介紹了鋼的熱處理基礎知識和工藝流程，詳細講解了鋼的熱處理原理和淬火、滲碳、滲氮等熱處理工藝。
 
本書將熱處理工藝作為整個產品生產過程中的一個環節加以綜合考慮，為產品設計者和熱處理工程師進行產品設計和工藝制訂，提供了大量實用翔實的參考資料。
 
本書由世界上鋼鐵材料熱處理各研究領域的專家撰寫而成，反映了當代熱處理工藝的技術水準，具有先進性、全面性和實用性。

譯者序
序
前言
使用計量單位說明

第1章鋼的熱處理基礎1
1.1鋼的熱處理概論1
1.1.1引言1
1.1.2鐵的晶體結構2
1.1.3鋼的熱處理組織6
1.1.4轉變圖17
1.1.5熱應力和殘餘應力23
參考文獻25
1.2鋼的硬度和淬透性28
1.2.1引言28
1.2.2喬米尼末端淬火試驗30
1.2.3淬冷烈度33
1.2.4理想臨界直徑35
1.2.5淬透性相關曲線37
1.2.6其他淬透性試驗方法42
1.2.7喬米尼末端淬火試驗等效圖表45
1.2.8淬透性要求的確定47
1.2.9影響淬透性的因素51
1.2.10喬米尼末端淬火資料集的可變性51
1.2.11鋼的淬透性計算53
1.2.12根據淬透性選擇鋼種55
1.2.13淬透性極限和H鋼57
1.2.14根據末端淬火試驗位置對H鋼進行分類65
參考文獻69
1.3碳鋼和低中碳低合金鋼淬透性的計算70
1.3.1引言70
1.3.2淬透性計算原則70
1.3.3鋼淬透性的建模方法71
1.3.4卡特彼勒淬透性計算器（1E0024）75
1.3.5非硼鋼DI的計算77
1.3.6硼鋼DI的計算80
1.3.7根據成分估計末端淬火曲線81
1.3.8非硼鋼（8645鋼）計算實例82
1.3.9硼鋼（86B45鋼）計算實例82
1.3.10歐洲地區的淬透性回歸分析（報告）91
參考文獻93
1.4高碳鋼淬透性的計算95
1.4.1背景98
1.4.2淬透性係數推導100
1.4.3淬透性係數101
1.4.4淬透性係數的使用103
1.4.5淬透性係數的局限性104
致謝104
參考文獻104
引用文獻104

第2章鋼的淬火原理與工藝105
2.1鋼的淬火105
2.1.1淬火機理105
2.1.2淬火過程變數108
2.1.3冶金學特性109
2.1.4淬冷烈度115
2.1.5淬火冷卻介質的檢測和評估119
2.1.6冷卻曲線試驗121
2.1.7傳熱係數計算128
2.1.8普通淬火工藝參數132
2.1.9淬火系統141
2.1.10空氣和水淬火冷卻介質143
2.1.11鹽水（濃鹽水）溶液144
2.1.12熔融金屬淬火冷卻介質147
2.1.13熔融鹽和熱油淬火冷卻介質149
2.1.14淬火油153
2.1.15淬火槽的維護保養165
2.1.16油淬火系統的監測169
2.1.17礦物油淬火冷卻介質的安全使用171
2.1.18聚合物淬火冷卻介質172
2.1.19夾具178
參考文獻179
2.2淬火過程中的傳熱特性188
2.2.1傳熱基礎189
2.2.2顯微組織轉變生成熱191
2.2.3液體淬火傳熱193
2.2.4活躍的傳熱邊界條件198
參考文獻203
2.3描述工業淬火過程的大型探頭207
2.3.1評估液態淬火冷卻介質冷卻強度的實驗室測試207
2.3.2實驗室測試與工業淬火過程表徵的區別210
2.3.3液態淬火冷卻介質的臨界熱流密度211
2.3.4用溫度梯度法評估車間條件下的冷卻強度212
2.3.5Licˇic′/Petrofer探頭212
2.3.6任意形狀的軸對稱工件淬火硬度分佈預測215
2.3.7熱傳導反問題的數值解法217
2.3.8測量溫度的平滑化220
2.3.9工業實例222
參考文獻223
2.4淬火過程感測器*224
2.4.1淬火中的流體流動224
2.4.2流體流動的測量225
參考文獻229
2.5鋼件的強烈淬火230
2.5.1力學性能與淬火冷卻速率231
2.5.2強烈淬火與其他淬火方法231
2.5.3淬火過程中的傳熱233
2.5.4批量強烈淬火(IQ-2)234
2.5.5單個零件的強烈淬火(IQ-3)236
2.5.6鋼的顯微組織、力學性能及應力狀態的改善237
2.5.7IQ處理與零件變形240
2.5.8強烈淬火生產系統設計241
2.5.9強烈淬火工藝的實際應用244
參考文獻246
2.6逆淬火247
2.6.1散熱動力學247
2.6.2冶金方面249
2.6.3可控預冷淬火的淬火冷卻介質251
2.6.4性能252
2.6.5總結253
參考文獻253
2.7氣冷淬火254
2.7.1概述254
2.7.2物理學原理254
2.7.3氣冷淬火設備255
2.7.4氣體類型256
2.7.5冷卻曲線257
2.7.6心部硬度預測259
2.7.7氣流轉向260
2.7.8氣冷淬火動力學261
2.7.9氣冷淬火夾具262
2.7.10高壓氣淬（HPGQ）變形控制263
參考文獻263
2.8鹽浴淬火264
2.8.1鹽浴淬火設備265
2.8.2時間和溫度的選擇265
2.8.3鹽浴淬火系統的操作要點266
2.8.4鹽浴淬火中環境和安全注意事項268
參考文獻269
引用文獻269
2.9流態床淬火270
2.9.1淬火流態床設計270
2.9.2淬火能力271
2.9.3流態床淬火的應用274
參考文獻276
2.10噴射淬火276
2.10.1概述276
2.10.2水淬過程中的傳熱278
參考文獻281
2.11加壓淬火283
2.11.1設備284
2.11.2變形控制因素287
參考文獻288
2.12線材索氏體化淬火288
2.12.1線材索氏體化處理工藝288
2.12.2試驗材料冷卻行為和程式288
2.12.3冷卻曲線和冷卻速率曲線結果與分析289
2.12.4濃度-霧流量效應292
2.12.5加入CMC添加劑的可控霧冷索氏體化處理293
2.12.6結論293
參考文獻294

