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第一章 金属材料基础知识1

第一节 钢铁材料概述1

一、钢铁加工方法1

二、钢铁分类3

三、钢中元素对钢的性能影响4

第二节 金属材料的性能28

一、金属材料的物理性能28

二、金属材料的化学性能31

三、金属材料的力学性能32

四、金属材料的工艺性能36

第三节 金属学基础知识39

一、非晶体物质39

二、晶体39

三、晶格与晶胞39

第四节 常见金属的晶体结构40

一、体心立方晶格41

二、面心立方晶格41

三、密排六方晶格42

第五节 金属结晶42

一、结晶基础42

二、纯金属结晶过程43

三、金属结晶过程的一般规律43

四、影响形核和核长大的因素44

五、金属铸锭缺陷45

六、合金的相结构46

第六节 固态合金中的相结构46

一、固溶体47

二、金属化合物48

三、机械混合物49

第二章 铁碳合金50

第一节 金属在固态下的转变50

一、同素异构转变50

二、磁性转变51

第二节 铁碳合金基本组织结构51

第三节 铁碳合金的基本组织及性能52

一、铁素体52

二、渗碳体52

三、珠光体53

四、莱氏体53

五、奥氏体54

第四节 铁碳合金状态图54

一、对铁碳合金状态图及其分析54

二、共晶转变56

三、共析转变56

四、平衡组织57

五、白口铸铁57

六、工业纯铁57

第三章 钢的热处理基础59

第一节 概述59

第二节 临界点60

第三节 钢的热处理原理60

一、马氏体61

二、索氏体61

三、屈氏体63

四、贝氏体63

第四节 钢在加热时的组织转变64

一、奥氏体形成过程64

二、奥氏体晶核形成64

三、奥氏体晶核长大65

四、奥氏体成分均匀化65

五、奥氏体晶粒度65

六、钢的加热工艺68

七、加热温度的选择68

八、加热时间的估算70

第五节 钢在冷却时的组织转变70

一、过冷度70

二、临界冷却速度71

三、奥氏体冷却方式71

四、C曲线71

五、过冷奥氏体等温转变72

第六节 钢在连续冷却时的组织转变74

一、钢的马氏体转变77

二、残余奥氏体的影响77

第七节 钢在回火时的转变77

第四章 热处理工艺准备80

第一节 工件装炉的方法80

一、退火、正火件装炉前的准备80

二、淬火件装炉前的准备80

三、回火件装炉前的准备81

四、工件装炉的方法81

第二节 热处理生产中必备的工装83

一、热处理工装种类83

二、热处理工装的作用84

第三节 常用的热处理工艺术语84

第五章 钢的整体热处理工艺86

第一节 钢的退火与正火86

一、退火86

二、退火的目的86

三、退火类别87

四、影响退火的因素93

五、正火94

六、退火与正火常见缺陷及补救方法95

第二节 钢的淬火95

一、完全淬火96

二、不完全淬火96

三、淬火的目的96

四、淬火加热温度的确定96

五、淬火加热时间的确定96

六、热处理工件加热时间的计算97

七、淬火介质98

实例1：淬火用硝酸盐冷却介质的应用100

八、几种介质的淬火冷却曲线103

九、淬火方法105

实例2：钢锹制造与热处理（等温淬火及制造工艺）110

实例3：摩托车、电动自行车、自行车链条的等温淬火112

实例4：丝锥的等温淬火112

实例5：尖铲、扁铲的制造与热处理方法116

十、淬火冷却操作方式116

第三节 钢的冷处理与时效处理119

一、冷处理119

二、时效处理122

第四节 钢的回火123

一、回火的主要目的123

二、钢的回火工艺及应用123

三、制定回火工艺时的注意事项126

第六章 钢的表面热处理工艺127

第一节 表面淬火127

一、表面淬火的应用127

二、表面淬火的分类128

三、火焰加热表面淬火法128

实例6：齿轮用火焰表面淬火133

四、感应加热表面淬火133

实例7：采用高频感应加热炼钢对各种机械设备小型零件、精密铸造及其热处理工艺139

实例8：单根大直径弹簧电阻加热进行热处理141

实例9：采用电阻加热炭精棒炉对小型工件局部热处理144

第二节 钢的化学热处理145

一、概述145

二、钢的化学热处理目的145

三、钢的化学热处理种类146

四、钢的化学热处理特点146

五、钢的化学热处理原理146

六、钢的渗碳147

实例10：固体渗碳148

七、气体渗碳150

八、液体渗碳151

九、渗碳件常见的缺陷及其补救方法153

十、钢的氮化154

十一、渗金属154

第三节 氧化处理155

一、简介155

二、氧化处理的应用155

三、氧化处理的目的155

四、氧化处理的操作技术156

实例11：发蓝处理156

五、发蓝工件缺陷产生的原因及其解决办法165

六、氧化处理用设备及要求166

七、氧化槽液和酸洗槽液的配制方法和注意事项167

八、氧化处理时的注意事项168

