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目录1

1．钢材生产和钢种的选择方法1

1.1钢材的制造方法1

（1）特殊钢厂用电炉炼钢，有高炉的钢厂用转炉炼钢1

（2）热处理用钢材由镇静钢加工而来1

（3）铸锭正在向节能的连铸发展2

（4）利用真空脱气法提高钢的质量3

（5）欲进一步提高钢的质量可采用特种熔炼法4

（1）铸造孔洞6

1.2钢材的主要瑕疵和缺陷6

（6）成形法——大部分钢材是用轧制方法成形的6

（2）非金属夹杂物7

（3）发纹7

（4）宏观偏析（带状组织）8

（5）裂纹8

（6）表面缺陷8

（7）过烧10

（8）晶粒粗化10

（1）铁素体——渗碳体型钢11

（9）氧化和脱碳11

1.3机器结构用钢是特殊钢的基础11

（2）奥氏体型钢12

（3）利用夹杂物的钢种13

1.4机器结构用钢及其选择方法13

（1）根据化学成分来看钢的分类13

（2）按淬透性选择钢材的方法16

（3）表面硬化处理用钢的选择方法21

（4）根据切削加工性选择钢材的方法25

（2）按用途选择工具钢的方法26

1.5工具钢及其选择方法26

（1）工具钢可按化学成分大致分为三类26

（3）从表面硬化处理来看工具钢的选择方法28

1.6弹簧钢及其选择方法29

（1）弹簧钢的种类和淬透性29

（2）弹簧钢的强度和韧性30

1.7轴承钢及其选择方法31

（2）马氏体型不锈钢33

1.8不锈钢及其选择方法33

（1）铁素体型不锈钢33

（3）奥氏体型不锈钢34

（4）奥氏体——铁素体型不锈钢34

（5）析出硬化型不锈钢35

1.9耐热钢及其选择方法35

2．钢材的各种性能和热处理37

2.1物理性能37

（1）热膨胀系数37

（2）导热系数37

（3）磁性39

（4）电阻39

2.2强度和韧性39

（1）强度和韧性的矛盾性39

（2）回火性能曲线40

（3）质量效应和各向异性42

（4）用转变温度曲线表示低温韧性44

（1）S-N曲线（应力－交变次数曲线）45

2.3疲劳强度45

（2）影响疲劳强度的因素46

（3）提高疲劳强度的措施48

2.4耐磨性49

（1）磨粒磨损50

（2）粘着磨损51

（3）疲劳磨损51

（1）钝化52

2.5耐蚀性52

（4）腐蚀磨损52

（2）腐蚀的形态53

（3）应力腐蚀开裂54

2.6耐热性55

（1）高温强度55

（2）抗氧化性57

2.7切削加工性59

（1）用刀具寿命衡量切削加工性59

2.8冷加工性60

（1）变形抗力和变形能力60

（2）加工表面和切屑处理60

（2）冷加工后的材质变化62

2.9热加工性62

（1）变形抗力和变形能力62

（2）热加工引起的材质变化64

2.10焊接性65

（1）焊接裂纹敏感性65

（2）淬透性65

3．从原子尺度研究热处理68

3.1金属的结构68

（1）金属具有晶体结构68

（2）原子间引力和振动能的相互作用69

（3）原子的排列方式由X射线测定70

（4）晶粒越细，金属的强度越高73

（5）用热膨胀试验测定同素异构转变点75

3.2合金和固溶体76

（2）固溶体有各种类型77

（1）合金的成分通常用重量百分数表示77

（3）原子半径越相近越容易形成固溶体78

（4）超过固溶度时发生析出现象80

3.3扩散和平衡81

（1）扩散就是原子的跳动81

（2）间隙型原子碳或氮比置换型原子易于扩散82

（3）溶剂原子也发生自扩散82

（4）在平衡状态下也有扩散发生82

（1）在两相区内两相的相对体积遵从“杠杆定律”83

3.4二元合金平衡状态图及其读法83

（2）试读典型的二元合金平衡状态图84

