金属热处理原理与工艺

　　本书主要阐述了金属热处理基本原理和工艺，内容包括固态相变概述、钢加热时奥氏体的形成、钢的过冷奥氏体转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变、钢的回火转变、合金的脱溶沉淀与时效、普通热处理、钢的表面淬火、钢的化学热处理、特种热处理和常用热处理炉简介。本书适合作为普通高等学校金属材料工程专业教材，也可作为高校其他材料专业的本科生、研究生教材以及材料研究人员及热处理技术人员的参考书。

　　胡保全，1987年南京理工大学（金属材料及热处理专业）本科毕业，获学士学位，1993年4月天津大学研究生毕业，获硕士学位，2010年6月中北大学研究生毕业，获博士学位。本人从事教学和科研工作15年，期间先后承担过金属学及热处理、复合材料、专业外语、陶瓷材料、固态相变原理及应用、特种热处理技术六门课程的教学工作，先后主持和承担国级和省部级科研项目多项（其中参加国家自然科学基金2项），获省级科技进步奖两项，发表教学及科研论文20余篇（其中SCI及EI 7篇），授权国家发明专利3项，主编《先进复合材料》教材一部。

第1章固态相变概论1
1.1金属固态相变的主要类型1
1.1.1按固态相变类型随外界条件不同而
引起的变化分类1
1.1.2按原子迁移特征分类4
1.2固态相变的主要特点4
1.2.1相变驱动力5
1.2.2相变阻力5
1.2.3位向关系与惯习面7
1.2.4晶体缺陷的作用7
1.2.5形成过渡相7
1.3固态相变的形核7
1.3.1均匀形核7
1.3.2非均匀形核8
1.4固态相变时的晶核长大9
1.4.1新相晶核的长大规律9
1.4.2新相长大速度11
思考题13
第2章钢加热时奥氏体的形成14
2.1奥氏体的组织结构及性能14
2.1.1奥氏体的组织与晶体结构14
2.1.2奥氏体的性能15
2.2奥氏体的形成15
2.2.1奥氏体的形成条件15
2.2.2奥氏体的形成机理16
2.3奥氏体形成动力学19
2.3.1共析钢奥氏体等温形成动力学19
2.3.2奥氏体等温形成动力学分析21
2.3.3影响奥氏体等温转变速度的
因素22
2.3.4连续加热时奥氏体形成的特征24
2.4奥氏体晶粒长大及控制25
2.4.1奥氏体晶粒度25
2.4.2奥氏体晶粒长大与第二相颗粒的
影响26
2.4.3影响奥氏体晶粒长大的因素27
2.5粗大晶粒的遗传与切断29
2.5.1钢在加热时的过热现象29
2.5.2粗大奥氏体晶粒的遗传及其
控制29
思考题31
第3章钢的过冷奥氏体转变32
3.1过冷奥氏体的等温转变图32
3.1.1共析钢过冷奥氏体等温转变图33
3.1.2影响过冷奥氏体等温转变的
因素34
3.1.3IT曲线的基本类型38
3.2过冷奥氏体的连续冷却转变图39
3.2.1过冷奥氏体的连续冷却转变动力
学图40
3.2.2CT曲线的基本类型42
3.3IT曲线与CT曲线的比较和应用42
3.3.1IT曲线与CT曲线的比较42
3.3.2IT曲线与CT曲线的应用43
思考题44
第4章珠光体转变45
4.1珠光体的组织形态与性能45
4.1.1珠光体的组织形态45
4.1.2珠光体的性能47
4.2珠光体的转变过程48
4.2.1珠光体转变热力学48
4.2.2珠光体转变机理49
4.2.3珠光体转变中的位向关系53
4.3珠光体转变动力学54
4.3.1珠光体形核率及长大速度54
4.3.2珠光体等温转变动力学方程55
4.3.3影响珠光体转变动力学的因素55
4.4先共析转变58
4.4.1先共析转变条件和先共析相
形态59
4.4.2伪共析转变61
4.5钢中碳化物的相间析出61
4.5.1相间析出产物的形态和性能61
4.5.2相间析出条件63
思考题65
第5章马氏体转变66
5.1马氏体的晶体结构和转变特点66
5.1.1马氏体的晶体结构66