第3章鋼的熱處理工藝296
3.1熱處理工序中鋼的清理296
3.1.1熱處理零件表面污染物297
3.1.2清理方法298
3.1.3清潔度檢測303
3.1.4如何清理乾淨304
3.1.5案例分析304
3.1.6污染控制和資源回收305
3.1.7安全性305
3.1.8總結307
參考文獻307
引用文獻308
3.2鋼的去應力熱處理308
3.2.1殘餘應力的來源308
3.2.2熱處理去應力的方法309
3.2.3彈簧的去應力處理312
參考文獻313
3.3鋼的正火313
3.3.1簡介313
3.3.2加熱和冷卻314
3.3.3不同鋼種的正火工藝運用314
3.3.4鍛件322
3.3.5棒材和管材產品323
3.3.6鑄件323
3.3.7板材和帶材324
致謝325
參考文獻325
3.4鋼的退火325
3.4.1冶金學原理325
3.4.2退火工藝325
3.4.3退火指南327
3.4.4退火溫度328
3.4.5球化退火330
3.4.6工序間退火332
3.4.7適合機加工的退火組織332
3.4.8工業生產中的退火333
3.4.9板材和帶材的退火335
3.4.10鋼鍛件的退火339
3.4.11線材和棒材的退火341
3.4.12板材和管材的退火342
3.4.13快速迴圈退火342
參考文獻343
3.5亞溫退火和正火344
3.5.1亞溫退火的溫度345
3.5.2溫度和時間的關係346
3.5.3正火346
3.5.4螺紋的軟化感應退火347
致謝347
參考文獻347
3.6鋼的奧氏體化347
3.6.1簡介347
3.6.2奧氏體化的目的及概述347
3.6.3奧氏體形成的熱力學及動力學348
3.6.4奧氏體晶粒的長大354
3.6.5奧氏體中溶質濃度的控制355
致謝356
參考文獻356
3.7鋼的淬火-碳分配熱處理357
3.7.1化學成分與退火工藝357
3.7.2顯微組織與力學性能358
3.7.3殘留奧氏體的力學性能和穩定性360
3.7.4焊接性能362
致謝366
參考文獻366
3.8鋼的回火367
3.8.1簡介367
3.8.2主要變數368
3.8.3回火溫度和回火階段369
3.8.4回火時間和回火溫度374
3.8.5化學成分對回火的影響378
3.8.6回火過程中的尺寸變化382
3.8.7拉伸性能和硬度382
3.8.8韌性和脆性385
3.8.9回火設備387
3.8.10特殊回火工序389
3.8.11感應加熱回火392
致謝394
參考文獻394
引用文獻395
3.9鋼的等溫淬火396
3.9.1等溫淬火的鋼種397
3.9.2截面厚度的限制399
3.9.3應用399
3.9.4尺寸控制402
3.9.5改良型等溫淬火405
3.9.6等溫淬火存在的問題和解決
方案406
參考文獻407
引用文獻407
3.10鋼的分級淬火407
3.10.1簡介407
3.10.2優勢409
3.10.3分級淬火介質410
3.10.4安全措施412
3.10.5分級淬火的鋼種415
3.10.6工藝參數的控制417
3.10.7尺寸控制419
3.10.8應用423
3.10.9奧氏體化設備的選擇425
3.10.10分級淬火設備的選擇426
3.10.11分級淬火鹽浴的維護429
3.10.12裝料架及其處理430
3.10.13清洗作業430
參考文獻431
3.11鋼的冷處理及深冷處理431
3.11.1鋼的冷處理431
3.11.2鋼的深冷處理433
致謝435
參考文獻435
引用文獻436