（3）相律的推导方法86

（4）二元合金平衡状态图的建立方法87

3.5热处理与平衡状态图88

（1）在高温时发生扩散型转变，在低温时发生切变型转变89

（2）在热处理转变图中有时间轴90

3.6Fe-C系中出现的固溶体和化合物相91

（1）铁素体的结构92

（2）奥氏体的结构92

3.7铁－碳平衡状态图93

（3）渗碳体的结构93

（1）主要的单相区和两相区94

（2）主要相界94

（3）A3转变线及其测定方法95

（4）共析转变和珠光体组织96

3.8加热和冷却时的转变及组织99

（1）加热转变时的晶粒粗化99

（3）冷却时形成的组织100

（2）固溶处理需要一定时间和温度100

1）珠光体组织101

2）马氏体组织101

3）贝氏体组织102

3.9淬火回火和组织103

（1）回火马氏体组织是过共析钢常用的组织104

（2）屈氏体组织用于弹簧钢104

（3）索氏体组织最适用于机器结构用钢104

3.10钢的热处理工艺性和合金元素的影响106

（1）合金元素对Fe-C平衡状态图的影响106

（2）合金元素对冷却转变的影响107

（3）退火、正火和合金元素109

（4）淬透性及其表示方法109

4．热处理装置和温度调节112

4.1加热装置112

（1）热源的种类112

（2）热源和加热方式113

（3）热处理炉的分类115

（4）加热方式和热处理炉116

（5）连续热处理炉121

（6）热处理炉的节能125

（7）加热装置的JIS和有效加热区126

4.2冷却装置128

（1）冷却介质的种类128

（2）冷却装置的种类129

（3）冷却装置的JIS131

4.3可控气氛及其发生装置132

（1）可控气氛的种类132

（2）放热式气氛使钢脱碳132

（3）制备氮气氛发生装置135

（4）吸热式气氛和平衡含碳量的测定136

（5）氨分解气氛的发生装置140

（6）其他可控气氛的制法142

4.4温度测量和温度调节方法142

（1）温度测量有两种方式142

（2）热电式高温计143

（3）测温时的电气误差145

（4）测温时的热误差146

（5）温度调节方法148

（1）正火的目的在于改善组织153

（2）正火就是空冷，它使硬度略有提高153

5．普通热处理工艺153

5.1正火（HNR）153

（3）正火的适用范围156

5.2退火（HA）156

（1）退火的目的在于软化和改善组织156

（2）完全退火就是炉冷157

（3）消除应力退火或低温退火158

（4）软化退火（水冷遇火）是迅速降低钢的硬度的简便方法159

（5）球化退火是高碳钢淬火前的预处理160

（6）等温退火的优点是处理时间短161

（7）钢锭和铸钢件需要进行扩散退火162

（8）其他退火162

5.3淬火（HQ）162

（1）冷却速度决定钢的硬度162

（2）限时淬火，水冷时每3mm在水中停留1s165

（4）等温淬火或贝氏体淬火166

（3）分级淬火166

（5）其他淬火法167

（6）淬火介质的冷却强度和工件的冷却方法167

（7）最高淬火硬度决定于含碳量169

5.4回火（HT）171

（1）淬火态的废品171

（2）回火的三个阶段172

（3）回火有高温回火和低温回火两种方法173

（1）残余奥氏体转变引起尺寸变化174

（2）冷处理方法174

5.5冷处理（HSZ）174

5.6固溶处理175

（1）奥氏体型不锈钢175

（2）高锰钢的水韧处理177

5.7主要机械零件用钢的热处理177

（1）机器结构用碳素钢的热处理177

（2）机器结构用合金钢的热处理182

（3）弹簧钢的热处理与强韧钢相同186

（4）轴承钢的热处理与工具钢相同187

6．表面热处理工艺190