5.1.2马氏体的转变特点69
5.2马氏体的组织形态和影响因素72
5.2.1马氏体的组织形态72
5.2.2影响马氏体形态及内部亚结构的
因素76
5.3马氏体转变晶体学78
5.4马氏体转变热力学81
5.4.1马氏体相变热力学条件81
5.4.2影响Ms点的因素83
5.5马氏体转变的动力学86
5.5.1变温马氏体转变86
5.5.2等温马氏体转变87
5.5.3自促发形核与瞬间长大88
5.5.4表面转变89
5.5.5热弹性马氏体89
5.6马氏体的力学性能90
5.6.1马氏体的硬度和强度91
5.6.2马氏体的塑性和韧性92
5.6.3马氏体的相变诱发塑性94
5.7奥氏体的稳定化95
5.7.1奥氏体的热稳定化95
5.7.2奥氏体的机械稳定化97
5.8热弹性马氏体与形状记忆效应97
5.8.1热弹性马氏体97
5.8.2伪弹性与形状记忆效应98
5.8.3形状记忆合金应用实例99
思考题100
第6章贝氏体转变101
6.1贝氏体的组织形态和亚结构101
6.1.1上贝氏体101
6.1.2下贝氏体102
6.1.3无碳化物贝氏体103
6.1.4粒状贝氏体104
6.1.5反常贝氏体105
6.1.6柱状贝氏体（B柱）105
6.2贝氏体转变的特征和晶体学105
6.2.1贝氏体转变的特征105
6.2.2贝氏体转变的晶体学106
6.3贝氏体转变热力学分析107
6.3.1贝氏体转变热力学条件107
6.3.2Bs点及其与钢成分的关系108
6.4贝氏体转变机制108
6.4.1贝氏体相变的切变理论108
6.4.2贝氏体相变的台阶扩散理论110
6.5贝氏体转变动力学110
6.6贝氏体的力学性能113
6.6.1贝氏体的强度和硬度113
6.6.2贝氏体的塑性和韧性114
6.7魏氏组织116
6.7.1魏氏组织的形态和特征116
6.7.2魏氏组织的形成条件117
6.7.3魏氏组织的形成机理118
6.7.4魏氏组织的力学性能118
思考题118
第7章钢的回火转变120
7.1淬火钢回火时的组织变化120
7.1.1马氏体中碳原子的偏聚121
7.1.2马氏体的分解121
7.1.3残余奥氏体的转变124
7.1.4碳化物的转变126
7.1.5碳化物球化、聚集长大和α相的回复
与再结晶127
7.1.6马氏体的回火产物129
7.2合金元素对回火的影响129
7.2.1提高钢的回火抗力129
7.2.2引起二次硬化130
7.3淬火钢回火时力学性能的变化132
7.3.1硬度的变化132
7.3.2其他力学性能的变化132
7.4钢的回火脆性133
7.4.1低温回火脆性134
7.4.2高温回火脆性135
7.5非马氏体组织回火时的变化137
思考题139
第8章合金的脱溶沉淀与时效140
8.1概述140
8.1.1合金的固溶和脱溶沉淀140
8.1.2脱溶沉淀的分类141
8.2有色合金中的脱溶141
8.2.1AlCu合金的脱溶沉淀141
8.2.2晶体缺陷对时效的影响145
8.2.3合金时效后的性能147
8.3钢的时效148
8.3.1低碳钢的淬火时效148
8.3.2低碳钢的形变时效149
8.3.3马氏体时效钢的时效151
思考题151
第9章普通热处理153
9.1钢的退火与正火153
9.1.1钢的退火153
9.1.2钢的正火158
9.1.3退火、正火后钢的组织和性能158
9.1.4退火、正火缺陷159
9.2钢的淬火161
9.2.1淬火的定义、目的及必要条件161
9.2.2淬火介质161
9.2.3钢的淬透性166
9.2.4淬火工艺171
9.2.5等温淬火工艺174
9.2.6冷处理174
9.2.7淬火冷却方法175
9.2.8淬火缺陷与防止176
9.3钢的回火182
9.3.1回火温度的确定182
9.3.2回火时间的确定185