第4章鋼的表面淬火437
4.1鋼的表面淬火簡介437
4.1.1表面淬火的擴散方法437
4.1.2滲碳和碳氮共滲439
4.1.3滲氮和氮碳共滲442
4.1.4外加能量方法444
4.1.5其他方法445
4.1.6工藝選擇446
參考文獻446
4.2熱處理防滲技術447
4.2.1機械遮罩447
4.2.2鍍銅448
4.2.3防滲塗料448
致謝453
4.3鋼的硬化層深度測量方法453
4.3.1簡介453
4.3.2測量規範453
4.3.3化學法454
4.3.4機械法456
4.3.5視覺檢測法461
4.3.6無損檢測法462
致謝463
參考文獻463
引用文獻464

第5章鋼的外加能量表面淬火465
5.1鋼的火焰淬火465
5.1.1火焰淬火方法466
5.1.2燃氣467
5.1.3燃燒器及相關設備470
5.1.4操作過程與控制473
5.1.5預熱477
5.1.6硬化層深度及硬度分佈477
5.1.7設備維護478
5.1.8預防性維護480
5.1.9安全注意事項480
5.1.10淬火方法和設備481
5.1.11淬火介質481
5.1.12火焰淬火存在的問題及原因分析482
5.1.13火焰淬火零件的回火482
5.1.14表面狀態483
5.1.15尺寸控制483
5.1.16工藝選擇483
5.1.17材料選擇485
5.1.18火焰退火488
參考文獻488
引用文獻488
5.2鋼的表面感應淬火488
5.2.1感應加熱原理489
5.2.2高溫電、磁和熱性能490
5.2.3渦流分佈493
5.2.4感應淬火和回火496
5.2.5通用設備和工藝因素503
5.2.6表面感應淬火參數508
5.2.7應用技巧和故障排除511
致謝513
參考文獻514
5.3電子束表面淬火514
5.3.1電子束的產生及其材料的交互作用515
5.3.2工藝技術517
5.3.3電子束表面淬火技術519
5.3.4電子束設備和電子束集成製造系統523
5.3.5實際應用525
致謝528
參考文獻528
引用文獻529
5.4鐳射表面淬火530
5.4.1常規表面淬火技術534
5.4.2鐳射表面淬火535
5.4.3吸收率536
5.4.4鐳射掃描技術537
5.4.5鐳射退火537
5.4.6鐳射熔覆537
5.4.7鐳射衝擊強化541
5.4.8鐳射熱處理541
5.4.9熱動力學相變544
5.4.10獲得特定硬度的挑戰547
5.4.11冷卻速度的影響547
5.4.12工藝參數對溫、顯微組織和硬化層硬度的影響548
5.4.13非鐵基合金鐳射表面淬火551
參考文獻556
引用文獻565

第6章鋼的滲碳和碳氮共滲567
6.1滲碳和碳氮共滲簡介567
6.1.1簡介567
6.1.2歷史567
6.1.3一般滲碳過程的描述568
6.1.4如何滲碳571
6.1.5滲碳基本反應571
6.1.6滲碳的優點和局限性575
6.1.7滲碳鋼576
6.1.8品質保證577
6.1.9可能出現的複雜情況579
6.1.10滲碳和碳氮共滲方法580
致謝583
參考文獻583
引用文獻584
6.2滲碳零件碳濃度控制評估584
6.2.1硬度測試584
6.2.2顯微鏡檢查584
6.2.3連續剝層分析585
6.2.4定碳片分析587
6.2.5定碳軋絲分析589
6.2.6光譜分析589
6.2.7電磁測試589
6.3氣體滲碳590
6.3.1熱力學和動力學590
6.3.2碳源和氣氛類型596
6.3.3碳傳遞機制599
6.3.4滲碳建模和滲碳層深度預測600
6.3.5滲碳設備602
6.3.6爐溫和氣氛控制604
6.3.7滲碳週期進展60