6.1表面热处理的种类190

6.2渗碳190

（1）渗碳的种类190

（2）固体渗碳191

（3）液体渗碳192

（4）渗碳气氛及其调节方法193

（5）吸热式可控气氛气体渗碳197

（6）其他气体渗碳方法199

（7）真空渗碳和离子渗碳201

（8）渗碳后的热处理和硬化层202

6.3碳氮共渗207

6.4高频淬火和火焰淬火210

（1）高频淬火210

（2）火焰淬火213

6.5渗氮214

（1）气体渗氮和加氧渗氮214

（2）盐浴渗氮217

（3）离子渗氮218

（4）气体软氮化219

（5）硫氮共渗220

6.6其他表面热处理220

（1）碳化物被覆处理221

（2）渗硼及其他扩散处理223

（3）蒸汽处理和渗硫224

7．热处理缺陷和预防措施226

7.1加热缺陷226

（1）氧化226

（3）高温加热和过烧227

（2）脱碳227

（4）淬火回火对高温加热钢材机械性能的影响229

7.2淬火回火缺陷232

（1）淬火裂纹232

（2）变形234

（3）软点235

（4）硬度不足235

（6）回火脆性236

（5）回火裂纹和回火硬度不均236

（7）充分淬火钢的机械性能最好238

7.3高频淬火缺陷240

（1）淬火裂纹240

（2）变形240

（3）软点和硬化层厚度不足241

（4）烧伤241

（5）磨削裂纹241

7.4渗碳硬化缺陷242

（1）过渗碳242

（2）反常组织243

（3）晶界氧化246

（4）变形247

（5）软点和硬度不足248

（6）淬火裂纹250

（7）磨削裂纹251

（8）腐蚀252

（9）渗碳后二次淬火和一次淬火的淬火温度253

7.5热处理缺陷引起的零件失效的实例256

（1）淬火回火零件257

（2）高频淬火零件259

（3）渗碳硬化零件261

8．工具钢的热处理265

8.1工具钢的热处理是高水平的热处理265

（1）正火的目的在于改善热加工钢的粗大网状碳化物266

（2）淬火要在球化退火之后进行267

（3）消除应力退火可以防止淬裂和变形268

（4）工具性能取决于淬火回火的好坏269

（5）根据半冷曲线判断工具钢的淬透性270

8.2碳素工具钢的淬火和回火272

（1）尽量降低淬火温度273

（2）水冷淬火的诀窍274

（3）在150～200℃回火276

8.3冷加工用合金工具钢的淬火和回火276

（1）淬火温度的高低视不同情况而定278

（2）淬火时可以油冷、热浴冷或空冷280

（3）SKD11钢也进行高温回火281

（1）确定淬火温度要重视高温性能285

8.4热加工用合金工具钢的淬火和回火285

（2）即使空冷也能完全淬火286

（3）SKD钢利用回火二次硬化286

8.5刃具用高速钢的淬火和回火288

（1）高速钢的性能取决于淬火温度289

（2）淬火时可用油冷也可以用热浴冷291

（3）回火温度为540～570℃291

8.6冷锻模用高速钢的淬火和回火292

8.7工具钢的热处理缺陷293

（1）淬裂293

（2）硬度不良297

（3）尺寸变化和变形299

（4）脱碳302

（5）电火花线切割加工引起的裂纹305

（6）热处理条件和韧性306

（7）热处理条件的考虑方法307

9．钢材的机械试验308

9.1硬度试验308

（1）硬度试验是实用的质量管理方法308

（2）布氏硬度试验适用于毛坯309

（3）洛氏硬度试验有30种标尺314

（4）肖氏硬度试验适用于大型零件319

（5）维氏硬度试验适于测定硬化层322

9.2机械试验327

（1）拉伸试验327

（2）冲击试验331

（3）弯曲试验333

（4）扭转试验334

（5）其他试验334