9.3.3回火后的冷却186
9.4有色金属的热处理186
9.4.1退火186
9.4.2固溶和时效186
9.5淬火工艺的发展及应用187
9.5.1奥氏体晶粒超细化187
9.5.2控制马氏体组织形态的热处理188
9.5.3改善钢中第二相形态的热处理190
思考题191
第10章钢的表面淬火192
10.1表面淬火的分类及应用192
10.1.1表面淬火的分类192
10.1.2表面淬火的应用193
10.2感应加热表面淬火193
10.2.1感应加热基本原理及特点193
10.2.2感应加热时钢的相变特点194
10.2.3高频感应加热淬火后的组织与性能195
10.2.4高频感应表面淬火工艺的制订197
10.2.5表面淬火用钢199
10.3火焰加热表面淬火200
10.3.1火焰用可燃气体及特性200
10.3.2火焰加热表面淬火工艺简介201
10.3.3影响火焰加热表面淬火质量的
因素201
10.3.4火焰淬火的优、缺点202
10.4其他表面淬火法203
10.4.1电接触加热表面淬火203
10.4.2电解液加热表面淬火203
思考题204
第11章钢的化学热处理205
11.1化学热处理的一般过程205
11.1.1渗剂的分解205
11.1.2吸附206
11.1.3扩散206
11.2钢的渗碳207
11.2.1渗碳件的主要技术要求和渗碳
用钢207
11.2.2固体渗碳209
11.2.3液体渗碳210
11.2.4气体渗碳210
11.2.5渗碳后的热处理212
11.2.6渗碳层深度测量214
11.2.7渗碳后钢的组织与性能214
11.2.8渗碳后的质量检验217
11.3钢的渗氮218
11.3.1渗氮的特点和分类218
11.3.2FeN相图和氮化层组织218
11.3.3氮化前的热处理219
11.3.4气体渗氮原理220
11.3.5气体氮化工艺222
11.3.6渗氮件的质量检验223
11.3.7离子渗氮224
11.4钢的碳氮共渗225
11.4.1碳和氮同时在钢中扩散的
特点225
11.4.2中温碳氮共渗工艺226
11.4.3低温氮碳共渗工艺（软氮化）228
11.5钢的渗硼229
11.5.1渗硼层的组织性能229
11.5.2渗硼法229
11.5.3渗硼前处理和渗硼后热处理230
11.6渗金属230
11.6.1钢的渗铝231
11.6.2钢的渗铬232
思考题233
第12章特种热处理235
12.1真空热处理235
12.1.1关于真空的基本知识235
12.1.2真空热处理的伴生现象及其特异
效果236
12.1.3真空热处理的应用238
12.2形变热处理242
12.2.1相变前进行形变的形变热
处理243
12.2.2相变过程中进行形变249
12.2.3相变后进行形变250
12.3激光表面热处理251
12.3.1激光束表面改性原理251
12.3.2激光束表面改性技术及应用252
思考题254
第13章常用热处理炉简介255
13.1热处理电阻炉255
13.1.1热处理电阻炉的基本类型255
13.1.2普通型间隙式箱式电阻炉256
13.1.3井式电阻炉257
13.1.4台车炉及罩式电阻炉258
13.2热处理浴炉259
13.2.1浴炉的特性259
13.2.2按浴液分类的浴炉260
13.2.3按加热方式分类的浴炉260
13.3可控气氛热处理炉261
13.3.1可控气氛热处理炉的分类261
13.3.2可控气氛热处理炉的结构
特点261
13.3.3密封箱式炉261
13.3.4推杆式光亮淬火连续炉262
13.4真空热处理炉263
13.5表面热处理设备266
13.5.1感应加热设备266
13.5.2等离子渗氮炉267
思考题269
附录A常用钢临界点、淬火加热温度及
Ms点270
附录B钢的硬度与强度换算表274
参考文献277