九、氧化处理安全技术169

十、氧化处理液配方169

实例12：活塞环中温液体渗硫（硫化）处理170

实例13：汽车活塞销热处理（渗碳件热处理）171

实例14：汽车变速箱变速齿轮热处理（渗碳）174

实例15：凿岩机活塞的热处理176

实例16：高速工具钢刀具的蒸汽处理178

实例17：木工工具手推拉刨刃的制造与热处理188

实例18：锯条的制造与热处理197

实例19：凸轮轴热处理200

实例20：柴油机活塞销渗碳及热处理201

实例21：机床附件——万能分度头蜗杆制造与热处理204

第七章 合金钢的热处理208

第一节 合金元素在钢中的作用208

一、合金元素与铁的作用208

二、合金元素与碳的作用209

第二节 结构钢的热处理与实例209

一、渗碳钢210

二、调质钢210

实例22：内燃机车东方红型拉臂销制造工艺及调质处理213

实例23：6120柴油机连杆螺栓热处理214

实例24：拖拉机连杆螺栓热处理215

实例25：汽车后桥半轴热处理216

实例26：柴油机摆臂轴热处理219

实例27：135柴油机的连杆螺钉热处理220

实例28：6250柴油机连杆螺母热处理222

实例29：曲轴热处理223

实例30：铁路配件——螺旋道钉热处理225

实例31：机床附件——分度头主轴热处理226

三、弹簧钢的热处理228

实例32：冷成形弹簧及其热处理231

实例33：内燃机车牵引电机弹性垫片的制造及热处理工艺234

实例34：铁路配件——弹条扣件的制造工艺及热处理235

实例35：汽车钢板弹簧的制造与热处理240

实例36：气门用弹簧的制造与热处理243

实例37：弹簧夹头的制造与热处理245

实例38：紧固件的制造与热处理247

实例39：捣固机上，采用极薄弹簧片组装在一起的成组弹簧片的热处理250

实例40：钢琴上使用的弹簧热处理252

实例41：机车速度传感器轴钢丝弹簧和万向轴卡簧的热处理253

实例42：铁路机车、车辆螺旋弹簧的制造与热处理254

实例43：木工工具——圆锯片热处理260

实例44：摩擦片的制造与热处理264

实例45：收割机刀片的热处理266

实例46：金刚石圆锯片基体的制造与热处理267

实例47：犁铧的制造与热处理269

实例48：碟形刀片热处理271

实例49：薄弹簧片热处理273

实例50：钢爪形接地弹簧垫圈热处理277

四、轴承钢的热处理279

实例51：高精度块规的热处理282

实例52：油泵偶件喷油嘴的热处理283

第三节 工具钢的热处理285

一、切削工具钢的基本要求285

二、刃具钢（低合金刃具钢）及其热处理285

实例53：圆板牙的热处理287

实例54：9Mn2V钢模套热处理291

实例55：搓丝板的制造与热处理292

实例56：CrWMn钢制成的高精度量具的热处理295

三、碳素工具钢及其热处理297

实例57：碳素工具钢制造小孔径组合模具的热处理300

实例58：锉刀的制造与热处理302

四、高速钢及其热处理304

实例59：锯片铣刀的制造与热处理313

实例60：样板刀具的热处理315

实例61：高速钢锯片减少淬火变形的热处理323

实例62：高速钢车刀热处理325

实例63：切割金属用的薄形刀片的制造与热处理326

实例64：高速钢焊接刀具的制造与热处理329

实例65：滚丝轮的制造与热处理330

实例66：圆锥铰刀的热处理334

实例67：齿轮滚刀的制造与热处理339

实例68：较大直径铸造钻头的二次淬火342

实例69：W18Cr4V冲孔冷冲模的制造与热处理345

实例70：焊接高速钢机械加工用刀具的药品配方346

五、模具钢及其热处理347

六、制造冲模的工艺358

实例71：东风型内燃机车使用的“钢背铝瓦”冷压成形的大型模具的制造与热处理361

实例72：制造弹条扣件平垫圈的模具热处理365

实例73：Cr12Mo钢冷冲压模的不变形热处理方法373

实例74：硅钢片凹模热处理375

实例75：Cr12MoV钢制造的剪切硅钢片用的复合下料模具的热处理377

实例76：滚丝模热处理378

实例77：挤压挺杆用凹模的制造与热处理381

实例78：硅钢片冷冲压模具的制造与热处理383

实例79：大型冷冲模具热处理386

实例80：活扳手热锻模的制造与热处理388

实例81：气门嘴热挤压模的制造与热处理389

实例82：尖嘴钳锻模的制造与热处理392

实例83：汽车连杆锻模的制造与热处理394

实例84：3Cr2W8V钢热挤压凸模的制造与热处理397

实例85：气门热锻模的制造与热处理399

实例86：3Cr2W8V钢压铸模热处理405

实例87：铝合金压铸模的热处理406

实例88：热加工鱼尾螺栓（锻造半成品）的模具热处理407

实例89：黄铜接线板落料模的制造与热处理411

实例90：CrWMn钢制阴阳模热处理416

实例91：9CrSi钢制落料模的制造与热处理417

实例92：钢的分级淬火、等温淬火及回火使用硝酸盐配方421

实例93：碳素钢与合金钢淬火加热、高速钢和高合金钢预热使用中性盐浴炉配方421

实例94：工件在热处理加热过程中防止氧化和脱碳方法421

实例95：热处理过程中节约能源、节电实际经验422

实例96：肉眼目测观察炉温实际经验426

实例97：各型号电阻炉的电热元件（电阻丝）维修利用方法429

第四节 特殊性能钢及其热处理430

一、不锈钢的热处理430

二、耐热钢热处理435

三、耐磨钢热处理438

第八章 铸铁热处理440

第一节 铸铁分类440

一、白口铸铁440

二、灰口铸铁440

三、可锻铸铁440

四、球墨铸铁441

五、普通铸铁成分441

六、铸铁的石墨化过程441

七、铸铁组织443

八、铸铁的性能444

九、石墨的影响444

第二节 铸铁热处理基础445

一、铸铁热处理的必要性445

二、铸铁热处理的特点445

三、铸铁热处理时应采取的措施446

第三节 灰口铸铁热处理447

一、灰口铸铁的化学成分447

二、灰口铸铁的退火和正火447

三、灰口铸铁的淬火与回火449

第四节 可锻铸铁热处理450

一、可锻铸铁化学成分450

二、可锻铸铁的牌号、力学性能和应用举例450

三、可锻铸铁的热处理451

四、白心可锻铸铁的热处理452

五、黑心可锻铸铁的热处理453

六、可锻铸铁热处理过程中的缺陷及其防止与补救方法455

七、获得不同基体可锻铸铁的方法456

第五节 石墨化钢与激冷铸铁热处理458

一、工厂中常用石墨化退火方法458

二、激冷铸铁及其热处理459

第六节 球墨铸铁热处理460

一、球墨铸铁分类及化学成分460

二、球墨铸铁热处理462

三、球墨铸铁的化学热处理465

第七节 特殊性能铸铁466

一、耐磨铸铁466

二、耐热铸铁467

三、耐蚀铸铁468

实例98：活塞环热处理468

第九章 金属热处理缺陷分析及其防止措施470

第一节 概论470

第二节 热处理裂纹470

一、加热不当形成的裂纹471

二、淬火裂纹471

三、零件尺寸和结构的影响477

四、工艺因素的影响477

第三节 预防淬火裂纹的方法478

一、正确进行产品设计479

二、合理安排工艺路线485

三、恰当确定加热参数486

第四节 热处理变形488

一、热处理变形原因488

二、热处理变形规律490

三、热处理变形的校正494

四、防止淬火工件变形及常用的补救方法495

第五节 过热与过烧496

一、过热496

二、过烧496

第六节 氧化与脱碳497

一、氧化497

二、脱碳497

三、防止和减轻氧化、脱碳的措施498

第七节 残余内应力498

一、热处理内应力498

二、表面淬火工件的残余应力498

第八节 力学性能不合格499

一、软点500

二、硬度不足500

三、高频淬火工件的软点和硬度不足501

四、感应加热淬火时硬化层过浅或过深501

五、感应加热淬火硬化层不均匀502

六、化学热处理渗碳硬化层深度不合格502

第九节 热处理缺陷预防与全面质量控制504

一、热处理全面质量控制的概念504

二、基础条件控制504

第十节 热处理前各工序质量控制508

一、铸造质量控制508

二、锻件质量控制509

三、焊接质量控制511

四、机械加工质量控制512

第十一节 热处理中质量控制513

一、待处理的核查513

二、预备热处理质量控制514

三、最终热处理质量控制514

四、安排热处理位置515

五、对淬火介质的一般要求515

六、热处理生产操作控制516

第十二节 热处理工件质量要求与检验516

一、淬火、回火件的金相检查516

二、淬火、回火件的变形要求516

三、校形后应达到的要求517

四、表面热处理与化学热处理的质量控制517

第十三节 热处理生产技术安全518

一、热处理生产中常见危险因素518

二、热处理生产的技术安全防护措施520

第十章 热处理常用加热设备521

第一节 加热炉概述521

第二节 燃料炉522

一、燃料炉的种类522

二、燃料炉的操作522

第三节 电阻炉523

一、热处理用电阻炉的分类523

二、热处理用电阻炉的结构528

三、电极盐浴炉的使用、维护及安全操作553

附录554

附录一 常用化学元素国际符号（一般常用符号）554

附录二 常用钢的化学成分555

附录三 常用钢的临界点562

附录四 常用淬火介质（氯化钠水溶液和硝盐）563

附录五 常用钢锻件热处理规范566

附录六 热处理工艺代号、技术要求表示方法567

附录七 化学药品元素符号568

附录八 金属结构组织符号570

附录九 常用硬度符号571

附录十 常用临界点符号571

附录十一 常用单位符号名称对照表572

附录十二 一般常用钢材涂色标志574

附录十三 矿物油574

附录十四 热处理火色与温度之间的关系575

附录十五 常用盐浴（碱浴）成分576

附录十六 常用除油溶液577

参考文献578